SBR法處理城市污水的應用
摘要：SBR 法是序批式活性污泥法的簡稱，是一種按連續(xù)進水、間歇排水周期循環(huán)間歇曝氣式活性污泥污水處理技術。其運行控制自動化，具有脫氮除磷等作用，是一種比較先進的技術。本文就此技術的概況、 發(fā)展 及其在我國的 應用 進行了探討，以期能在我國得到較全面的推廣應用。與傳統(tǒng)活性污泥CFS法相比較,具有許多優(yōu)點的特性,探討了此技術的概況、發(fā)展及在我國的應用。如果設計前能進行必要的工藝條件實驗,合理選用設計參數(shù),它必將作為一種先進技術,在我國得到廣泛地應用。
關鍵詞：活性污泥 污水處理 SBR法 間歇曝氣
SBR( Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process )是一種好氧微生物污水處理技術,是連續(xù)進水、間歇排水的周期循環(huán)間歇曝氣系統(tǒng)。該工藝集調節(jié)、初沉、曝氣、二沉、生物脫氮等過程于一池,按不同的時間順序進行各種目的不同的操作,全部過程都在一個池體內周而復始地進行,工藝流程簡潔,布局緊湊合理,是一種先進的污水處理系統(tǒng)。該技術適用于處理市政生活污水和中低濃度有機 工業(yè) 廢水,能有效地去除廢水中BOD5和懸浮固體(SS),將廢水中的氮化合物轉成硝酸鹽,進而轉成氨氣,使出水的氨氮(NH3-N)含量大大降低。與之相比較,傳統(tǒng)的連續(xù)流水處理系統(tǒng)CFS( Continuous Flow System )是在空間上設置不同的設施而在同一時間內進行各種操作。該工藝將調節(jié)、初沉、曝氣、二沉、生物脫氮等過程設于多個池內進行,限制了反應器的功能,擴大了使用空間和占地面積,使運行速度遲緩,空間和地面的有效利用率降低,不適應于大中城市工業(yè)廢水、生活污水和其它多種復雜環(huán)境中各種廢水處理的需要。
一.SBR污水處理技術概述
1.SBR污水處理技術
SBR法是20世紀初(1915年)產(chǎn)生的活性污泥充排式反應器 FDR(Fill and Draw Reactor)的一種改進。FDR法是間歇式污水處理 方法 ，它的處理效果比連續(xù)系統(tǒng)CFS( Continuous Flow System )有明顯的優(yōu)勢，但出于進出水操作頻繁，不易控制，逐漸被連續(xù)流法所取代。隨著自動控制技術的迅速發(fā)展，液位、流量、時間、程序等控制器件的完善，SBR 法的運行控制實現(xiàn)了自動化，而且還具有脫氮除磷的功能，因此自70 年代以來又被許多國家重視。
SBR 法的運行包括五道工序形成一個周期。根據(jù)各工序目的的不同，可分為：進水、反應、沉淀、排水和閑置。它與連續(xù)流系統(tǒng)相比，最顯著的特點是它將反應和沉淀分離兩個工序放在同一反應器內進行，擴大了反應器的功能。它時間順序運行的特點，使它的運行十分靈活，可以適應多種復雜操作的需要，還可一池多用。
SBR污水處理技術與傳統(tǒng)污水處理技術是不相同的。SBR技術采用的是時間分割操作替代空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應替代穩(wěn)態(tài)生化反應，靜置理想沉淀替代動態(tài)沉淀等。它在運行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結合。
2.SBR工藝的主要性能特點
2.1工藝簡單,投資和運行費用低
原則上SBR的主體工藝設備,只有一個間歇反應器(SBR).它與普通活泥法工藝流程相比,不需設二沉池、污泥回流設備,一般情況下不必設調節(jié)池,多數(shù)情況下可省去初沉池.為獲得同樣的處理效率SBR法的反應池 理論 上明顯小于連續(xù)池的體積,且池越多, SBR的總體積越小.尤其是利用SBR法處理小城鎮(zhèn)污水,要比用普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%多,并且還具有布置緊湊,節(jié)約占地面積的特點.據(jù)美國 Grundy Center污水處理廠評價,采用SBR法在二級處理中建設費用節(jié)省了19%,整個污水廠的費用節(jié)省了8%.
