摘　要: 研究了SBR工藝類型及發(fā)展, 分析了SBR的工藝優(yōu)缺點和設(shè)計方法, 探討了SBR在發(fā)展中的問題。

關(guān)鍵詞: 污水處理; SBR; 發(fā)展; 應(yīng)用

1　SBR工藝類型及發(fā)展

序批式活性污泥法( SBR—Sequenting BatchReactor) 是早在1914 年就由英國學(xué)者Ardern 和Locket發(fā)明的水處理工藝。70年代初, 美Natre2Dame大學(xué)的R1 Irvine教授采用實驗室規(guī)模對SBR工藝進行了系統(tǒng)深入的研究, 并于1980年在美國環(huán)保局(EPA) 的資助下, 在印第安那州Culwer城改建并投產(chǎn)了世界上第一個SBR法污水處理廠。

SBR工藝的過程是按時序來運行的, 一個操作過程分5個階段: 進水、反應(yīng)、沉淀、潷水、閑置。SBR在運行過程中, 各階段的運行時間、反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化以及運行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)、出水質(zhì)量與運行功能要求等靈活變化。對于SBR 反應(yīng)器來說, 只是時序控制, 無空間控制障礙, 所以可以靈活控制。因此, SBR工藝發(fā)展速度極快, 并衍生出許多種新型SBR處理工藝。

間歇式循環(huán)延時曝氣活性性污泥法( 1CEAS—Intermittent Cyclic Extended System) 是在1968年由澳大利亞新威爾士大學(xué)與美國ABJ 公司合作開發(fā)的。1976年世界上第一座ICEAS工藝污水廠投產(chǎn)運行。ICEAS與傳統(tǒng)SBR 相比, 最大特點是: 在反應(yīng)器進水端設(shè)一個預(yù)反應(yīng)區(qū), 整個處理過程連續(xù)進水, 間歇排水, 無明顯的反應(yīng)階段和閑置階段,因此處理費用比傳統(tǒng)SBR低。由于全過程連續(xù)進水, 沉淀階段泥水分離差, 限制了進水量。

好氧間歇曝氣系統(tǒng)(DAT - IAT—Demand Aer2ation Tank—Intermittent Tank) 是由天津市政工程設(shè)計研究院提出的一種SBR新工藝。主體構(gòu)筑物是由需氧池DAT池和間歇曝氣池IAT 池組成,DAT池連續(xù)進水連續(xù)曝氣, 其出水從中間墻進入IAT池, IAT池連續(xù)進水間歇排水。同時, IAT池污泥回流DAT池。它具有抗沖擊能力強的特點,并有除磷脫氮功能。

循環(huán)式活性污泥法(CASS—Cyclic ActivatedSludge System) 是Gotonszy教授在ICEAS工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的, 是SBR 工藝的一種新形式。將ICEAS的預(yù)反應(yīng)區(qū)用容積更小, 設(shè)計更加合理優(yōu)化的生物選擇器代替。通常CASS池分3 個反應(yīng)區(qū): 生物選擇器、缺氧區(qū)和好氧區(qū), 容積比一般為1∶5∶30。整個過程間歇運行, 進水同時曝氣并污泥回流。該處理系統(tǒng)具有除氮脫磷功能。UN ITANK單元水池活性污泥處理系統(tǒng)是比利時SEGHERS公司提出的, 它是SBR工藝的又一種變形。它集合了SBR 工藝和氧化溝工藝的特點,一體化設(shè)計使整個系統(tǒng)連續(xù)進水連續(xù)出水, 而單個池子相對為間歇進水間歇排水。此系統(tǒng)可以靈活地進行時間和空間控制, 適當(dāng)增大水力停留時間, 可以實現(xiàn)污水的脫氮除磷。

改良式序列間歇反應(yīng)器(MSBR—Modified Se2quencing Batch Reactor) 是C, Y1Yang 等人根據(jù)SBR技術(shù)特點結(jié)合A2—0 工藝, 研究開發(fā)的一種更為理想的污水處理系統(tǒng)。采用單池多方格方式,在恒定水位下連續(xù)運行。通常MSBR池分為主曝氣池、序批池1、序批池2、厭氧池A、厭氧池B、缺氧池、泥水分離池。每個周期分為6個時段, 每3個時段為1 個半周期。1 個半周期的運行狀況: 污水首先進入?yún)捬醭谹脫氮, 再進入?yún)捬醭谺除磷, 進入主曝氣池好氧處理, 然后進入序批池, 兩個序批池交替運行(缺氧—好氧/沉淀—出水) 。脫氮除磷能力更強。

