SBR法的五大優點
摘要：七十年代初，由美國R.Irvine教授等發起間歇式活性污泥法的研究，直到八十年代以后才引起其它國家的重視，并陸續地得到開發應用，我國則是近幾年的事。隨著研究的深入，間歇式活性污泥法又被命名為序列間歇式反應器法(Sequencing Batoh Reactor)，我國常稱序列間歇式(序批式)活性污泥法，簡稱SBR法。
關(guan)鍵詞：SBR法 優點
1 前言
七十(shi)年代(dai)初，由(you)美國R.Irvine教授等發起(qi)間(jian)歇式活(huo)性污(wu)(wu)泥法(fa)(fa)的研究，直到(dao)八十(shi)年代(dai)以后才引起(qi)其它國家的重視，并陸續地得到(dao)開發應用，我國則(ze)是近幾年的事。隨著(zhu)研究的深入，間(jian)歇式活(huo)性污(wu)(wu)泥法(fa)(fa)又(you)被命名為序(xu)列間(jian)歇式反(fan)應器法(fa)(fa)(Sequencing Batoh Reactor)，我國常(chang)稱序(xu)列間(jian)歇式(序(xu)批式)活(huo)性污(wu)(wu)泥法(fa)(fa)，簡稱SBR法(fa)(fa)。
SBR法的(de)運(yun)行(xing)工況是(shi)以間(jian)歇(xie)操作為(wei)(wei)主要特征。所謂序列(lie)(lie)間(jian)歇(xie)式有兩(liang)種含(han)義:一是(shi)運(yun)行(xing)操作在空間(jian)上是(shi)按(an)序排(pai)列(lie)(lie)、間(jian)歇(xie)的(de)，由(you)于污水大都(dou)是(shi)連(lian)續排(pai)放且流量波(bo)動很(hen)大，這時間(jian)歇(xie)反(fan)應(ying)器(qi)(SBR)至少(shao)為(wei)(wei)兩(liang)個(ge)(ge)池(chi)或多個(ge)(ge)池(chi)(見(jian)圖(tu) 1)，污水連(lian)續按(an)序列(lie)(lie)進(jin)入每個(ge)(ge)反(fan)應(ying)器(qi)，它(ta)們運(yun)行(xing)時的(de)相對關系(xi)是(shi)有次(ci)序的(de)、也是(shi)間(jian)歇(xie)的(de)；二(er)是(shi)每個(ge)(ge)SBR 的(de)運(yun)行(xing)操作，在時間(jian)上也是(shi)按(an)次(ci)序排(pai)列(lie)(lie)的(de)、間(jian)歇(xie)的(de)，一般可按(an)運(yun)行(xing)次(ci)序分(fen)為(wei)(wei)五個(ge)(ge)階段，即進(jin)水、反(fan)應(ying)、沉淀、排(pai)水和閑(xian)置(zhi)階段，稱為(wei)(wei)一個(ge)(ge)運(yun)行(xing)周(zhou)期(見(jian)圖(tu)2)。
在(zai)(zai)一個(ge)運(yun)(yun)行周期中，各個(ge)階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)的(de)運(yun)(yun)行時(shi)間、反(fan)應(ying)器內(nei)混(hun)合液(ye)體積的(de)變化以(yi)及運(yun)(yun)行狀態等都可(ke)以(yi)根(gen)據具體污(wu)水性質(zhi)、出水質(zhi)量與運(yun)(yun)行功能要求等靈活掌握。比如在(zai)(zai)進(jin)水階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)，可(ke)按只進(jin)水不曝(pu)氣(攪拌(ban)或不攪拌(ban))的(de)限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)性曝(pu)氣運(yun)(yun)行，也(ye)可(ke)按邊進(jin)水邊曝(pu)氣的(de)非限(xian)制(zhi)(zhi)(zhi)性曝(pu)氣方式運(yun)(yun)行；在(zai)(zai)反(fan)應(ying)階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)，可(ke)以(yi)始(shi)終曝(pu)氣，為了生(sheng)物脫氮也(ye)可(ke)曝(pu)氣后攪拌(ban)，或者(zhe)曝(pu)氣攪拌(ban)交替進(jin)行；其剩余污(wu)泥(ni)量可(ke)以(yi)在(zai)(zai)閑置階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)排(pai)放(fang)，也(ye)可(ke)在(zai)(zai)排(pai)水階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)或反(fan)應(ying)階(jie)(jie)(jie)段(duan)(duan)(duan)后期排(pai)放(fang)。可(ke)見，對于某一單-3BR 來(lai)說，不存(cun)在(zai)(zai)空間上(shang)控制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)障礙，只在(zai)(zai)時(shi)間上(shang)進(jin)行有效地(di)控制(zhi)(zhi)(zhi)與變換，即能達到多種(zhong)功能的(de)要求，非常靈活。
