SBR工藝的發(fā)展類(lèi)型及其應用特性

序批式活性污泥法(SBR)是由美國Irvine在20世紀70年代初開(kāi)發(fā)的，80年代初出現了連續進(jìn)水的ICEAS工藝，隨之Goranzy教授開(kāi)發(fā)了CASS和CAST工藝，90年代比利時(shí)的SEGHERS公司又開(kāi)發(fā)了UNITANK系統，把經(jīng)典SBR的時(shí)間推流與連續系統的空間推流結合了起來(lái)。我國也于80年代中期開(kāi)始對SBR進(jìn)行研究，目前應用已比較廣泛。

1 工藝特點(diǎn)及分析

SBR工藝是通過(guò)在時(shí)間上的交替來(lái)實(shí)現傳統活性污泥法的整個(gè)運行過(guò)程，它在流程上只有一個(gè)基本單元，將調節池、曝氣池和二沉池的功能集于一池，進(jìn)行水質(zhì)水量調節、微生物降解有機物和固液分離等。經(jīng)典SBR反應器的運行過(guò)程為：進(jìn)水→曝氣→沉淀→潷水→待機。

1.1　 優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)分析可將SBR反應器的優(yōu)點(diǎn)歸納如表1。

1.2 理論分析

SBR反應器充分利用了生物反應過(guò)程和單元操作過(guò)程的基本原理。

① 流態(tài)理論

由于SBR在時(shí)間上的不可逆性，根本不存在返混現象，所以屬于理想推流式反應器。

② 理想沉淀理論��

其沉淀效果好是因為充分利用了靜態(tài)沉淀原理。經(jīng)典的SBR反應器在沉淀過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)水的擾動(dòng)，屬于理想沉淀狀態(tài)。��

③ 推流反應器理論��

假設在推流式和完全混合式反應器中有機物降解服從一級反應，那么在相同的污泥濃度下，兩種反應器達到相同的去除率時(shí)所需反應器容積比則為：��

V完全混合／V推流=〔(1-(1／1-η)〕／〔ln(1-η)〕　　　　(1)��

式中η——去除率��

從數學(xué)上可證明當去除率趨于零時(shí)V完全混合/V推流等于1，其他情況下(V完全混合/V推流)＞1，就是說(shuō)達到相同的去除率時(shí)推流式反應器要比完全混合式反應器所需要的體積小，表明推流式的處理效果要比完全混合式好。��

④ 選擇性準則

1973年Chudoba等人提出了在活性污泥混合培養中的動(dòng)力學(xué)選擇性準則，這個(gè)理論是基于不同種屬的微生物在Monod方程中的參數(KS、μmax)不同，并且不同基質(zhì)的生長(cháng)速度常數也不同。Monod方程可以寫(xiě)成：��

dX/Xdt=μ=μmax[S/(KS+S)] (2)��

式中 �玐——生物體濃度
S——生長(cháng)限制性基質(zhì)濃度��
Ks——飽和或半速度常數��
μ、μmax——分別為實(shí)際和最大比增長(cháng)速率

按照Chudoba所提出的理論，具有低KS和μmax值的微生物在混合培養的曝氣池中，當基質(zhì)濃度很低時(shí)其生長(cháng)速率高并占有優(yōu)勢，而基質(zhì)濃度高時(shí)則恰好相反。Chudoba認為大多數絲狀菌的KS和μmax值比較低，而菌膠團細菌的KS和μmax值比較高，這也解釋了完全混合曝氣池容易發(fā)生污泥膨脹的原因。有機物濃度在推流式曝氣池的整個(gè)池長(cháng)上具有一定的濃度梯度，使得大部分情況下絮狀菌的生長(cháng)速率都大于絲狀菌，只有在反應末期絮狀菌的生長(cháng)沒(méi)有絲狀菌快，但絲狀菌短時(shí)間內的優(yōu)勢生長(cháng)并不會(huì )引起污泥膨脹。因此，SBR系統具有防止污泥膨脹的功能。

⑤ 微生物環(huán)境的多樣性��

SBR反應器對有機物去除效果較好，而對難降解有機物降解效果好是因其在生態(tài)環(huán)境上具有多樣性，具體講可以形成厭氧、缺氧和好氧等多種生態(tài)條件，從而有利于有機物的降解。��

