摘 要: SBR 工藝是一種新型、 經(jīng)濟、高效的廢水生物處理方法。 本文介紹了SBR 工藝的產(chǎn)生、 發(fā)展、 特點、主要設(shè)備及其變形工藝的原理和特性, 展望了SBR 工藝的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞: SBR; 脫氮除磷; 污水處理

1 水污染狀況

隨著城市居民生活水平的提高, 城市生活污水的污染問題日益嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計, 2003 年全國工業(yè)和城鎮(zhèn)生活廢水排放總量為 460 億 t,其中工業(yè)廢水排放量 212.4 億 t, 城鎮(zhèn)生活污水排放量 247.6 億 t。 這些污水大部分沒有經(jīng)過有效處理直接排入江河湖澤之中, 導(dǎo)致水環(huán)境受到不同程度的污染。 目前, 我國水系水質(zhì)的總體情況是: I 類水質(zhì)只占水系的 3.4%, II類水質(zhì)占水系的 21.4%, III 類水質(zhì)占水系的 13.3%, IV 類水質(zhì)占水系的23.8%, V類水質(zhì)占水系的 8.4%, 劣 V類水質(zhì)占到了水系的 29.7%。

2 SBR 工藝概述

序批式活性污泥法 ( Sequencing Batch Reactor ) 簡稱 SBR, 是傳統(tǒng)活性污泥法的一種變形, 它的反應(yīng)機制以及污染物質(zhì)的去除處理機制和傳統(tǒng)活性污泥法基本相同。如果說連續(xù)推流式曝氣池是空間上的推流, 則SBR 在流態(tài)上雖屬完全混合式, 但在有機物的降解方面則是時間上的推流。早在 1914 年, 英國學(xué)者 Arden 和 Locker 就曾提出, SBR 工藝比連續(xù)式活性污泥法有更高的處理效率。但由于曝氣器及自控設(shè)備等原因, 不久便演變成連續(xù)式的傳統(tǒng)活性污泥法。

20 世紀(jì) 70 年代初, 美國 NatreDame 大學(xué)的教授Irving采用實驗室規(guī)模裝置對 SBR 工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究, 并于 1980 年在美國國家環(huán)保局 ( USEPA) 的資助下, 在印第安納州的Culver 城改建并投產(chǎn)了世界上第一個 SBR 污水處理廠。此后, 日本、 德國、澳大利亞和法國等都對 SBR 處理工藝進(jìn)行了應(yīng)用研究。到 20 世紀(jì)80 年代后期, 隨著各種新型不堵塞曝氣器、 新型浮動式出水堰 ( 灌水器、潷水器) 和監(jiān)測控制的硬件設(shè)備和軟件技術(shù)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展, 特別是在計算機和生物量化技術(shù)的支持下, SBR 才真正顯示出其優(yōu)勢。據(jù)報道,至 1996 年僅澳大利亞就有 600 多座 SBR 污水處理廠, 美國僅 AQUAAEROBIC SYSTEMS一家公司就設(shè)計了 350 多座 SBR 污水處理廠。我國于 20 世紀(jì) 80 年代中期開始對 SBR 進(jìn)行研究和應(yīng)用, 1985 年, 上海市政設(shè)計院為上海吳淞肉聯(lián)廠設(shè)計了我國第一座 SBR 污水處理站, 設(shè)計處理水量為 2 400 t/d, 目前, 上海、 廣州、 無錫、 揚州、 昆明等地已有多座 SBR處理設(shè)施投入使用。

SBR 最基本的特點是處理工序是間歇、 周期性的, 整個運行過程分成進(jìn)水期、 反應(yīng)期、 沉降期、 排水期和閑置期, 各個運行期在時間上按序排列, 稱為一個運行周期。

進(jìn)水期: 進(jìn)水期是反應(yīng)器接納廢水的過程, 污水進(jìn)入反應(yīng)器的選擇區(qū)與回流污泥混合, 混合后的混合液進(jìn)入主反應(yīng)區(qū), 進(jìn)水開始曝氣反應(yīng)。

反應(yīng)期: 進(jìn)水后期由程序控制開始曝氣, 即反應(yīng)期, 這是達(dá)到有機物去除目的的主要工序。在此期間, 微生物一般要經(jīng)歷從生長到死亡的全過程。在有機物去除的同時, 反應(yīng)期還能發(fā)生氨氮的硝化反應(yīng)和除磷菌對磷的過度攝取。

沉淀期:在完成有機物和氮磷去除的反應(yīng)期后, 停止曝氣和攪拌, 活性污泥絮凝體進(jìn)行重力沉降和固液分離�；钚晕勰喙滔嘈纬晌勰鄬�, 層面不斷地向池底下降, 膠團凝聚而下沉, 清水則留在上面。 在曝氣完畢時污泥具有均勻濃度, 在沉淀開始時由于攪拌的殘留能量, 污泥內(nèi)部產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象,當(dāng)此能量消失后, 污泥界面開始形成, 同時污泥形成一層棉絮狀的污泥層,開始整層下沉, 重的固體穿過沉積物到達(dá)池底。 下沉速度起初由慢而快, 但最后又因固體在池底的壓集變得堅實而減緩下來。 區(qū)域沉降速度由開始時的污泥濃度、 池深、 池的總面積和生物性固體的性質(zhì)而定。