2 SBR法(fa)的五大優點
2.1 工藝簡(jian)單，節省費用
原則上SBR法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)主體工(gong)藝(yi)(yi)設(she)備，只(zhi)有(you)一個間(jian)歇(xie)反應器(SBR)。它與普通活性污(wu)泥(ni)法(fa)(fa)工(gong)藝(yi)(yi)流程(cheng)相比(如(ru)(ru)圖3)，不需要二(er)次沉淀(dian)池(chi)(chi)、回流污(wu)泥(ni)及其設(she)備，一般情況(kuang)下(xia)不必(bi)設(she)調節池(chi)(chi)，多(duo)數情況(kuang)下(xia)可省(sheng)去初次沉淀(dian)的(de)(de)(de)(de)。1985年Arora等(deng)人(ren)(ren)對(dui)加拿大、美(mei)國和澳大利亞等(deng)國的(de)(de)(de)(de)8個SBR法(fa)(fa)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠調查，其中只(zhi)有(you)一個處理(li)廠設(she)置調節池(chi)(chi)，另兩個處理(li)廠設(she)初次沉淀(dian)池(chi)(chi)。縱(zong)觀污(wu)水(shui)(shui)人(ren)(ren)工(gong)生物處理(li)各種工(gong)藝(yi)(yi)方法(fa)(fa)，象SBR法(fa)(fa)這樣(yang)簡易的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)(yi)絕無僅有(you)。ketchum等(deng)人(ren)(ren)的(de)(de)(de)(de)統計結果表(biao)明:采用(yong)SBR法(fa)(fa)處理(li)小城鎮污(wu)水(shui)(shui)，要比用(yong)普通活性污(wu)泥(ni)法(fa)(fa)節省(sheng)基(ji)建投資30%多(duo)。此外，采用(yong)如(ru)(ru)此簡潔的(de)(de)(de)(de)SBR法(fa)(fa)工(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)系統還有(you)布置緊湊、節省(sheng)占(zhan)地面(mian)積的(de)(de)(de)(de)優點。
2.2 理想的推流過程(cheng)使生化反(fan)應推力大效(xiao)率(lv)高(gao)
這(zhe)是(shi)SBR法最大(da)的優點之(zhi)一(yi)。SBR法反(fan)應器中的底物和(he)微(wei)生(sheng)物濃度是(shi)變化的，而(er)且不連續，因此，它的運行是(shi)典型的非穩定狀(zhuang)態。而(er)在其連續曝氣的反(fan)應階段，也(ye)屬非穩定狀(zhuang)態，但(dan)其底物(與有機(ji)物或BOD等價)和(he)微(wei)生(sheng)物(MLSS 表(biao)示)濃度的變化是(shi)連續的。這(zhe)期間(jian)，雖然反(fan)應器內的混(hun)合液呈(cheng)(cheng)完全混(hun)合狀(zhuang)態，但(dan)是(shi)其底物與微(wei)生(sheng)物濃度的變化在時(shi)間(jian)上是(shi)一(yi)個推流(plug flow)過(guo)程，并且呈(cheng)(cheng)現(xian)出理(li)想的推流狀(zhuang)態。
在(zai)連續流(liu)(liu)(liu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器中(zhong)，有(you)完(wan)全(quan)混(hun)(hun)合(he)(he)式與推(tui)(tui)流(liu)(liu)(liu)式兩種極(ji)端的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)(liu)態(tai)。在(zai)連續流(liu)(liu)(liu)完(wan)全(quan)混(hun)(hun)合(he)(he)式曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)池(chi)(chi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)底物(wu)濃(nong)度(du)(du)等于(yu)出(chu)水(shui)底物(wu)濃(nong)度(du)(du)，底物(wu)流(liu)(liu)(liu)入曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)速度(du)(du)即為底物(wu)降解速率。