SBR由于不需要回流污泥而節(jié)省了能耗. SBR如采用限制曝氣方式運行,則在曝氣反應之初,池內溶解氧濃度梯度大,氧氣利用率也較高;在缺氧條件段,微生物可以有效地從硝酸鹽中獲得氧,這也節(jié)省了充氧量.
2.2污泥活性強,污泥的質量濃度高
據(jù)報道, SBR系統(tǒng)中微生物的核糖核酸(RNA)含量比連續(xù)流活性污泥系統(tǒng)高3～4倍,RNA是微生物生長的基礎,RNA高預示SBR系統(tǒng)微生物具有較強的活性.而在反應器內維持較高的污泥質量濃度對處理高濃度難降解有毒有害工業(yè)廢水有利.
2.3對水量、水質變化的適應性強,有機物去除率高
SBR系統(tǒng)是一種封閉系統(tǒng),反應器中基質和微生物濃度是隨時間變化的,在廢水和生物污泥接觸混合及曝氣反應過程中,廢水中基質的去除應由反應時間來決定,因此SBR對于時間來說類似理想的推流式反應器,而在反應過程中任一時刻其基質處于完全混合狀態(tài),故也兼有完全混合式反應器的特點.完全混合式曝氣池耐沖擊負荷且處理有毒或高濃度有機廢水的能力強,而推流式曝氣池具有生化反應推動力大的優(yōu)點.間歇式進水和排水有調節(jié)緩和沖擊負荷的作用,使SBR系統(tǒng)運行穩(wěn)定.一些廢水間歇排放且流量很小,或者水質波動極大,此時采用SBR法易取得良好的效果.還有少數(shù)特殊廢水,其中含有只能通過“共代謝”途徑才能降解的有機物,而SBR由于運行的序列性而能為“共代謝”提供條件,保證廢水得以有效處理SBR有機物去除率高的主要原因是由于SBR系統(tǒng)對生長率高、適應性強的微生物生長有利,在SBR系統(tǒng)運行周期內微生物生存環(huán)境變化劇烈,它包括氧利用范圍從厭氧經(jīng)缺氧到高溶解氧狀態(tài),基質利用從饑餓到充足,合乎需要的微生物優(yōu)先生長.
2.4靜止沉淀效果好
SBR的沉淀是在理想靜沉條件下進行的,沒有進出水流的干擾,可以避免短流和異重流的出現(xiàn),是一種理想的靜態(tài)沉淀,因此固液分離效果好,容易獲得澄清的出水.剩余污泥含水率低,濃縮污泥含固率可達到2.5%～3%,這為后續(xù)污泥的處置提供了良好的條件.
2.5不易出現(xiàn)污泥膨脹
限制曝氣的SBR在反應階段是時間上理想的推流狀態(tài),即底物的質量濃度梯度大,并且缺氧或厭氧與好氧狀態(tài)交替出現(xiàn),利于菌膠團細菌的增殖,抑制專性好氧絲狀菌的過量繁殖,因此,限制曝氣的SBR最不容易出現(xiàn)污泥膨脹.
2.6脫氮除磷效果好
生物脫氮過程是由好氧生物硝化和厭氧或缺氧反硝化兩個生物化學過程組成.硝化過程是在有氧條件下,由亞硝化菌先將氨氮轉化為亞硝酸鹽氮,再由硝化菌進一步氧化為硝酸鹽.亞硝化菌和硝化菌是自養(yǎng)菌,硝化過程需要有較高質量濃度的溶解氧和較低質量濃度的有機物. SBR在曝氣反應后期,反應器內溶解氧質量濃度較高,而基質質量濃度已大幅度下降,廢水中的氨氮在有機物去除的基礎上完成硝化過程.反硝化過程是由兼性菌或厭氧菌完成,硝酸鹽作為 電子 受體,各種碳水化合物作為電子供體進行無氧呼吸,在有機物被氧化分解的基礎上將硝酸鹽氮還原成氮氣逸出. SBR工藝的時間序列性和運行條件上的較大靈活性為其脫氮除磷提供了得天獨厚的條件,即SBR工藝在時間序列上提供了缺氧(DO=0,NOx>0)、厭氧(DO=0,NOx>0)和好氧(DO>0)的環(huán)境條件,使缺氧條件下實現(xiàn)反硝化,厭氧條件下實現(xiàn)磷的釋放和好氧條件下的硝化及磷的過度攝取,從而有效地脫氮除磷. SBR的除氮、除磷效果見表1
3 .SBR系統(tǒng)的適用范圍
