間歇式活性污泥法(SBR) 又稱(chēng)序批式活性污泥法, 是一種不同于傳統活性污泥法的廢水處理工藝。1914年英國的Arden 和Lokett 首創(chuàng )活性污泥法時(shí)采用的就是間歇法。受當時(shí)技術(shù)條件的限制, 曝氣池水流不斷切換, 操作起來(lái)較為煩瑣,而且沉淀時(shí)絕對靜止, 曝氣設備易被堵塞。在連續式活性污泥法出現之后, 很快將其取代, 占據了主導地位。20 世紀70 年代以來(lái), 為解決連續污水處理法存在的問(wèn)題, 由R. L.Irvine發(fā)起, 日本、澳大利亞等國學(xué)者對SBR 進(jìn)行了重新評價(jià)和研究。特別是近年來(lái)由于計算機控制技術(shù)的發(fā)展, 通過(guò)溶解氧測定儀、氧化還原電位計等儀表對工藝運行進(jìn)行過(guò)程控制的技術(shù)出現, 使得初期的SBR 反應器間歇運行的復雜操作問(wèn)題得以解決。20世紀80 年代以后, SBR 法引起越來(lái)越多國家的重視,并陸續得到開(kāi)發(fā)應用。
1 SBR 工藝流程和優(yōu)點(diǎn)
SBR 工藝的核心是SBR 反應池, 它是按一定時(shí)間順序間歇操作運行的生物反應器。所謂“序批間歇式”有兩種含義: 一是運行操作在空間上是按序列的方式進(jìn)行的, 為匹配多數情況下廢水的連續排放規律, 必須2 個(gè)或多個(gè)SBR 池并聯(lián), 按次序間歇運行;二是每個(gè)SBR 的操作在時(shí)間上也是按次序排列的。一個(gè)運行周期按次序分為五個(gè)階段: 進(jìn)水、反應、沉淀、排水和閑置階段。典型的SBR 系統包括一座或幾座反應池以及初沉池等預處理設施。反應池兼有調節池和沉淀池的功能。當反應池進(jìn)水結束后, 開(kāi)始曝氣反應, 待有機物濃度達到排放標準后, 停止曝氣, 使混合液在反應器中處于靜止狀態(tài)進(jìn)行固液分離, 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后排除上清液, 沉淀污泥進(jìn)入閑置階段, 反應器又處于準備進(jìn)行下一周期運行的待機狀態(tài)。在進(jìn)水階段,又可根據是否曝氣分為限制曝氣、非限制曝氣和半限制曝氣三種。限制曝氣是指在進(jìn)水時(shí)不曝氣, 并盡量縮短進(jìn)水時(shí)間, 這種限制曝氣方式適合于處理無(wú)毒性的污水。非限制曝氣是在進(jìn)水的同時(shí)曝氣, 在進(jìn)水期便可降解一部分基質(zhì), 避免反應初期基質(zhì)在混合液中過(guò)度的累積, 對反應過(guò)程造成抑制。這種非限制曝氣方式適合于處理有毒且基質(zhì)濃度較高的污水。半限制曝氣是在進(jìn)水的后半期進(jìn)行曝氣, 是介于限制曝氣和非限制曝氣之間的一種運行方式。
SBR 工藝之所以能夠日益受到重視, 并廣泛應用, 是由于其運行方式的特殊性, 使其具有以下連續流系統無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
( 1) 工藝流程簡(jiǎn)單、基建與運行費用低。SBR 系統的主體工藝設備是一座間歇式曝氣池, 與傳統的連續流系統相比, 無(wú)須二沉池和污泥回流設備, 一般也不需調節池。許多情況下, 還可省去初沉池。這樣SBR 系統的基建費用往往較低。根據L. Ketchum 等的統計結果, 采用SBR 法處理小城鎮污水比用傳統連續流活性污泥法節省基建投資30%以上。SBR法無(wú)須污泥回流設備, 節省設備費和常規運行費用。穩定運行期, 廢水處理費用與原A/O—A/O 工藝相比可降低15%～20%。