根據生(sheng)化反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)動(dong)(dong)力(li)學，由于(yu)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)池(chi)(chi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)底物(wu)濃(nong)度(du)(du)很低，其生(sheng)化反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)推(tui)(tui)動(dong)(dong)力(li)也很小，反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)速率與去除有(you)機物(wu)效率都低。在(zai)理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)推(tui)(tui)流(liu)(liu)(liu)式曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)池(chi)(chi)中(zhong)，污(wu)水(shui)與回(hui)流(liu)(liu)(liu)污(wu)泥形成的(de)(de)(de)(de)混(hun)(hun)合(he)(he)液從池(chi)(chi)首端進入，呈推(tui)(tui)流(liu)(liu)(liu)狀態(tai)沿曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)池(chi)(chi)流(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)，至(zhi)池(chi)(chi)末端流(liu)(liu)(liu)出(chu)，此間在(zai)曝(pu)(pu)(pu)氣(qi)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)各(ge)斷面(mian)上只有(you)橫向混(hun)(hun)合(he)(he)，不存在(zai)縱(zong)向的(de)(de)(de)(de)“返混(hun)(hun)”。作為生(sheng)化反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)推(tui)(tui)動(dong)(dong)力(li)的(de)(de)(de)(de)底物(wu)濃(nong)度(du)(du)，從進水(shui)的(de)(de)(de)(de)最高逐(zhu)慚(can)降解至(zhi)出(chu)水(shui)時的(de)(de)(de)(de)最低濃(nong)度(du)(du)，整個反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)過程底物(wu)濃(nong)度(du)(du)沒被(bei)稀釋，盡(jin)可能(neng)地(di)保(bao)持了最大的(de)(de)(de)(de)推(tui)(tui)動(dong)(dong)力(li)。
完全混(hun)合(he)式曝氣(qi)池所需(xu)要的(de)(de)(de)水(shui)力(li)停留時間Tc 或(huo)有效容積Vc -般要比間歇(xie)反應器相應的(de)(de)(de)Tc 和Vc 大3倍。Ngωωn-Jern指(zhi)出:如果為了(le)去除生活污水(shui)中的(de)(de)(de)有機物，用(yong)3BR法(fa)曝氣(qi)15min就夠(gou)了(le)。筆者用(yong)SBR法(fa)處理啤酒廢水(shui)的(de)(de)(de)試(shi)驗，經2h的(de)(de)(de)曝氣(qi)便將反應器中的(de)(de)(de)COD2000mg/L降(jiang)到150mg/L左右。
2.3 運行方式靈活，脫(tuo)氮除磷(lin)效果(guo)好
SBR法為(wei)了不同(tong)的(de)凈化目的(de)，可(ke)以(yi)通過不同(tong)的(de)控制(zhi)(zhi)手(shou)段，靈活(huo)地運(yun)行(xing)。由于(yu)在時間上的(de)靈活(huo)控制(zhi)(zhi)，為(wei)其實(shi)現(xian)脫氮(dan)除磷(lin)提(ti)供了極有(you)利(li)的(de)條(tiao)件。它不僅很容(rong)易實(shi)現(xian)好氧(yang)(yang)、缺(que)氧(yang)(yang)與厭氧(yang)(yang)狀態交替的(de)環境條(tiao)件，而且很容(rong)易在好氧(yang)(yang)條(tiao)件下增大(da)曝氣量、反應時間與污泥齡(ling)，來強化硝化反應與脫磷(lin)菌(jun)(jun)過量攝取磷(lin)過程的(de)順利(li)完成；也可(ke)以(yi)在缺(que)氧(yang)(yang)條(tiao)件下方便(bian)地投加(jia)原污水(或(huo)甲醇等(deng))或(huo)提(ti)高污泥濃度等(deng)方式，提(ti)供有(you)機碳源作為(wei)電子(zi)供體使(shi)反硝化過程更(geng)快地完成；還可(ke)以(yi)在進(jin)水階段通過攪拌維(wei)持厭氧(yang)(yang)狀態，促進(jin)脫磷(lin)菌(jun)(jun)充分地釋放磷(lin)。
