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SBR(Sequencing Batch Activated Sludge Reactor Technology)即序批式活性污泥處理系統(tǒng),是20世紀(jì)70年代由美國Natre Dame大學(xué)的RIrvine博士將老式的充排系統(tǒng)改進(jìn)并發(fā)展而成的。早期的污水處理池由于進(jìn)出水切換復(fù)雜和控制設(shè)備方面的原因,限制了其發(fā)展。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的加入,使SBR在城市污水、工業(yè)廢水中的應(yīng)用越來越廣泛,目前,SBR工藝已成為各國競相開展的熱門工藝。
1、工作原理及基本運(yùn)行操作
SBR工藝處理污水,其核心處理設(shè)備是一個(gè)序批式間歇反應(yīng)器(SBR反應(yīng)器),SBR省去了許多處理構(gòu)筑物,所有反應(yīng)器都在一個(gè)SBR反應(yīng)器中運(yùn)行,通過時(shí)間控制來使SBR反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)各階段的操作目的,在流態(tài)上屬于完全混合式,實(shí)現(xiàn)了時(shí)間上的推流,有機(jī)污染物隨著時(shí)間的推移而降解。
SBR工藝整個(gè)運(yùn)行周期由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置5個(gè)基本工序組成,都在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行。在處理過程中,周而復(fù)始地循環(huán)這種操作周期,以實(shí)現(xiàn)污水處理目的。現(xiàn)將整個(gè)工藝的操作要點(diǎn)與功能闡述如下。
1.1進(jìn)水工序
污水注入之前,反應(yīng)器處于待機(jī)狀態(tài),此時(shí)沉淀后的上清液已經(jīng)排空,反應(yīng)器內(nèi)還儲(chǔ)存著高濃度的活性污泥混合液,此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的水位為最低。注入污水,注入完畢再進(jìn)行反應(yīng),從這個(gè)意義上說,反應(yīng)器又起到了調(diào)節(jié)池的作用,所以SBR法受負(fù)荷變動(dòng)影響較小,對(duì)水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性較好。
1.2反應(yīng)工序
當(dāng)污水達(dá)到預(yù)定高度時(shí),便開始反應(yīng)操作,可以根據(jù)不同的處理目的來選擇相應(yīng)的操作。例如控制曝氣時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)BOD的去除、消化、磷的吸收等不同要求,控制曝氣或攪拌器強(qiáng)度來使反應(yīng)器內(nèi)維持厭氧或缺氧狀態(tài),實(shí)現(xiàn)消化、反硝化過程。
1.3沉淀工序
本工序中SBR反應(yīng)池相當(dāng)于二沉池,停止曝氣和攪拌,使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài),活性污泥進(jìn)行重力沉淀和上清液分離。SBR反應(yīng)器中的污泥沉淀是在完全靜止的狀態(tài)下完成的,受外界干擾小。此外,靜止沉淀還避免了連續(xù)出水容易帶走密度輕、活性好的污泥的問題。因此,SBR工藝沉降時(shí)間短、沉淀效率高,能使污泥保持較好的活性。沉淀時(shí)間依據(jù)污水類型以及處理要求具體設(shè)定,一般為1 h～2 h。
1.4出水工序
排出沉淀后的上清液,恢復(fù)到周期開始時(shí)的最低水位,剩下的一部分處理水,可以起到循環(huán)水和稀釋水的作用。沉淀的活性污泥大部分作為下個(gè)周期的回流污泥作用,剩余污泥則排放。
1.5閑置工序
SBR池處于空閑狀態(tài),微生物通過內(nèi)源呼吸復(fù)活性,溶解氧濃度下降,起到一定的反硝化作用而進(jìn)行脫氮,為下一運(yùn)行周期創(chuàng)造良好的初始條件。由于經(jīng)過閑置期后的微生物處于一種饑餓狀態(tài),活性污泥的表面積更大,因而在新的運(yùn)行周期的進(jìn)水階段,活性污泥便可發(fā)揮其較強(qiáng)的吸附能力對(duì)有機(jī)物進(jìn)行初始吸附去除。另外,待機(jī)工序可使池內(nèi)溶解氧進(jìn)一步降低,為反硝化工序提供良好的工況。
2、SBR工藝性能特點(diǎn)
2.1 SBR工藝的優(yōu)越性
