間歇式活性污泥法(SBR) 又稱序批式活性污泥法, 是一種不同于傳統(tǒng)活性污泥法的廢水處理工藝。1914年英國的Arden 和Lokett 首創(chuàng)活性污泥法時采用的就是間歇法。受當時技術(shù)條件的限制, 曝氣池水流不斷切換, 操作起來較為煩瑣,而且沉淀時絕對靜止, 曝氣設(shè)備易被堵塞。在連續(xù)式活性污泥法出現(xiàn)之后, 很快將其取代, 占據(jù)了主導(dǎo)地位。20 世紀70 年代以來, 為解決連續(xù)污水處理法存在的問題, 由R. L.Irvine發(fā)起, 日本、澳大利亞等國學(xué)者對SBR 進行了重新評價和研究。特別是近年來由于計算機控制技術(shù)的發(fā)展, 通過溶解氧測定儀、氧化還原電位計等儀表對工藝運行進行過程控制的技術(shù)出現(xiàn), 使得初期的SBR 反應(yīng)器間歇運行的復(fù)雜操作問題得以解決。20世紀80 年代以后, SBR 法引起越來越多國家的重視,并陸續(xù)得到開發(fā)應(yīng)用。
1 SBR 工藝流程和優(yōu)點
SBR 工藝的核心是SBR 反應(yīng)池, 它是按一定時間順序間歇操作運行的生物反應(yīng)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行的, 為匹配多數(shù)情況下廢水的連續(xù)排放規(guī)律, 必須2 個或多個SBR 池并聯(lián), 按次序間歇運行;二是每個SBR 的操作在時間上也是按次序排列的。一個運行周期按次序分為五個階段: 進水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置階段。典型的SBR 系統(tǒng)包括一座或幾座反應(yīng)池以及初沉池等預(yù)處理設(shè)施。反應(yīng)池兼有調(diào)節(jié)池和沉淀池的功能。當反應(yīng)池進水結(jié)束后, 開始曝氣反應(yīng), 待有機物濃度達到排放標準后, 停止曝氣, 使混合液在反應(yīng)器中處于靜止狀態(tài)進行固液分離, 經(jīng)過一段時間后排除上清液, 沉淀污泥進入閑置階段, 反應(yīng)器又處于準備進行下一周期運行的待機狀態(tài)。在進水階段,又可根據(jù)是否曝氣分為限制曝氣、非限制曝氣和半限制曝氣三種。限制曝氣是指在進水時不曝氣, 并盡量縮短進水時間, 這種限制曝氣方式適合于處理無毒性的污水。非限制曝氣是在進水的同時曝氣, 在進水期便可降解一部分基質(zhì), 避免反應(yīng)初期基質(zhì)在混合液中過度的累積, 對反應(yīng)過程造成抑制。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。半限制曝氣是在進水的后半期進行曝氣, 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(yīng)用, 是由于其運行方式的特殊性, 使其具有以下連續(xù)流系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點。
( 1) 工藝流程簡單、基建與運行費用低。SBR 系統(tǒng)的主體工藝設(shè)備是一座間歇式曝氣池, 與傳統(tǒng)的連續(xù)流系統(tǒng)相比, 無須二沉池和污泥回流設(shè)備, 一般也不需調(diào)節(jié)池。許多情況下, 還可省去初沉池。這樣SBR 系統(tǒng)的基建費用往往較低。根據(jù)L. Ketchum 等的統(tǒng)計結(jié)果, 采用SBR 法處理小城鎮(zhèn)污水比用傳統(tǒng)連續(xù)流活性污泥法節(jié)省基建投資30%以上。SBR法無須污泥回流設(shè)備, 節(jié)省設(shè)備費和常規(guī)運行費用。穩(wěn)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(yīng)推動力大、速率快、效率高。SBR法反應(yīng)器中底物濃度在時間上是理想推流過程, 底物濃度梯度大, 生化反應(yīng)推動力大, 克服了連續(xù)流完全混合式曝氣池中底物濃度低, 反應(yīng)推動力小和推流式曝氣池中水流反混嚴重, 實際上接近完全混合流態(tài)的缺點。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(tǒng)活性污泥法中的3~4 倍。
( 3) 耐沖擊負荷能力較強。SBR 法雖然對于時間來說是理想推流過程, 但就反應(yīng)器中的混合狀態(tài)來說, 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。一個SBR 反應(yīng)池在充水時相當于一個均化池, 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(yīng)器內(nèi)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(yīng),反應(yīng)初期底物濃度較高, 有利于絮體細菌增殖并占優(yōu)勢, 可抑制專性好氧絲狀菌的過分增殖。此外,SBR 法中好氧、缺氧狀態(tài)交替進行, 也可抑制絲狀菌生長。
( 5) 沉淀效果好。沉淀過程中沒有進出水水流的干擾, 可避免短流和異重流的出現(xiàn), 是理想的靜止沉淀, 固液分離效果好, 具有污泥濃度高、沉淀時間短、出水懸浮物濃度低等優(yōu)點。
( 6) 操作靈活, 易維護。SBR 法不僅工藝流程簡單, 而且根據(jù)水質(zhì)、水量的變化, 通過各種控制手段,以各種方式靈活運行, 如改變進水方式、調(diào)整運行順序、改變曝氣強度及周期內(nèi)各階段分配比等來實現(xiàn)不同的功能。由于SBR 無污泥回流系統(tǒng), 無需二沉池, 比其他生化處理系統(tǒng)更易于維護。
2 SBR 在難降解有機物廢水處理中的應(yīng)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、魚油精煉廢水、樂果生產(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。通過各污水廠的運行情況來看, 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(wěn)定。從運行成本來看,廢水的處理費用不高, 具有顯著的經(jīng)濟效益。
3 SBR 新工藝的研究與開發(fā)