SBR活性污水處理系統(tǒng)法與傳統(tǒng)的CFS活性污泥水處理系統(tǒng)相比較,在應用領域方面也有其顯著的不同和優(yōu)勢,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1) 中小城鎮(zhèn)生活污水和廠礦 企業(yè) 工業(yè)廢水,尤其是間歇排放和流量變化較大的地方,適合應用SBR法。
(2) 需要較高出水水質的地方。如風景游覽區(qū)、湖泊和港灣等。使用SBR法,不但可以去除有機物,還使出水脫氮除磷,防止河湖富營養(yǎng)化。
(3) 水資源緊缺的地方。此系統(tǒng)可在生物處理后進行物化處理,不需要增加設施,便于水的回收利用。
(4) 用地緊張的地方,宜使用此法。
(5) 已建連續(xù)流污水處理廠的改造,適合應用此法。
(6) 非常適合處理小水量,間歇排放的工業(yè)廢水與分散點源污染廢水的治理。
4. SBR法的設計要點
采用此工藝進行污水處理的單位,在進行工藝設計時,應充分考慮以下幾個設計要點:
(1) 運行周期的確定: SBR的運行周期由充水、反應、沉淀、排水排泥和閑置五段時間組成,應根據(jù)實際情況予以考慮。
(2) 反應池容積的 計算 :要全面考慮周期數(shù)(周期/d)、每一系列的反應池數(shù)、每一系列的污水進水量(設計最大日污水量,m3/d)等因素。
(3) 曝氣系統(tǒng):曝氣裝置的能力是指在規(guī)定的曝氣時間內能供給的需氧量。曝氣裝置必須是不易堵塞,同時考慮反應池的攪拌性能等。
(4) 排水系統(tǒng):上清液排出裝置應能在設定的排水時間內,活性污泥不發(fā)生上浮的情況下排出上清液,同時設置事故用排水和防浮渣流出裝置。
(5) 排泥設備:此法不設初沉池,易流入較多的雜物,污泥泵應采用不易堵塞的泵型。
5.SBR的工藝步驟
SBR反應池內設一隔墻,將反應池分成預反應區(qū)(DAT)和主反應區(qū)(IAT),墻的底部有孔相通。每一個周期的進水、反應、沉淀、潷水和閑置五道工序都在同一池內周而復始地進行。
(1)進水
經(jīng)過粗濾后的污水連續(xù)不斷地進入反應池的預反應區(qū)DAT,其中大部分可溶性BOD5很快地被該區(qū)內的微生物吸附,既可防止污泥膨脹,又對進水水質起到很好的緩沖作用。污水在連續(xù)進入的同時連續(xù)曝氣后,通過兩區(qū)之間導流設施進入IAT。由于進水時(除潷水階段外)不排水,因此不像連續(xù)流CFS法那樣易受負荷變化的沖擊。即使水質水量變化較大,也不會對SBR工藝處理的出水水質產(chǎn)生多大的 影響 。
(2)反應
反應工藝分兩步進行。首先發(fā)生在DAT區(qū),之后經(jīng)DAT初步生物處理的污水連續(xù)進入IAT區(qū)。此反應階段與CFS法完全混合式曝氣池中的反應不同,它實際上是一個推流式反應。水中BOD5被氧化分解,同時發(fā)生硝化反應。微生物生長動力學的 研究 表明,在廢水生物處理裝置的設計中,控制微生物環(huán)境條件是十分重要的。在一定的環(huán)境條件下,控制微生物生長速率就能使有機污染物得到有效的降解。由于在間歇培養(yǎng)中,細菌增長量與其細胞質量成正比,因此,在反應池中,一級反應速率與反應池內基質濃度成正比。CFS連續(xù)流完全混合式反應池內的基質與其出水所含基質濃度相同,而SBR池內的基質濃度高于出水,這樣它就比完全混合式有較高的去除效率和較高的降解速度。另一方面,研究表明,污泥膨脹是由活性污泥中大量絲狀菌繁殖造成的,組成活性污泥的菌膠團和絲狀菌,在不同污水濃度下有著不同的比生長速度。在高濃度BOD5時,菌膠團的比生長速度高于絲狀菌,當混合液BOD5濃度較低時,絲狀菌有高于菌膠團的比生長速度,如果養(yǎng)分供給充足,可以造成大量繁殖。由于SBR反應池中,污水濃度隨時間變化,進水濃度很高,菌膠團很快吸附并貯存水中的大部分可溶性有機物,在時間上形成一個理想的推流式,使出水濃度很低,這時,雖然絲狀菌有較高的比生長速度,但營養(yǎng)成分幾乎已被菌膠團耗盡,已不可能有很大的增值,從而克服了CFS法活性污泥的膨脹 問題 。
