SBR工藝在污水回用中的應(yīng)用與發(fā)展
摘要: 探討了序批式活性污泥處理工藝( SBR) 的性能特點、工藝流程以及演化, 并分析了SBR 工藝在中小型城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)生活污水處理中的可行性。
關(guān)鍵詞: 污水回用; SBR; 污水處理
1 問題的提出
隨著工業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)居民生活水平的逐步提高, 水資源短缺和生活污水的污染問題日益嚴重。城鎮(zhèn)供水中, 工業(yè)用水量所占份額很大, 面對日益緊缺的水資源和迅速發(fā)展的工業(yè), 除了節(jié)約用水、提高水的循環(huán)利用率外, 污水回用也日益受到關(guān)注。目前, 我國城市污水處理率僅18.6%, 城市污水二級處理率僅為9%～10%[ 1] 。而大多工業(yè)對回用水水質(zhì)要求不很嚴格, 所以將污水處理單元出水回用于工業(yè), 既可以減少水直接排放到自然水體中, 減輕對環(huán)境的污染, 又可以節(jié)省大量新鮮水, 是緩解城鎮(zhèn)水資源緊張的有效途徑。城鎮(zhèn)工業(yè)分布相對集中, 有利于回用水的規(guī)模輸送。盡管各工業(yè)用戶所要求的水質(zhì)標準有所不同, 但多數(shù)工業(yè)對回用水的水質(zhì)要求相對較低, 城鎮(zhèn)污水經(jīng)二級處理后, 稍作深度處理就可以滿足多數(shù)企業(yè)水質(zhì)要求, 尤其是工業(yè)冷卻水, 對水質(zhì)要求更低。
在山西, 尤其是晉中和晉北的廣大農(nóng)村地區(qū), 水資源短缺嚴重限制著工業(yè)的發(fā)展。盡管引黃入晉工程緩解了部分中型城市用水問題, 但要想從根本上解決缺水問題, 發(fā)展小型污水回用工程是一條有效可行的可持續(xù)發(fā)展道路。中小型城鎮(zhèn)以及工礦企業(yè)生活污水水量小、可生化性好,含有相當濃度的氮磷, 排放量方面具有間歇性和不穩(wěn)定性; 城鎮(zhèn)地表徑流造成污染的季節(jié)性差異較大, 成分復雜, 而SBR 工藝的特性恰恰適合這種給水方式, 故此文討論SBR 工藝對于中小型城鎮(zhèn)以及工礦企業(yè)生活污水回用的可行性。
2 SBR 工藝發(fā)展概述
SBR 工藝( sequencing batch activated sludge reactor technology) , 即序批式活性污泥處理系統(tǒng), 是20 世紀70 年代由美國Natre Dame 大學的R.Irvine 博士將老式的充排系統(tǒng)改進并發(fā)展而成, 并對其進行了系統(tǒng)深入的研究, 于1980 年在美國國家環(huán)保總局的資助下, 改建并投產(chǎn)了第一個SBR 工藝的污水處理廠。繼后, 日本、德國、法國、澳大利亞等國都對SBR 工藝進行了理論研究。20 世紀70 年代, 太宰曾提出了限制曝氣方式及對污染膨脹極為有效的SBR 運行方式; 20 世紀80 年代以來又研究了在限制曝氣運行中一部分時段為厭氧狀態(tài)的曝氣方法, 對實現(xiàn)除磷脫氮進行了較深入的研究 。