(1)工藝流程簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)靈活,基建費(fèi)用低。SBR工藝中主體設(shè)備就是一個(gè)SBR反應(yīng)器,從上面的分析也可以看出,一個(gè)SBR池扮演了多個(gè)角色:調(diào)解混合池、反應(yīng)池(厭氧、缺氧和好氧三種)、沉淀池和部分濃縮池。基本上所有的操作都在這樣一個(gè)反應(yīng)器中完成,在不同的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行泥水混合,有機(jī)物的氧化、消化、脫氮,磷的吸收與釋放以及泥水分離等。它不需要設(shè)二沉池和污泥回流設(shè)備,一般情況下也不用設(shè)調(diào)節(jié)池和初沉池。所以,采用SBR工藝的污水處理系統(tǒng)大大減少構(gòu)筑物的數(shù)量,節(jié)約了基建費(fèi)用,而且往往具有布置緊湊、節(jié)省占地的優(yōu)點(diǎn)。
(2)處理效果良好,出水可靠。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度分析,SBR反應(yīng)器有其獨(dú)具的優(yōu)越性。根據(jù)活性污泥反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,目前連續(xù)流生物處理反應(yīng)器主要有完全混合和推流式兩種流態(tài),在連續(xù)流的推流式反應(yīng)器中,曝氣池的各斷面上只有橫向混合,不存在縱向的“返混”。基質(zhì)濃度從進(jìn)水處的最高逐漸降解至出水處的最次濃度,提供了最大的生化反應(yīng)推動(dòng)力。在運(yùn)行的曝氣反應(yīng)階段,反應(yīng)器內(nèi)的混合液雖然處于完全混合狀態(tài),但其基質(zhì)和微生物的濃度隨時(shí)間而逐漸降低,相當(dāng)于一種時(shí)間意義上的推流狀態(tài)。所以SBR反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了連續(xù)流中兩種反應(yīng)器的特點(diǎn)。
(3)較好的除磷脫氮效果。除磷脫氮是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程,需要在處理過程中提供厭氧、缺氧、好氧各階段,以實(shí)現(xiàn)硝化反硝化脫氮和吸收釋放磷的目的。在SBR法中,在一個(gè)單一的反應(yīng)器就可達(dá)到不同目的。因?yàn)樵赟BR法通過5個(gè)工序時(shí)間上的安排,較容易地實(shí)現(xiàn)厭氧、缺氧與好氧狀態(tài)交替出現(xiàn),可以最大限度地滿足生物脫氮除磷理論上的環(huán)境條件。
(4)污泥沉降性能良好。活性污泥膨脹是活性污泥處理過程中常常發(fā)生的問題。污泥膨脹問題90%以上是絲狀菌污泥膨脹,由于絲狀菌過度繁殖,菌膠團(tuán)的生長繁殖受到抑制,很多絲狀菌伸出污泥表面之外,使得絮狀體松散,沉淀性惡化。SBR法可以有效控制絲狀菌的過度繁殖,污泥SVI較低,是一種污泥沉降性能較為良好的工藝。
(5)對(duì)水質(zhì)水量比變化的適應(yīng)性強(qiáng)。處理效果會(huì)受到水質(zhì)水量的影響,主要是因?yàn)樗鼤?huì)改變處理環(huán)境,而微生物對(duì)其生存環(huán)境條件的要求往往比較嚴(yán)格。所以,從理論上分析,完全混合式反應(yīng)器比推流式反應(yīng)器有更強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷的能力。SBR工藝雖然對(duì)于時(shí)間來說是理想的推流式處理過程,但反應(yīng)器構(gòu)造上保持了典型的完全混合式的特性。因此能承受較大的水質(zhì)水量的波動(dòng),具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷的能力。
2.2 SBR工藝的局限性
(1)反應(yīng)器容積利用率低。由于SBR反應(yīng)器水位不恒定,反應(yīng)器有效容積需要按照最高水位來設(shè)計(jì),大多數(shù)時(shí)間,反應(yīng)器內(nèi)水位均達(dá)不到此值,所以反應(yīng)器容積利用率低。
(2)水頭損失大。由于SBR池內(nèi)水位不恒定,如果通過重力流入后續(xù)構(gòu)筑物,則造成后續(xù)構(gòu)筑物與SBR池的位差較大,特殊情況下還需要用泵進(jìn)行二次提升。
(3)不連續(xù)的出水,要求后續(xù)構(gòu)筑物容積較大,有足夠的接受能力。而且不連續(xù)出水,使得SBR工藝串聯(lián)其他連續(xù)處理工藝時(shí)較為困難。
(4)峰值需氧量高。SBR工藝處于時(shí)間上的推流,因此也具有推流工藝這一缺點(diǎn)。開始時(shí)污染物濃度較高,需氧量也較高,按照此值來確定曝氣量,但隨后污染物濃度隨時(shí)間下降,需氧量也隨之下降,因此整個(gè)系統(tǒng)氧的利用率低。