(3)沉淀
沉淀工序僅發(fā)生在IAT。當IAT停止曝氣以后,剩余的BOD5被活性污泥帶到反應池底部,并利用溶解在水中的氧進一步進行低負荷的氧化。反應逐步由好氧轉入缺氧,進而成厭氧狀態(tài),脫氮開始。在此階段污泥沉淀,水質變清。沉淀過程由于只有進水而無出水,屬半靜態(tài)沉淀,不像CFS法的連續(xù)流式動態(tài)沉淀,因而有較高的沉淀效率。
(4)潷水
排水工序只發(fā)生在IAT。池水位達到最高,并經(jīng)過沉淀后,污泥沉于底部,上部水質變清,系統(tǒng)處于厭氧狀態(tài),活性污泥在此進行內源呼吸,反硝化細菌利用內源碳進行反硝化脫氮。經(jīng)處理后澄清的水,由SBR工藝的關鍵設備潷水器自動緩慢排出池外。當池水位達到處理周期開始時的最低水位時,停止?jié)７磻氐撞康幕钚晕勰啻蟛糠肿鳛橄聜處理周期的回流污泥使用(實際上不需泵輸回流),過剩的污泥定期引出排放。每一周期潷水結束后,反應池中還剩下一部分水,可起緩沖和稀釋作用。雖然在系統(tǒng)進入沉淀、潷水階段時,待處理的廢水仍連續(xù)不斷進入,只要設計反應池時對池內擋板位置及開孔率作出精心安排,待處理水經(jīng)布水器進入預反應池后,以極小的流速運動,其一般推進速度為0.03～0.05m/min,即使有一小部分水在潷水階段進入主反應池,也會受到污水沉降層的阻擋,因而將原反應池內過渡區(qū)的水推入排水區(qū),不會造成短路。
(5)閑置
在IAT沉淀后到下個周期開始期間,可視污水的性質設置閑置期,在該時段內可根據(jù)需要進行攪拌或曝氣。在厭氧條件下攪拌比好氧條件下的曝氣要省能量,同時對保持污泥的活性也是有利的。在以脫磷為目的的裝置中,剩余污泥的排放一般是在閑置工序之初和沉淀工序的最后進行。
二.SBR法的 發(fā)展 變化
1.1國外簡況
1914年,英國Alden與Lockett等人發(fā)明了活性污泥法間歇運行污水處理技術。但由于曝氣和自控設備的問題,運行管理極不方便,后來改為連續(xù)流活性污泥法工藝。在20世紀80年代前后期,由于自動化、 計算 機等高新技術的迅速發(fā)展以及在污水處理領域的普及與 應用 (電動閥、氣動閥、溶解氧傳感器、水位傳感器等),使得間歇活性污泥法污水處理技術獲得重大進展,實現(xiàn)了運行管理的自動化。1979年,美國R.L.Irvine等人根據(jù)試驗結果首先提出SBR工藝,系連續(xù)進水,間歇排水。同年Goronsay在以往工藝基礎上提出了間歇式循環(huán)延時曝氣系統(tǒng)。1984年又研究出利用不同負荷條件下微生物的生長速率和污水生物除磷脫氮工藝。DAT-IAT是SBR工藝中,繼ICEAS、CASS、IDEA法之后完善發(fā)展的又一種新 方法 。
澳大利亞以SBR工藝所著稱。近十幾年來,建成SBR工藝污水處理廠600余座,其中在中型和大型污水處理廠的應用也日益增多,并且開始興建日處理量21萬噸大型SBR工藝污水處理廠。由于處理工藝流程簡單,處理效果好的獨特優(yōu)點,逐漸引起世界污水處理界的廣泛關注。
1.2 國內簡況
(1) SBR法研究的起步