( 2) 生化反應推動(dòng)力大、速率快、效率高。SBR法反應器中底物濃度在時(shí)間上是理想推流過(guò)程, 底物濃度梯度大, 生化反應推動(dòng)力大, 克服了連續流完全混合式曝氣池中底物濃度低, 反應推動(dòng)力小和推流式曝氣池中水流反混嚴重, 實(shí)際上接近完全混合流態(tài)的缺點(diǎn)。R. L. Irvine 等的研究還表明: SBR 法中作為微生物活性最重要指標的RNA 含量是傳統活性污泥法中的3~4 倍。
( 3) 耐沖擊負荷能力較強。SBR 法雖然對于時(shí)間來(lái)說(shuō)是理想推流過(guò)程, 但就反應器中的混合狀態(tài)來(lái)說(shuō), 仍屬于典型的完全混合式, 也具有完全混合曝氣所具有的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)SBR 反應池在充水時(shí)相當于一個(gè)均化池, 在不降低出水水質(zhì)的情況下, 可以承受高峰流量和有機物濃度上的沖擊負荷。此外, SBR可在反應器內保持較高的污泥濃度, 這也在一定程度上提高了它的耐沖擊負荷能力。
( 4) 有效防止污泥膨脹。SBR 具有選擇器效應,反應初期底物濃度較高, 有利于絮體細菌增殖并占優(yōu)勢, 可抑制專(zhuān)性好氧絲狀菌的過(guò)分增殖。此外,SBR 法中好氧、缺氧狀態(tài)交替進(jìn)行, 也可抑制絲狀菌生長(cháng)。
( 5) 沉淀效果好。沉淀過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)出水水流的干擾, 可避免短流和異重流的出現, 是理想的靜止沉淀, 固液分離效果好, 具有污泥濃度高、沉淀時(shí)間短、出水懸浮物濃度低等優(yōu)點(diǎn)。
( 6) 操作靈活, 易維護。SBR 法不僅工藝流程簡(jiǎn)單, 而且根據水質(zhì)、水量的變化, 通過(guò)各種控制手段,以各種方式靈活運行, 如改變進(jìn)水方式、調整運行順序、改變曝氣強度及周期內各階段分配比等來(lái)實(shí)現不同的功能。由于SBR 無(wú)污泥回流系統, 無(wú)需二沉池, 比其他生化處理系統更易于維護。
2 SBR 在難降解有機物廢水處理中的應用
目前SBR 處理難降解有機物的對象幾乎涵蓋了其他生物法所處理的對象, 例如繅絲生產(chǎn)廢水、聚酰胺生產(chǎn)廢水、煉油化工廢水、魚(yú)油精煉廢水、樂(lè )果生產(chǎn)廢水、啤酒廢水、白酒廢水、乳品加工廢水、印染廢水、制革廢水、青霉素廢水、阿膠制藥廢水、屠宰廢水等。通過(guò)各污水廠(chǎng)的運行情況來(lái)看, SBR 處理排放量大、濃度高的有機廢水、有毒廢水、高色度印染廢水等難降解廢水都有很好的去除效果, 都能達到行業(yè)的排放標準, 且運行效果穩定。從運行成本來(lái)看,廢水的處理費用不高, 具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。
3 SBR 新工藝的研究與開(kāi)發(fā)
近幾年來(lái), 人們圍繞SBR 法展開(kāi)了大量的研究工作, 并在工業(yè)廢水處理中得到成功應用。這些新工藝的創(chuàng )新點(diǎn)是: 一方面在反應器中添加介質(zhì), 控制微生物群落的組成、濃度和活性, 提高微生物對難降解廢水的處理能力; 另一方面將SBR 與其他工藝相結合, 研發(fā)了以SBR 為主的新工藝。