近幾年來, 人們圍繞SBR 法展開了大量的研究工作, 并在工業(yè)廢水處理中得到成功應(yīng)用。這些新工藝的創(chuàng)新點是: 一方面在反應(yīng)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(jié)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(yīng)器中添加活性炭, 通過其在進水段的吸附作用, 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(tǒng)中始終保持一定量的有機質(zhì), 為微生物提供了豐富的營養(yǎng)�；钚蕴勘缺砻娣e非常大, 可為生物的生長提供很大的空間, 微生物會附著在其表面, 形成飽滿而密實的菌膠團, 長出厚厚的生物膜, 炭表面的有機物和微生物之間不斷調(diào)節(jié),相互適應(yīng), 形成了一種穩(wěn)定的生化處理系統(tǒng)。在反應(yīng)過程中, 活性炭會對環(huán)境中的溶解氧(DO) 起調(diào)節(jié)作用, 當環(huán)境中DO 濃度較高時, 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, 活性炭吸附的DO 會釋放, 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(gòu)成的共存體系, 為生化反應(yīng)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)為主的工藝廢水進行預(yù)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%, 硝基苯類去除率達到97%, 苯胺類去除率達到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80%, 并且膨潤土具有價格便宜,泥渣易于脫水的特點〔19〕。王大軍等在SBR 反應(yīng)器內(nèi)加入彈性填料, 通過對沈陽市幾個乳品廠采集的污水進行實驗研究, 取得了最佳工藝參數(shù), 并應(yīng)用于實際污水工程中驗證, 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(gòu)成, 在每個SBR 反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)出適合于降解不同有機物的專性菌, 從而使廢水中的不同種類的有機物在各自相適應(yīng)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, 在兩個反應(yīng)器中分別培養(yǎng)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(yīng), 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)點于一體。因此, 兩段SBR 法在處理水質(zhì)較復(fù)雜尤其是底物降解的難易程度相差較大的工業(yè)廢水時, 有更廣闊的應(yīng)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(tǒng), 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(yīng)期厭氧段, 采用中高溫生物催化酸化, 對季戊四醇、甲醛廢水進行初級降解( 將復(fù)雜分子轉(zhuǎn)化為簡單分子) ; 在反應(yīng)好氧段, 進一步降解上一階段的水解產(chǎn)物, 運行結(jié)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(yīng)期厭氧段為20 h, 好氧段為11 h 時,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(gòu)成ASBR/SBR 組合反應(yīng)器系統(tǒng), 用于牛場高濃度有機污水的處理。ASBR作為預(yù)處理反應(yīng)器主要用于去除有機物, SBR 用于生物脫氮處理。通過試驗確定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 中進一步處理。通過對硝化和反硝化分別與同時進行時ASBR/SBR 系統(tǒng)的污水處理性能進行了試驗研究, 發(fā)現(xiàn): 當硝化在反應(yīng)器中進行, 反硝化在自然條件下的出水混合液和上清液中進行時, 混合液中NOx - N 在3 周之內(nèi)即被全部轉(zhuǎn)化, 上清液中反硝化反應(yīng)相對較慢; 要通過同時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, 并實行分段進水。
( 5) SBR 與其他工藝的組合。許多廢水中往往含有種類繁多的有機污染物, 其中不少難于降解或?qū)ξ⑸镉幸种谱饔? 單純用一種處理方法, 基本不能把有機物降解掉, 所以出現(xiàn)了多種物化和生化處理方法的組合工藝。付永勝等根據(jù)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。該法的實際應(yīng)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(fù)合工藝對城市垃圾滲濾液進行處理, 確定了水解酸化、SBR 法和混凝的最佳運行參數(shù)。研究結(jié)果表明, 當進水CODCr 1 720 mg/L、氨氮127.6 mg/L時, 通過該系統(tǒng)處理后, 出水CODCr 148.4 mg/L、氨氮12.2 mg/L, CODCr 總?cè)コ蔬_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)廢水的實驗研究的成果外, 在國內(nèi)也有用類似新工藝處理某些工業(yè)廢水的工程實例。如造紙中段水、米粉廠廢水、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(jié)語
運用SBR 反應(yīng)器處理各種難降解有機廢水的實驗研究已經(jīng)非常廣泛, 隨著研究的不斷深入和在工程實例中的應(yīng)用, 一些創(chuàng)新的實驗成果會不斷涌現(xiàn), 有關(guān)SBR 的新工藝也會不斷開發(fā)和應(yīng)用, 將會在中小企業(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)廢水處理越來越重視, 相信SBR 法是一種很有推廣價值和發(fā)展?jié)摿Φ奈鬯幚矸椒ā?來源：工業(yè)水處理)