1.3 缺點(diǎn)

① 連續進(jìn)水時(shí)，對于單一SBR反應器需要較大的調節池。

② 對于多個(gè)SBR反應器，其進(jìn)水和排水的閥門(mén)自動(dòng)切換頻繁。��

③ 無(wú)法達到大型污水處理項目之連續進(jìn)水、出水的要求。��

④ 設備的閑置率較高。��

⑤ 污水提升水頭損失較大。��

⑥ 如果需要后處理，則需要較大容積的調節池。

2　新型SBR工藝及其特點(diǎn)

由于SBR工藝在時(shí)間和空間上的特點(diǎn)形成了其運行操作上的靈活性，故相繼開(kāi)發(fā)了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工藝。��

2.1 工藝類(lèi)型

① ICEAS工藝

ICEAS工藝的基本單元是兩個(gè)矩形池為一組的反應器。每個(gè)池子分為預反應區和主反應區兩部分，預反應區一般處于缺氧狀態(tài)，主反應區是曝氣反應的主體。��

ICEAS的優(yōu)點(diǎn)是采用連續進(jìn)水系統，減少了運行操作的復雜性，故適用于較大規模的污水處理，但其在工藝改進(jìn)的同時(shí)也喪失了表1列出的5種優(yōu)點(diǎn)，僅僅保留了SBR反應器的結構特征 。

與經(jīng)典SBR工藝相比，ICEAS工藝具以下特點(diǎn)：

a.沉淀特性不同

ICEAS的沉淀會(huì )受到進(jìn)水擾動(dòng)，破壞了其成為理想沉淀的條件。為了減少進(jìn)水帶來(lái)的擾動(dòng)，一般將池子設計成長(cháng)方形，使出水近似于平流沉淀池。��

b.理想推流性能和污泥膨脹的控制

由于連續進(jìn)水，ICEAS喪失了經(jīng)典SBR的理想推流和對難降解物質(zhì)去除率高的優(yōu)點(diǎn)，而且不能控制污泥膨脹的發(fā)生，所以需要設置選擇區。��

c.因連續進(jìn)水而適用于較大型污水處理廠(chǎng)

連續進(jìn)水不用進(jìn)水閥門(mén)之間切換，控制簡(jiǎn)單，從而可應用于較大型的污水廠(chǎng)。

② CASS工藝

CASS工藝是在ICEAS工藝的基礎上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。通常CASS分為三個(gè)反應區：生物選擇器、缺氧區、好氧區(見(jiàn)圖1)。生物選擇器是設置在CASS前端的小容積區，通常在厭氧或兼氧條件下運行，其基本功能是防止產(chǎn)生污泥膨脹，同時(shí)還具有促進(jìn)磷的進(jìn)一步 釋放和強化反硝化的作用，另外在這個(gè)區內的難降解大分子物質(zhì)易發(fā)生水解作用，這對提高有機物的去除率具有一定的促進(jìn)作用。主反應區則是去除有機底物的主場(chǎng)所，運行過(guò)程中通常將主反應區的曝氣強度加以控制以使反應區內主體溶液處于好氧狀態(tài)，完成降解有機物的過(guò)程。

在池末端設有潛水泵，污泥通過(guò)潛水泵不斷從主曝氣區抽送至生物選擇器中。CASS生物選擇器及缺氧區的設置和污泥回流的措施保證了活性污泥不斷地在選擇器中經(jīng)歷一個(gè)高絮體負荷(S0/X0)階段，從而有利于系統中絮凝性細菌的生長(cháng)，進(jìn)一步有效地抑制絲狀菌的生長(cháng)和繁殖。CASS工藝在沉淀階段不進(jìn)水以保證污泥沉降無(wú)水力干擾，可以進(jìn)一步保證系統有良好的分離作用。

CASS工藝與ICEAS工藝相類(lèi)似，但是通過(guò)設置選擇器、預反應區和污泥回流等措施可以起到控制污泥膨脹、增大有機物的去除率和除磷脫氮的作用，同時(shí)通過(guò)多個(gè)反應器的組合創(chuàng )造了靜止沉淀的條件。