( 1) PAC( 粉末活性炭) +SBR。在SBR 反應器中添加活性炭, 通過(guò)其在進(jìn)水段的吸附作用, 使混合液中有毒難降解污染物濃度減少, 減輕對生物的抑制作用, 同時(shí)緩沖了水中有機負荷的沖擊。由于活性炭的吸附作用, 使得污泥系統中始終保持一定量的有機質(zhì), 為微生物提供了豐富的營(yíng)養�；钚蕴勘缺砻娣e非常大, 可為生物的生長(cháng)提供很大的空間, 微生物會(huì )附著(zhù)在其表面, 形成飽滿(mǎn)而密實(shí)的菌膠團, 長(cháng)出厚厚的生物膜, 炭表面的有機物和微生物之間不斷調節,相互適應, 形成了一種穩定的生化處理系統。在反應過(guò)程中, 活性炭會(huì )對環(huán)境中的溶解氧(DO) 起調節作用, 當環(huán)境中DO 濃度較高時(shí), 因為活性炭對DO 的吸附, 縮小了環(huán)境與菌膠團之間的DO 差距; 當環(huán)境中DO 濃度較低時(shí), 活性炭吸附的DO 會(huì )釋放, 污泥仍能保持較高的耗氧速度�；钚蕴勘砻娴母邼舛然|(zhì)、高溶解氧和微生物三者構成的共存體系, 為生化反應創(chuàng )造了優(yōu)越條件, 取得了比單純SBR 法效率高的處理效果。馮曉西等用鐵炭微電解— 亞鐵還原氧化法對含有以間二硝基苯、間硝基苯胺等物質(zhì)為主的工藝廢水進(jìn)行預處理后, 再按一定的比例與輕污染廢水混合, 經(jīng)兼氧生化、PAC— SBR 處理后, 可使廢水CODCr 去除率達到92%, BOD5 去除率達到98%, 硝基苯類(lèi)去除率達到97%, 苯胺類(lèi)去除率達到98% , 揮發(fā)酚去除率達到99.6%, 色度可從5.8×10^4～1.0×105 倍減少至8 倍。
( 2) 添加其他填料的SBR。吳生等采用“膨潤土吸附— 泡沫分離— SBR 生物處理工藝”處理日化行業(yè)洗發(fā)精廢水, 其主要成分有: 烷基聚氧乙烯硫酸鹽、液K、BS- 12 等各類(lèi)表面活性劑、保濕劑、增潔劑和色素AES 等, 取得了較明顯的效果, 其CODCr去除率接近或超過(guò)80%, 并且膨潤土具有價(jià)格便宜,泥渣易于脫水的特點(diǎn)〔19〕。王大軍等在SBR 反應器內加入彈性填料, 通過(guò)對沈陽(yáng)市幾個(gè)乳品廠(chǎng)采集的污水進(jìn)行實(shí)驗研究, 取得了最佳工藝參數, 并應用于實(shí)際污水工程中驗證, CODCr 去除率達30%～50%。
( 3) 兩段SBR。借鑒AB 工藝的基本思想, 由兩套SBR 串聯(lián)構成, 在每個(gè)SBR 反應器內培養出適合于降解不同有機物的專(zhuān)性菌, 從而使廢水中的不同種類(lèi)的有機物在各自相適應的生化條件下得到充分降解。彭永臻等利用兩段SBR 處理化工廢水, 在兩個(gè)反應器中分別培養出適宜降解乙酸和芳香族有機物的活性污泥, 成功地克服了葡萄糖效應, 大大提高了SBR 法的處理效率。而且兩段SBR 還省去了AB 法所需要的兩段污泥回流, 集普通SBR 法和AB法兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體。因此, 兩段SBR 法在處理水質(zhì)較復雜尤其是底物降解的難易程度相差較大的工業(yè)廢水時(shí), 有更廣闊的應用前景。C. S. Ra 等采用兩段SBR 工藝( TSSBR) 處理屠宰廢水, 達到脫氮除磷的目的。方士采用兩段SBR 工藝處理高氨氮味精廢水, 取得了較好的處理效果。