2　SBR工藝優(yōu)點

21　SBR反應(yīng)器的優(yōu)點

22　理論分析

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

221　流態(tài)理論

由于SBR在時間上的不可逆性, 根本不存在返混現(xiàn)象, 所以屬于理想推流式反應(yīng)器。

222　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(yīng)器在沉淀過程中沒有進水的擾動, 屬于理想沉淀狀態(tài)。

223　推流反應(yīng)器理論

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

V完全混合/V推流= [ (1 - (1 /1—η) ] / [1n ( 1-η) ] (1)

式中η———去除率

從數(shù)學(xué)上可證明當(dāng)去除率趨于零時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, 就是說達到相同的去除率時推流式反應(yīng)器要比完全混合式反應(yīng)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。

224　選擇性準(zhǔn)則

1973年Chudoba等人提出了在活性污泥混合培養(yǎng)中的動力學(xué)選擇性準(zhǔn)則, 這個理論是基于不同種屬的微生物在Monod 方程中的參數(shù)( KS、μmax) 不同, 并且不同基質(zhì)的生長速度常數(shù)也不同。Monod方程可以寫成:

dX /Xdt =μ=μmax [ S / ( KS + S ) ] (2)

式中: X———生物體濃度
      S———生長限制性基質(zhì)濃度
      Ks———飽和或半速度常數(shù)
      μ、μmax———分別為實際和最大比增長速率

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(yǎng)的曝氣池中, 當(dāng)基質(zhì)濃度很低時其生長速率高并占有優(yōu)勢, 而基質(zhì)濃度高時則恰好相反。Chudoba 認(rèn)為大多數(shù)絲狀菌的KS和μmax 值比較低, 而菌膠團細(xì)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池長上具有一定的濃度梯度, 使得大部分情況下絮狀菌的生長速率都大于絲狀菌, 只有在反應(yīng)末期絮狀菌的生長沒有絲狀菌快, 但絲狀菌短時間內(nèi)的優(yōu)勢生長并不會引起污泥膨脹。因此, SBR系統(tǒng)具有防止污泥膨脹的功能。

225　微生物環(huán)境的多樣性

SBR反應(yīng)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。

23　缺點

(1) 連續(xù)進水時, 對于單一SBR反應(yīng)器需要較大的調(diào)節(jié)池;

(2) 對于多個SBR反應(yīng)器, 其進水和排水的閥門自動切換頻繁;

(3) 無法達到大型污水處理項目之連續(xù)進水、出水的要求;

(4) 設(shè)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(diào)節(jié)池。

24　工藝比較

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

由表2可見在新型SBR中經(jīng)典SBR的優(yōu)點在一定程度上被弱化, 同時由于改進的SBR 吸收了傳統(tǒng)活性污泥的特點, 出現(xiàn)了連續(xù)進水、連續(xù)出水和帶回流污泥的SBR反應(yīng)器以及UN ITANK新型綜合性工藝。不同類型的SBR反應(yīng)器的優(yōu)點是不同的, 因此在進行工藝選擇和設(shè)計計算時應(yīng)當(dāng)注意。

3　設(shè)計方法

31　負(fù)荷法

該法與連續(xù)式曝氣池容的設(shè)計相仿。已知SBR反應(yīng)池的容積負(fù)荷或污泥負(fù)荷、進水量及進水中BOD5 濃度, 即可求得SBR池容。
 
容積負(fù)荷法　V = nQO CO /N v (3)
            Vmin = [SV I·MLSS /106 ] ·V
 
污泥負(fù)荷法　Vmin = nQO CO ·SV I /N s (4)
            V =Vm in +QO

32　曝氣時間內(nèi)負(fù)荷法

鑒于SBR法屬間歇曝氣, 一個周期內(nèi)有效曝氣時間為ta, 則1d內(nèi)總曝氣時間為nta, 以此建立計算式:

容積負(fù)荷法　V = nQO CO tc /N v·ta (5)

污泥負(fù)荷法　V = 24QCO / nta ·MLSS ·NS (6)

33　動力學(xué)設(shè)計法

由于SBR的運行操作方式不同, 其有效容積的計算也不盡相同。根據(jù)動力學(xué)原理演算(過程略) , SBR反應(yīng)池容計算公式可分為3種情況:

限制曝氣　V =NQ (CO - Ce) tf / IMLSS ·N s·ta〗(7)

非限制曝氣　V = nQ (CO - Ce) tf / [MLSS ·N s ( ta + tf) ] (8)

半限制曝氣　V = nQ (CO - Ce) tf / [Lss·N s( ta + tf - t0) ] (9)