我國在SBR 工藝的研究方面起步較晚, 但發(fā)展較快。20 世紀80 年代中期開始對SBR 污水處理工藝進行研究和應(yīng)用, 上海市吳淞肉聯(lián)廠污水處理站是我國建立的第一座應(yīng)用SBR 工藝的污水處理單元。而在理論研究方面也在不斷發(fā)展。劉永凇等人在含酚廢水、肉聯(lián)廠污水、啤酒廠污水的SBR 工藝的研究基礎(chǔ)上, 綜合分析了SBR 的工藝特性, 認為正確控制充水時間和曝氣方式是最大限度提高SBR 系統(tǒng)反應(yīng)速率的重要手段; 并認為SBR 是一種性能較穩(wěn)定的處理方法, 具有特殊的微生物相特征 。王福珍對SBR 工藝供氣量的最優(yōu)控制和曝氣沉淀時間的最優(yōu)分配及污泥膨脹問題進行了研究, 認為SBR 工藝可以在反應(yīng)階段實施非均勻曝氣, 并根據(jù)不同的污泥性質(zhì)來確定最優(yōu)曝氣和沉淀時間, 并認為低負荷和沉淀及閑置時間長會導致污泥膨脹 。
3 SBR 的工藝流程及操作過程
SBR 工藝的核心處理設(shè)備是一個序批式間歇反應(yīng)器( SBR 反應(yīng)器) ,整個運行周期由進水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置5 個基本工序組成, 所有
工序都在一個設(shè)有曝氣或攪拌裝置的反應(yīng)器內(nèi)依次進行。處理過程中,不斷進行這種操作周期, 以實現(xiàn)污水處理的目的。反應(yīng)器進水前處于靜
止或待機狀態(tài), 沉淀后的上清液已經(jīng)排空, 反應(yīng)器內(nèi)還貯存著高濃度的活性污泥混合液, 其實質(zhì)是連續(xù)流活性污泥法的污泥回流功效。整個進水工藝完成后方開始攪拌或曝氣, 此時, 反應(yīng)器起到了緩沖和調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的作用, 因此SBR 工藝對污染負荷變動影響小, 對水質(zhì)、水量變的適應(yīng)性好。進水完成后, 開始反應(yīng)操作。可以根據(jù)不同的要求來選擇具體方法, 控制曝氣時間可以實現(xiàn)硝化、磷的吸收以及氨氮、SS 和BOD 的
去除等不同的要求 ; 控制曝氣或攪拌強度可以使反應(yīng)器內(nèi)維持厭氧或缺氧狀態(tài), 實現(xiàn)硝化、反硝化過程 。
沉淀工序的作用相當于CFS 工藝的二沉池, 曝氣或攪拌完成后, 反應(yīng)器處于靜止狀態(tài), 活性污泥進行重力沉淀和上清液分離。此時, 污泥沉淀接近理想沉淀, 避免連續(xù)出水帶走密度小、活性好的污泥顆粒, 普通活性污泥工藝的VSS/SS 為0.6 左右, 而SBR 工藝的VSS/SS 可以提高到0.8 以上。因此, SBR 工藝沉降時間短、沉淀效率高, 污泥能夠保持較好的活性。沉降時間由不同的污水類型及出水水質(zhì)要求而定, 一般為1 h ～2 h。沉淀完成后, 排出上清液, 恢復到周期開始時的最低水位。剩余清液可以用作循環(huán)水或稀釋水, 起到緩沖作用; 反應(yīng)池底部的大部分活性污
泥用于下一周期的回流污泥使用, 剩余污泥排放。
與其他工藝不同, SBR 反應(yīng)器有一個閑置階段, 其作用是微生物通過內(nèi)源呼吸恢復活性, 溶解氧濃度下降, 起到一定的反硝化作用而進行脫氮,
為下一周期創(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), 活性污泥的比表面積很大, 因而在新的運行周期的進水階段活性污泥便可發(fā)揮其較強的吸附能力對有機物進行初始吸附去除。另外, 待機工序可使池內(nèi)溶解氧進一步降低, 為反硝化工序提供良好的工況。
4 SBR 工藝的性能特點
4.1 SBR 工藝的優(yōu)越性
SBR 工藝鑒于其獨特的序批式特點, 有許多其他工藝無法比擬的特性, 與普通活性污泥法相比, 其優(yōu)越性在于:
( 1) 工藝流程簡單, 運轉(zhuǎn)靈活, 基建費用低。SBR 工藝中主體設(shè)備就是一個SBR 反應(yīng)器, 所有操作都在這個反應(yīng)器中進行, 只是在不同時間段內(nèi)分別進行泥水混合、有機物氧化、硝化、脫氮、磷的吸收與釋放以及泥水分離等, 所以SBR 污水處理系統(tǒng)構(gòu)筑物少, 基建費用低。此外, 隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展, 工藝的運行管理也變得更加簡單。