(5)設(shè)備利用率低。當(dāng)幾個(gè)SBR反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行時(shí),每個(gè)反應(yīng)器在不同的時(shí)間內(nèi)分別充當(dāng)進(jìn)水調(diào)節(jié)池,曝氣池或是沉淀池,但每個(gè)反應(yīng)器內(nèi)均需設(shè)有一套曝氣系統(tǒng)、潷水系統(tǒng)等相應(yīng)設(shè)備,而各池是交替運(yùn)行的,因此,設(shè)備的利用率低。
(6)不適合用于大型污水處理廠。采用SBR工藝的污水處理廠規(guī)模一般在20 000 t以下,規(guī)模大于100 000 t的污水處理廠幾乎沒有采用SBR工藝的。
3、SBR工藝的發(fā)展
傳統(tǒng)或經(jīng)典的SBR工藝形式在工程中存在一定的局限性。譬如,若進(jìn)水流量大,則需調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng),從而增大投資;而對(duì)出水水質(zhì)有特殊要求,如脫除磷等則還需對(duì)工藝進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。因而在工程應(yīng)用實(shí)踐中,SBR傳統(tǒng)工藝逐漸產(chǎn)生了各種新的變型,以下分別介紹幾種主要的形式。
3.1 ICEAS工藝
ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeratlon System)工藝的全稱為間歇循環(huán)延時(shí)曝氣活性污泥工藝。它于20世紀(jì)80年代初在澳大利亞興起,是變形的SBR工藝。
ICEAS與傳統(tǒng)的SBR相比,最大的特點(diǎn)是:在反應(yīng)器的進(jìn)水端增加了一個(gè)預(yù)反應(yīng)區(qū),運(yùn)行方式為連續(xù)進(jìn)水(沉淀期和排水期仍保持進(jìn)水)間歇排水,沒有明顯的反應(yīng)階段和閑置階段。這種系統(tǒng)在處理市政污水和工業(yè)廢水方面比傳統(tǒng)的SBR系統(tǒng)費(fèi)用更省、管理更方便。但是由于進(jìn)水貫穿于整個(gè)運(yùn)行周期的每個(gè)階段,沉淀期進(jìn)水在主反應(yīng)區(qū)底部造成水力紊動(dòng)而影響泥水分離時(shí)間,因而,進(jìn)水量受到了一定限制,通常水力停留時(shí)間較長。
3.2 CASS(CAST,CASP)工藝
CASS(Cyclic Activated Sludge System)或CAST(-Technology)或CASP(-Process)工藝是一種循環(huán)式活性污泥法。該工藝的前身為ICEAS工藝,由Goronszy開發(fā)并在美國和加拿大獲得專利。
與ICEAS工藝相比,預(yù)反應(yīng)區(qū)容積較小,是設(shè)計(jì)更加優(yōu)化合理的生物反應(yīng)器。該工藝將主反應(yīng)區(qū)中部分剩余污泥回流至選擇器中,在運(yùn)作方式上沉淀階段不進(jìn)水,使排水的穩(wěn)定性得到保障。CASS工藝適用于含有較多工業(yè)廢水的城市污水及要求脫氮除磷的處理。
3.3 IDEA工藝
間歇排水延時(shí)曝氣工藝(IDEA)基本保持了CAST藝的優(yōu)點(diǎn),運(yùn)行方式采用連續(xù)進(jìn)水、間歇曝氣、周期排水的形式。與CAST相比,預(yù)反應(yīng)區(qū)(生物選擇器)改為與SBR主體構(gòu)筑物分立的預(yù)混合池,部分剩余污泥回流入預(yù)混合池,且采用反應(yīng)器中部進(jìn)水。預(yù)混合池的設(shè)立可以使污水在高絮體負(fù)荷下有較長的停留時(shí)間,保證高絮凝性細(xì)菌的選擇。
3.4 DAT-IAT工藝
DAT-IAT藝是利用單—SBR池實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行的新型工藝,介于傳統(tǒng)活性污泥法與典型的SBR工藝之間,既有傳統(tǒng)活性污泥法的連續(xù)性和高效性,又具有SBR的靈活性,適用于水質(zhì)水量大的情況。DAT-IAT工藝主體構(gòu)筑物由需氧池(DAT)和間歇曝氣池(IAT)組成,一般情況下DAT連續(xù)進(jìn)水,連續(xù)曝氣,其出水進(jìn)入IAT,在此可完成曝氣、沉淀、澆水和排出剩余污泥工序,是SBR的又一變型。
3.5 UNITANK工藝
典型的UNITANK系統(tǒng),其主體為三格池結(jié)構(gòu),三池之間為連通形式,每池設(shè)有曝氣系統(tǒng),既可采用鼓風(fēng)曝氣,也可采用機(jī)械表面曝氣,并配有攪拌,外側(cè)兩池設(shè)出水堰以及污泥排放裝置,兩池交替作為曝氣和沉淀池,污水可進(jìn)入三池中的任何一個(gè)。在一個(gè)周期內(nèi),原水連續(xù)不斷進(jìn)入反應(yīng)器,通過時(shí)間和空間的控制,形成好氧、厭氧或缺氧的狀態(tài)。UNITANK系統(tǒng)除保持原有的自控以外,還具有池子結(jié)構(gòu)簡單、出水穩(wěn)定、不需回流等特點(diǎn),而通過進(jìn)水點(diǎn)的變化可達(dá)到回流和脫氮、除磷等目的。