我國自九十年代中期開始,國家建設部部屬市政設計研究院和上海、北京、天津等市政設計研究院,開始了SBR工藝技術的研究和應用,但大部分處于試驗研究和小型污水處理廠的應用階段。 目前 ,只有幾座城市污水處理廠采用SBR法工藝處理城市混合污水,其處理效果較好,如:昆明市日處理污水量15萬噸的第三污水處理廠,其工藝為SBR法ICEAS技術,自投產(chǎn)以來,運行正常,出水水質穩(wěn)定,達到了設計標準。天津 經(jīng)濟 技術開發(fā)區(qū)污水處理廠所采用的DAT-IAT是一種SBR法的變形工藝,是 中國 目前最大的SBR法城市污水處理廠。該工藝方案是由天津市政工程設計研究院和開發(fā)區(qū)、以及國內有關污水處理專家共同完成的,經(jīng)過對國內外污水廠的考察并充分論證,認為SBR法DAT-IAT工藝能夠克服天津開發(fā)區(qū) 工業(yè) 廢水比重大、水質水量變化幅度大的水質特征,其處理后的水質能夠滿足國家的排放標準。
(2) SBR法的自動化控制
天津經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠采用國際上比較先進的SBR工藝中的DAT-IAT法,日處理污水10萬噸,整個污水處理實行集中控制,分散管理的方式。它把管理層和控制層分開,降低誤操作對整個工藝的影響,增加了系統(tǒng)運行的可靠性。該項技術為澳大利亞專利技術,中國首次引進使用。通過對全過程的監(jiān)控,實現(xiàn)了整個工廠的全自動化運行,大大提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性,減少了由于人為的因素而帶來的干擾,減輕了勞動強度。隨著計算機和 網(wǎng)絡 的飛速發(fā)展,自動控制技術也正在迅猛發(fā)展。
三.結語
SBR工藝具有普通連續(xù)流活性污泥法所不具備的優(yōu)勢,可以說SBR拓展了普通活性污泥法的處理能力.目前, SBR反應器已廣泛應用于各種含難降解有機物廢水處理的試驗研究,并取得較好的處理效果,眾多研究結果表明SBR對連續(xù)式不能降解的有機物也表現(xiàn)出良好的降解效果.針對難降解有機物處理新型SBR反應器和運行工序的開發(fā)和應用,使得SBR在難降解有機物處理中得以廣泛應用.由于SBR運行靈活,抗沖擊負荷能力強,因此特別適用于排放量小,有機物濃度高且不易降解,廢液排放間歇的中小型 企業(yè) .目前,我國正在大力發(fā)展裝置化環(huán)保設備,為眾多的中小型石油化工、造紙、印染、煉油、制藥等企業(yè)提供操作方便和使用靈活的廢水處理工藝設備成為一項迫在眉睫的任務,預計能適應這一要求的SBR工藝在這方面將有較大的發(fā)展?jié)摿土己玫耐茝V應用前景.
參考 文獻 :
[1] 王殿平,許翊華,杜彥武,孟昭輝. 哈爾濱商業(yè)大學學報( 自然 科學 版), <> 2003.12 677_680.
[2] 馬培忠,于崇濤,孫好芬. 青島大學學報, <> 2003.6 95_98
[3]<<山東環(huán)境>> 2003.6 19_21.
[4] 方茜,張可方,張朝升,周莉萍,伍小軍. <> 中國 給水排水 2004 vol.20 43_47.
[5] 張可方 廣州大學學報(自然科學版) <> 2002.8 353_356.
[6] 何文遠 楊海真 華中 科技 大學學報(城市科學版) <<城市污水脫氮除磷工藝的比較分析>> 2003.3 85_87
[7] 龍北生 孫大群 邊德軍 趙勇勝 給水排水<<采用兩級SBR工藝優(yōu)化除磷脫氮>>Vol.29 NO 11 2003
[8] 伍小軍 廣州大學學報(自然科學版) SBR法處理城市污水中最佳曝氣時間的探討 2003.6 277_279
[9] 王洪洋,侯紅娟,周 琪 中國給水排水 SBR中混凝劑與微生物的協(xié)同除污效能2004 Vol.20 38_40
[10] 江田民 楊海光 陳篩林 丁富新(清華大學化工系，北京)環(huán)境保護 2003.7 24_27.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