排水期: 在排水期, 開啟潷水器排水, 洋水堰槽開始勻變速下降, 排除污泥沉降后的上清液, 水位恢復(fù)到設(shè)計水位, 回流污泥使用, 剩余污泥由排泥泵排出, 水池內(nèi)剩余的污水起到循環(huán)和稀釋作用。

閑置期: 排水之后與下周期開始進(jìn)水之前的時間為待機期或閑置期。由于實際操作時排水所花的時間總比設(shè)計時間短, 因此多出來的時間是整個運行周期的機動時間, 其目的在于靈活調(diào)節(jié)各階段的運行時間。

3 SBR 脫氮除磷機理

SBR 處理工藝一般分為 4 個階段: 進(jìn)水、 反應(yīng)、 沉淀、 排水和閑置, 其實質(zhì)就是厭氧—好氧—缺氧的處理過程。從微生物角度看, SBR 法最大的特點是微生物處于富營養(yǎng)、 貧營養(yǎng)、 好氧、 缺氧周期性交替變化的環(huán)境中, 因而能夠很自然地滿足生物脫氮除磷的環(huán)境條件。

3.1 硝化和反硝化作用機理

污水中的有機氮在有氧或無氧的條件下, 通過異氧菌的氨化作用,首先轉(zhuǎn)化為 NH4+- N, 再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為 NO3-- N, 此即生物硝化過程。在硝化反應(yīng)中, NH3+- N 氧化為 NO2-- N 時所產(chǎn)生的能量大約為 NO2-- N 氧化為 NO3-- N時所產(chǎn)生能量的 4～ 5 倍, 所以在穩(wěn)定狀態(tài)下, 生物處理系統(tǒng)中不會產(chǎn)生亞硝酸鹽的積累, 硝化反應(yīng)的速度限制步驟為亞硝酸菌屬將NH3+- N轉(zhuǎn)化為 NO2-- N的過程。經(jīng)硝化反應(yīng), 污水中的氮由 NH3+- N 轉(zhuǎn)化為 NO3-- N, 在缺氧的條件下, 反硝化菌可將污水中的 NO2-- N, NO3-- N 還原為氣態(tài)氮。此反應(yīng)稱為反硝化反應(yīng)。反硝化菌為兼性異氧菌, 在無分子態(tài)氧存在的情況下,反硝化菌以污水中含碳有機物作為反硝化過程的電子供體, 以硝酸鹽和亞硝酸鹽中的 N- 5和 N- 3作為能量代謝中的電子受體, O2 作為受氫體, 生成 H2O和 OH-。所以, 反硝化過程最終在將污水中 NO2-- N, NO3--N還原為氣態(tài)氮的同時, 使得污水中的有機物作為能源而得以氧化穩(wěn)定。通過硝化、 反硝化作用, 污水中的 NH3- N最終以氣態(tài)形式從污水中被去除。

3.2 除磷作用機理

污水中的磷有很多存在形式, 但主要為正磷酸鹽、 聚磷酸鹽和有機磷。污水在輸送和預(yù)處理的過程中, 大部分聚磷酸鹽和有機磷被水解或礦化成了正磷酸鹽。污水中剩余的有機磷和聚磷酸鹽在進(jìn)入生物處理系統(tǒng)后, 也將被礦化或水解成正磷酸鹽, 然后被聚磷菌攝取以聚合物形式貯藏于菌體內(nèi)形成高磷污泥, 通過定期除泥而去除磷, 從而達(dá)到除磷的目的。

由于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌所要求的生活環(huán)境條件各不相同,所以必須嚴(yán)格按照微生物的習(xí)性及所要求的處理程度、控制操作條件,合理確定運行周期及各工序時間的長短,才能為各種微生物提供良好的生存環(huán)境, 從而保證最佳處理效果。

4 SBR 與傳統(tǒng)活性污泥法的比較

與傳統(tǒng)活性污泥法相比, SBR 工藝在裝置構(gòu)成、 經(jīng)濟性、 反應(yīng)效率等方面有顯著的優(yōu)點, 見表 1、 表 2。

5 結(jié)語

SBR 工藝是一種理想的處理工藝, 它具有工藝流程簡單、 處理效果穩(wěn)定、 占地面積小、 耐沖擊負(fù)荷力強和具有除磷、 脫氮能力等優(yōu)點。但由于 SBR 工藝的間歇周期運行,反應(yīng)器中 DO、 有機物濃度隨時間不斷變化, 處于這種周期性變化環(huán)境中的微生物對有機物的降解機理、 反應(yīng)動力學(xué)以及工程應(yīng)用中的設(shè)計、 控制等更加復(fù)雜。在實際應(yīng)用中需要解決的問題有: 設(shè)計之中, 大多數(shù)設(shè)計參數(shù)為半經(jīng)驗參數(shù), 沒有像傳統(tǒng)活性污泥法那樣的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。 但是, 由于 SBR 法本身所具有的優(yōu)點, 它將在有毒或難降解有機廢水, 特別是中小型石化、 造紙、 印染、 煉油、 制藥等企業(yè)污水處理中具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

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