( 2) 處理效果好, 出水水質(zhì)穩(wěn)定。SBR 工藝在時間上具有理想的推流式反應(yīng)器特性, 反應(yīng)器中的基質(zhì)和微生物濃度隨時間不連續(xù)變化, 其運行是典型的非穩(wěn)態(tài)過程。在曝氣反應(yīng)階段, 反應(yīng)器內(nèi)的混合也處于完全混合狀態(tài), 但其基質(zhì)和微生物濃度的變化在時間上是一個推流過程, 且呈現(xiàn)出理想的推流狀態(tài)。Ngwwn- Jern 指出: 如果為了去除生活污水中的有機物, 用SBR 法曝氣15 min 就夠了, 用SBR 工藝處理啤酒廢水的試驗, 經(jīng)2 h 的曝氣便將反應(yīng)器中的COD 從2 000 mg/L 降到150 mg/L 。
( 3) 具有較好的除磷脫氮效果。SBR 工藝通過不同工序時間上的優(yōu)化組合, 可以實現(xiàn)厭氧、缺氧、好氧狀態(tài)的交替出現(xiàn), 很好地滿足了生物
除磷脫氮的理論條件。沈耀良、趙丹介紹了SBR 工藝脫氮除磷功能的改進運行方式, 指出在曝氣和沉淀階段之間增加一個停曝階段, 可強化反
硝化作用; 可改變沉淀、排水和排泥的運行程序和操作方式, 以防止磷的提前釋放 。陳紅、李昊翔在考察SBR 工藝各階段運行時間、碳氮比對氮磷去除率的影響后, 指出SBR 工藝在進水攪拌階段使磷得到充分的釋放; 在停曝攪拌階段混合液得到了充分的反硝化, 提高了脫氮效果, 同時由于抑制了聚磷菌釋放磷而提高了除磷效果。
( 4) 污泥沉降性能良好。SBR 反應(yīng)器中基質(zhì)濃度梯度大, 污泥泥齡短, 厭氧、缺氧、好氧狀態(tài)同時存在, 這些條件有助于改善污泥沉降性能,
控制絲狀菌的過度繁殖, 減少污泥膨脹。
( 5) 對水質(zhì)水量變化的適應(yīng)性強。單獨的進水期使污水在反應(yīng)器中充分混合, 對污水負荷起到緩沖調(diào)節(jié)作用, 如果在特定時間內(nèi)濃度沖擊負荷較大時, 也可以回流上周期的處理水進行稀釋。
4.2 SBR 工藝也有其相應(yīng)的局限性
( 1) 反應(yīng)器容積利用率低。由于SBR 對水量的適應(yīng)性強, 大部分時間SBR 中的水位較低, 達不到反應(yīng)器的有效容積。
( 2) 間歇性出水, 要求后續(xù)構(gòu)筑物容積較大, 有足夠的調(diào)節(jié)能力。
( 3) 多個SBR 反應(yīng)器并聯(lián)可實現(xiàn)連續(xù)進水, 但是各反應(yīng)器內(nèi)均需設(shè)有攪拌或曝氣設(shè)備, 設(shè)備交替間歇運行, 整體利用率低。
( 4) SBR 工藝只適用于小型污水處理廠, 其處理規(guī)模較小。對于進水量大的污水處理廠, 需多個SBR 反應(yīng)器并聯(lián)運作, 勢必使操作和管理變得復雜, 且運行和基建費用提高。
5 結(jié)語
SBR 工藝具有工藝簡單、占地面積和基建投資少、運行費用省和污泥膨脹幾率小等優(yōu)點, 而且運行穩(wěn)定, 效果可靠, 具有良好的推廣使用價值, 中小型城鎮(zhèn)采用其處理城鎮(zhèn)生活污水是切實可行的。大多數(shù)工業(yè)用水量大, 且對回用水水質(zhì)要求較低, 污水處理廠出水回用到工業(yè)可節(jié)約大量新鮮水, 具有廣闊的發(fā)展前景。
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