應(ying)指出，上(shang)述(shu)復(fu)雜的脫氮(dan)(dan)除(chu)(chu)磷(lin)(lin)過程只有(you)在A-A/O工藝(yi)中才能(neng)完(wan)成，而SBR法的單一反(fan)應(ying)器(qi)一個運行(xing)周(zhou)(zhou)期(qi)即可完(wan)成。具體(ti)操(cao)作過程、運行(xing)狀(zhuang)態與功能(neng)如下；進水(shui)階段(duan)(duan)，攪(jiao)(jiao)拌(厭氧(yang)狀(zhuang)態釋(shi)放磷(lin)(lin))→反(fan)應(ying)階段(duan)(duan)，曝(pu)氣(qi)(好氧(yang)狀(zhuang)態降解有(you)機(ji)物、硝化與攝(she)取磷(lin)(lin))、排泥(除(chu)(chu)磷(lin)(lin))、攪(jiao)(jiao)拌與投加少量有(you)機(ji)碳源(缺氧(yang)狀(zhuang)態反(fan)硝化脫氮(dan)(dan))、再(zai)(zai)曝(pu)氣(qi)(好氧(yang)狀(zhuang)態去除(chu)(chu)剩余的有(you)機(ji)物)→排水(shui)階段(duan)(duan)→閑置階段(duan)(duan)，然后(hou)進水(shui)再(zai)(zai)進入另(ling)一個運行(xing)周(zhou)(zhou)期(qi)。并曾做過進水(shui)與反(fan)應(ying)階段(duan)(duan)用曝(pu)氣(qi)與攪(jiao)(jiao)拌交替進行(xing)的運行(xing)方式脫氮(dan)(dan)的試驗研究，其(qi)脫氮(dan)(dan)效率更高(gao)。
筆者認為，如果原污水中(zhong)的P:BOD值太高(gao)，用普通(tong)厭(yan)氧/好(hao)氧法(fa)難于提高(gao)除(chu)磷率時，可以(yi)根據Phostrip法(fa)除(chu)磷的原理在SBR法(fa)中(zhong)實現，只增(zeng)加一個混凝(ning)沉淀池即可。可見，SBR法(fa)很(hen)容(rong)易滿足脫氮除(chu)磷的工藝(yi)要求，在時間上(shang)控(kong)制的靈活性又(you)能大大提高(gao)脫氮除(chu)磷的效(xiao)果。
2.4 防止污泥膨脹的最好工藝
污泥膨(peng)脹(zhang)多(duo)為(wei)絲狀性膨(peng)脹(zhang)，在活(huo)性污泥法(fa)(fa)中間歇式(shi)(shi)最不易發生膨(peng)脹(zhang)，完(wan)全(quan)混(hun)合(he)式(shi)(shi)最容易引起膨(peng)脹(zhang)。按照(zhao)發生膨(peng)脹(zhang)難易程度的(de)排(pai)列順序(xu)是:間歇式(shi)(shi)、傳統推(tui)流式(shi)(shi)、階段曝氣式(shi)(shi)和完(wan)全(quan)混(hun)合(he)式(shi)(shi)，同時發現(xian)其降(jiang)解有(you)機(ji)物(對易降(jiang)解污水)速率或效(xiao)率的(de)高低，也遵(zun)循這個排(pai)列順序(xu)。SBR 法(fa)(fa)能有(you)效(xiao)地控制絲狀菌(jun)的(de)過量繁殖(zhi)，可從(cong)四個方(fang)面說(shuo)明。
a. 底(di)(di)物濃度梯(ti)度大(da)(也(ye)是(shi)F/M梯(ti)度)，是(shi)控制(zhi)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)的(de)(de)重要因(yin)素。完(wan)全混合式基本沒有梯(ti)度，非常易(yi)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)；推流式曝氣池的(de)(de)梯(ti)度較大(da)，不易(yi)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)；而SBR法反應(ying)階段在(zai)時(shi)間上(shang)的(de)(de)理(li)想推流狀態，使(shi)F/M梯(ti)度也(ye)達到理(li)想的(de)(de)最大(da)，因(yin)此(ci)，它比(bi)普(pu)通推流式還不易(yi)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)。研究進(jin)一步證(zheng)實，縮短SBR法的(de)(de)進(jin)水時(shi)間，反應(ying)前底(di)(di)物濃度更高，其后(hou)的(de)(de)梯(ti)度更大(da)，SVI值更低，更不易(yi)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)(zhang)。