34　總污泥量綜合設(shè)計法

該法是以提供SBR 反應(yīng)池一定的活性污泥量為前提, 并滿足適合的SV I條件, 保證在沉降階段歷時和排水階段歷時內(nèi)的沉降距離和沉淀面積, 據(jù)此推算出最低水深下的最小污泥沉降所需的體積,然后根據(jù)最大周期進水量求算貯水容積, 兩者之和即為所求SBR池容。并由此驗算曝氣時間內(nèi)的活性污泥濃度及最低水深下的污泥濃度, 以判別計算結(jié)果的合理性。其計算公式為:

TS = naQO (CO - Cr) tT·s (10)

Vmin =AHmin≥TS ·SV I·10- 3 (11)

Hmin =Hmax - △H (12)

V =Vmin + △V (13)

式中TS—單個SBR池內(nèi)干污泥總量, kgtT·S—總污泥齡, d
     A—SBR池幾何平面積, m2
    Hmax、Hmin—分別為曝氣時最高水位和沉淀終了時最低水位, m
     △H—最高水位與最低水位差, m
    Cr—出水BOD5 濃度與出水懸浮物濃度中溶解性BOD5 濃度之差。其值為:Cr =Ce - Z ·Cse ·1142 (1 - ek t1 ) (14)

式中Cse———出水中懸浮物濃度, kg/m3
    k1———耗氧速率, d- 1
    t———BOD實驗時間, d
    Z———活性污泥中異養(yǎng)菌所占比例, 其值為:
 
Z =B - (B2 - 8133N s·11072(15 - T) ) 015 (15)
B = 01555 + 41167 ( 1 + TSO /BOD5 ) N s ·11072(15 - T) (16)
N s = 1 / a·tT·S (17)

式中a—產(chǎn)泥系數(shù), 即單位BOD5 所產(chǎn)生的剩余污泥量, kgMLSS/kgBOD5 ,
其值為:a = 016 ( TSO /BOD5 + 1 ) - 016 ×01072 ×11072( T - 15) 1 / [ tT·S + 0108 ×11072( T - 15) ] (18)
式中TS、BOD5 —分別為進水中懸浮固體濃度及BOD5 濃度, kg/m3
        T—污水水溫, ℃

由式(11) 計算之Vmin系為同時滿足活性污泥沉降幾何面積以及既定沉淀歷時條件下的沉降距離, 此值將大于現(xiàn)行方法中所推算的Vmin。必須指出的是, 實際的污泥沉降距離應(yīng)考慮排水歷時內(nèi)的沉降作用, 該作用距離稱之為保護高度Hb。同時, SBR池內(nèi)混合液從完全動態(tài)混合變?yōu)殪o止沉淀的初始5～10min內(nèi), 污泥仍處于紊動狀態(tài), 之后才逐漸變?yōu)閴嚎s沉降直至排水歷時結(jié)束。它們之間的關(guān)系可由下式表示:

VS ( ts + td - 10 /60) = △H +Hb (19)

VS = 650 /MLSSm ax ·SV I (20)

由式( 20) 代入式( 19) 并作相應(yīng)變換改寫為:
[650·A ·Hm ax / TS ·SV I ] ( ts + td - 10 /60)= △V /A +Hb (21)

式中Vs—污泥沉降速度, m /h,
MLSSmax—當(dāng)水深為Hmax 時的MLSS,kg/m3
ts、td—污泥沉淀歷時和排水歷時, h

式( 21 ) 中SV I、Hb、ts、td 均可據(jù)經(jīng)驗假定, Ts、△V均為已知, Hmax可依據(jù)鼓風(fēng)機風(fēng)壓或曝氣機有效水深設(shè)置, A 為可求, 同時求得△H, 使其在許可的排水變幅范圍內(nèi)保證允許的保護高度。因而, 由式( 12 ) 、( 13 ) 可分別求得Hmin、Vmin和反應(yīng)池容。

4　SBR在發(fā)展中的問題

相對于傳統(tǒng)連續(xù)流活性污泥法, SBR工藝是一種尚處于發(fā)展、完善階段的技術(shù), 許多研究工作剛剛起步, 缺乏科學(xué)的設(shè)計依據(jù)和方法以及成熟的運行管理經(jīng)驗, 另外, SBR自身的特點更加深了解決問題的難度。

41　基礎(chǔ)研究方面

(1) 關(guān)于污水在非穩(wěn)定狀態(tài)下活性污泥微生物代謝理論的研究;
(2) 關(guān)于厭氧、好氧狀態(tài)的反復(fù)交替對微生物活性和種群分布的影響;
(3) 可同時除磷、脫氮的微生物機理的研究。

42　設(shè)計方面

(1) 缺乏科學(xué)、可靠的設(shè)計模式;
(2) 運行模式的選擇與設(shè)計方法脫節(jié)。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”