( 4) 多段SBR。為能徹底降解難降解有機物, 提高難降解有機物的降解速率, 一些學(xué)者提出多段SBR 系統, 包括多段厭氧SBR、多段好氧SBR 及厭氧SBR+好氧SBR 的組合。目的是使每段SBR 均能保持各自獨特的優(yōu)勢微生物, 提高難降解有機物的降解速率。熊正為等采用厭氧酸化— SBR 法處理甲醛廢水。在反應期厭氧段, 采用中高溫生物催化酸化, 對季戊四醇、甲醛廢水進(jìn)行初級降解( 將復雜分子轉化為簡(jiǎn)單分子) ; 在反應好氧段, 進(jìn)一步降解上一階段的水解產(chǎn)物, 運行結果表明:MLSS 的BOD5負荷0.04 ～0.08 kg/( kg·d) 、甲醛負荷0.011 ～0.022kg/(kg·d) , 當反應期厭氧段為20 h, 好氧段為11 h 時(shí),甲醛去除率可以達到98%, CODCr 去除率>90%。李秀金等把SBR 連接在一起構成ASBR/SBR 組合反應器系統, 用于牛場(chǎng)高濃度有機污水的處理。ASBR作為預處理反應器主要用于去除有機物, SBR 用于生物脫氮處理。通過(guò)試驗確定ASBR 的最佳有機負荷率( 以CODCr 計) 為3 g/( L·d) , 在此負荷率下處理后的污水在SBR 中進(jìn)一步處理。通過(guò)對硝化和反硝化分別與同時(shí)進(jìn)行時(shí)ASBR/SBR 系統的污水處理性能進(jìn)行了試驗研究, 發(fā)現: 當硝化在反應器中進(jìn)行, 反硝化在自然條件下的出水混合液和上清液中進(jìn)行時(shí), 混合液中NOx - N 在3 周之內即被全部轉化, 上清液中反硝化反應相對較慢; 要通過(guò)同時(shí)的硝化與反硝化高效地去除污水中的氨氮, 則需要添加適量碳源, 并實(shí)行分段進(jìn)水。
( 5) SBR 與其他工藝的組合。許多廢水中往往含有種類(lèi)繁多的有機污染物, 其中不少難于降解或對微生物有抑制作用, 單純用一種處理方法, 基本不能把有機物降解掉, 所以出現了多種物化和生化處理方法的組合工藝。付永勝等根據印染廢水的特性, 提出了水解酸化—UASB—SBR 組合工藝的處理方法。該法的實(shí)際應用表明, 廢水CODCr 可由2 500～4 500mg/L 降至80 ～150 mg/L, BOD5 可由600 ～1 000mg/L 降至30～40 mg/L, 色度可由100～600 倍降至50～60 倍〔26〕。范洪波等采用水解酸化SBR 法混凝沉淀復合工藝對城市垃圾滲濾液進(jìn)行處理, 確定了水解酸化、SBR 法和混凝的最佳運行參數。研究結果表明, 當進(jìn)水CODCr 1 720 mg/L、氨氮127.6 mg/L時(shí), 通過(guò)該系統處理后, 出水CODCr 148.4 mg/L、氨氮12.2 mg/L, CODCr 總去除率達到91.2%, 氨氮去除率達90.4%, 達到較好的去除有機物和脫氮效果〔27〕。除了以上用SBR 法處理各種工業(yè)廢水的實(shí)驗研究的成果外, 在國內也有用類(lèi)似新工藝處理某些工業(yè)廢水的工程實(shí)例。如造紙中段水、米粉廠(chǎng)廢水、土霉素生產(chǎn)廢水、光敏劑化工廢水、屠宰加工廢水、印染廢水、染料廢水,。
4 結語(yǔ)
運用SBR 反應器處理各種難降解有機廢水的實(shí)驗研究已經(jīng)非常廣泛, 隨著(zhù)研究的不斷深入和在工程實(shí)例中的應用, 一些創(chuàng )新的實(shí)驗成果會(huì )不斷涌現, 有關(guān)SBR 的新工藝也會(huì )不斷開(kāi)發(fā)和應用, 將會(huì )在中小企業(yè)的石油化工、煉油、印染、制藥、屠宰、釀酒等企業(yè)中發(fā)揮巨大作用。目前, 我國對工業(yè)廢水處理越來(lái)越重視, 相信SBR 法是一種很有推廣價(jià)值和發(fā)展潛力的污水處理方法。(來(lái)源：工業(yè)水處理)