b. 缺氧(yang)(yang)(yang)好(hao)(hao)氧(yang)(yang)(yang)狀(zhuang)態并存(cun)。絕大多數絲狀(zhuang)菌(jun)(jun)(jun)，如球(qiu)衣菌(jun)(jun)(jun)屬等都是(shi)專性好(hao)(hao)氧(yang)(yang)(yang)菌(jun)(jun)(jun)，而活性污泥(ni)中(zhong)的細菌(jun)(jun)(jun)有(you)半(ban)數以(yi)上是(shi)兼性菌(jun)(jun)(jun)。與(yu)普通活性污泥(ni)法(fa)不(bu)(bu)(bu)同的是(shi)，SBR法(fa)中(zhong)進水與(yu)反應階段的缺氧(yang)(yang)(yang)(或厭氧(yang)(yang)(yang))與(yu)好(hao)(hao)氧(yang)(yang)(yang)狀(zhuang)態的交(jiao)替，能(neng)抑制專性好(hao)(hao)氧(yang)(yang)(yang)絲狀(zhuang)菌(jun)(jun)(jun)的過量繁(fan)殖，而對多數微(wei)生物不(bu)(bu)(bu)會(hui)產(chan)生不(bu)(bu)(bu)利(li)影(ying)響。正因為(wei)如此，SBR法(fa)中(zhong)限制曝氣比非限制曝氣更不(bu)(bu)(bu)易(yi)膨(peng)脹。
c. 反應(ying)(ying)器中底物濃(nong)度(du)較大(da)。絲狀(zhuang)菌(jun)比絮凝(ning)菌(jun)膠團(tuan)的(de)(de)比表面積大(da)，攝取低濃(nong)度(du)底物的(de)(de)能力強，所(suo)以在低底物濃(nong)度(du)的(de)(de)環境中(如完全混(hun)合式曝(pu)氣池(chi)(chi))往往占(zhan)優勢。在SBR 法(fa)的(de)(de)整個(ge)反應(ying)(ying)階段(duan)，不(bu)僅(jin)底物濃(nong)度(du)較高、梯(ti)度(du)也大(da)，只有在反應(ying)(ying)進(jin)入沉(chen)淀階段(duan)前夕，其底物濃(nong)度(du)才與完全混(hun)合式曝(pu)氣池(chi)(chi)的(de)(de)相同。因此，所(suo)以說SBR法(fa)沒(mei)有利于絲狀(zhuang)菌(jun)競爭的(de)(de)環境。
d. 泥(ni)齡短(duan)、比(bi)增(zeng)長(chang)速(su)(su)率大(da)。一般(ban)絲(si)狀(zhuang)菌(jun)的(de)(de)比(bi)增(zeng)長(chang)速(su)(su)率比(bi)其它細菌(jun)小(xiao)，在穩(wen)定狀(zhuang)態下，污泥(ni)齡的(de)(de)倒(dao)數數值等(deng)于(yu)污泥(ni)比(bi)增(zeng)長(chang)速(su)(su)率，故污泥(ni)齡長(chang)的(de)(de)完(wan)全混(hun)合法易于(yu)繁殖絲(si)狀(zhuang)菌(jun)。由(you)于(yu)SBR法具有理想推流狀(zhuang)態與快速(su)(su)降(jiang)解有機物的(de)(de)特點，使它在污泥(ni)齡短(duan)的(de)(de)條件下就能滿足出水質量要求，而污泥(ni)齡短(duan)又使剩余污泥(ni)的(de)(de)排放速(su)(su)率大(da)于(yu)絲(si)狀(zhuang)菌(jun)的(de)(de)增(zeng)長(chang)速(su)(su)率，絲(si)狀(zhuang)菌(jun)無(wu)法大(da)量繁殖。
2.5 耐沖擊負荷、處理(li)能(neng)力強
完全混合式曝氣池比推流式曝氣池的耐沖擊負荷以及處理有毒或高濃度有機廢水的能力強。SBR法雖然對于時間來說是一個理想的推流過程，但是就反應器本身的混合狀態仍屬典型的完全混合式，因此具有耐沖擊負荷和反應推動力大的優點。而且由于SBR法在沉淀階段屬于靜止沉淀，加之污泥沉降性能好與不需要污泥回流，進而使反應器中維持較高的MLSS 濃度。在同樣條件下，較高的MLSS濃度能降低F/M值，顯然具有更強的耐沖擊負荷和處理有毒或高濃度有機廢水的能力。若采用邊進水、邊曝氣的非限制曝氣運行方式，更能大幅度增加5BR法承受廢水的毒性和高有機物濃度。國外此類實例很多，也是研究與開發的一個熱點。
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