③ UNITANK工藝��

UNITANK的通用形式是采用三個(gè)池子的標準系統，這三個(gè)池子通過(guò)共壁上的開(kāi)孔實(shí)現水力連接，無(wú)需用泵輸送(見(jiàn)圖2)。

每個(gè)池中都裝有曝氣系統(可以是表曝也可以是鼓風(fēng)曝氣)，同時(shí)外面的兩個(gè)池子都裝有溢流堰用于排水，既可以用作反應區也可以用作沉淀池。每個(gè)池子都可以進(jìn)水，剩余污泥也是從邊緣兩個(gè)作沉淀池的池子排出。與傳統活性污泥法一樣，UNITANK系統是連續運行的，但是其單個(gè)池子是按一定周期運行的。��

UNITANK系統可在恒定水位下連續運行，此時(shí)從整個(gè)系統來(lái)看它已經(jīng)不屬于SBR了，與交替運轉的三溝式氧化溝非常相似，更接近于傳統的活性污泥法，這是該工藝最為顯著(zhù)的一個(gè)特點(diǎn)；UNITANK也可在恒水位下交替運行，出水采用固定堰而不是潷水器，在任一時(shí)刻總有一個(gè)池子作為沉淀池，這個(gè)沉淀池相當于平流式沉淀池，所以在設計上需要滿(mǎn)足平流沉淀池的功能，這是UNITANK的第二個(gè)特點(diǎn)；標準的UNITANK系統是由三個(gè)正方形池所組成，彌補了單個(gè)反應器完全混合的不足，這是其第三個(gè)特點(diǎn)。��

④ 其他SBR工藝

UNITANK最突出的問(wèn)題是由于中池和邊池的位置不同而使邊池總有一段時(shí)間兼作沉淀池，而中池總是作為曝氣池，從而造成邊池污泥濃度遠遠高于中池，為此提出LUCAS工藝。��

LUCAS工藝最為顯著(zhù)的特點(diǎn)是四個(gè)反應器(也可采用兩個(gè)或三個(gè)反應器)的作用完全對等，采用輪換的方式分別作為曝氣池和沉淀池(見(jiàn)圖3)，所以可避免中池污泥濃度過(guò)低而邊池污泥濃度過(guò)高所造成的設備利用率降低等一系列問(wèn)題。另外，采用四個(gè)池子串聯(lián)運行使反應器的流態(tài)接近推流式曝氣池。LUCAS工藝既保留了UNITANK工藝的優(yōu)點(diǎn)又克服了其缺點(diǎn)，是新一代反應器。

還有一些其他類(lèi)型的SBR工藝，如MSBR、DAT—IAT、IDEA、膜法SBR等。

2.2 工藝比較

大部分新型SBR仍然擁有經(jīng)典SBR的主要特點(diǎn)，并且還形成了一些獨特的優(yōu)點(diǎn)(見(jiàn)表2)。

由表2可見(jiàn)在新型SBR中經(jīng)典SBR的優(yōu)點(diǎn)在一定程度上被弱化，同時(shí)由于改進(jìn)的SBR吸收了傳統活性污泥的特點(diǎn)，出現了連續進(jìn)水、連續出水和帶回流污泥的SBR反應器以及UNITANK新型綜合性工藝。不同類(lèi)型的SBR反應器的優(yōu)點(diǎn)是不同的，因此在進(jìn)行工藝選擇和設計計算時(shí)應當注意。同時(shí)可以參照中國污水處理工程網(wǎng)其他技術(shù)文檔。

參考文獻：
〔1〕 李道棠,趙敏鈞.間歇式活性污泥法技術(shù)特點(diǎn)及應用〔J〕.上海交通大學(xué)學(xué)報,1996，30(9)： 13-15.
〔2〕 Goronszy M C,朱明權,Wutscher K.循環(huán)式活性污泥法在工業(yè)廢水中的應用〔J〕.中國給水排水,1996，12(6)：4-9.　　
〔3〕 張大群,王秀朵.SBR工藝新DAT—IAT法及新型潷水器〔J〕.中國給水排水,1996，12(1)：26-28.
〔4〕 吳衛國，Peter L Timpany.連續進(jìn)水、恒水位的改進(jìn)型SBR系統〔J〕.中國給水排水，2001，17(7)：1-5.來(lái)源：水利工程網(wǎng) 作者: 王凱軍,宋英豪