SBR工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢探討

史向榮

（河北環(huán)境工程學(xué)院 環(huán)境科學(xué)系，河北 秦皇島 066100）

SBR 工藝（Sequencing Batch Reactor）也稱間歇曝氣式活性污泥法或序批式活性污泥法.它是近年來在國內(nèi)外引起廣泛重視，并且研究日趨增多的一種污水生物處理新技術(shù).我國是近年來才開始對SBR污水生物處理工藝進(jìn)行研究的.經(jīng)過幾年的實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐，證明了其良好的處理效果.

1 SBR工藝的基本流程

SBR工藝去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)活性污泥工藝完全一致，只是運(yùn)行方式不同.

傳統(tǒng)活性污泥工藝采用連續(xù)運(yùn)行方式，污水連續(xù)進(jìn)入處理系統(tǒng)并連續(xù)直流式排出，在運(yùn)行過程中系統(tǒng)內(nèi)每一單元的功能保持不變，污水依次流過各處理單元，從而走完污水凈化處理的全過程.

而SBR工藝的處理工序是不連續(xù)的，污水通常是間歇式地、周期性地進(jìn)入反應(yīng)器.反應(yīng)器進(jìn)水后，依時間按順序進(jìn)行不同的處理工序或功能狀態(tài).

所以，SBR工藝是由按一定時間順序間歇式操作運(yùn)行的反應(yīng)器組成，一個完整的操作過程中，每個間歇反應(yīng)器在處理污水時的操作過程包括如下5個階段：①進(jìn)水期；②反應(yīng)期；③沉淀期；④排水排泥期；⑤閑置期.

SBR工藝的運(yùn)行工況以間歇操作為特征.其中自進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水排泥至閑置期結(jié)束為一個運(yùn)行周期.在一個運(yùn)行周期中，各個階段的運(yùn)行時間、反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化及運(yùn)行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水的性質(zhì)、出水水質(zhì)及運(yùn)行功能要求等靈活掌握.

2 SBR工藝的主要性能特點(diǎn)

與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，SBR工藝的最顯著的區(qū)別是：

在空間方面，SBR系統(tǒng)內(nèi)只有一個反應(yīng)器（處理單元）.但在時間方面，在不同的時間段上適時地轉(zhuǎn)換功能角色，發(fā)揮不同的作用，以便完成不同的任務(wù).空間上的同一個反應(yīng)器集合了均和、初沉、生物降解、終沉等功能于一體，系統(tǒng)簡單，構(gòu)筑物數(shù)量少.

與其它處理工藝相比，SBR工藝使污水處理構(gòu)筑物大大簡化，具有以下特點(diǎn)：

（1）工藝流程簡單，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用，占地比較少：SBR系統(tǒng)除預(yù)處理外，只有綜合反應(yīng)池一個處理單元，日常維護(hù)管理非常方便.SBR工藝無需配設(shè)初級沉淀池，更無需終極沉淀池，系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)筑物數(shù)量少，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用，占地較少.

（2）運(yùn)行方式靈活，除磷脫氮效果好，出水水質(zhì)較好：SBR工藝進(jìn)水時可曝氣，或不曝氣而僅進(jìn)行攪拌；反應(yīng)階段也可曝氣、攪拌，或兩者交替進(jìn)行，為除磷脫氮創(chuàng)造厭氧、缺氧、好氧的有利環(huán)境，滿足了除磷脫氮的要求；SBR工藝在時間上為理想的推流式反應(yīng)過程，反應(yīng)推動力大，降解速度快，處理效率高；另外，SBR工藝為理想的靜止沉淀，固液分離效果好，因此出水水質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)的活性污泥法.

（3）操作靈活、運(yùn)行穩(wěn)定：SBR工藝在時間上為理想的推流式反應(yīng)過程，濃度梯度大且缺氧、好氧交替進(jìn)行，有利于抑制絲狀菌的增殖，因此SBR工藝是防止污泥膨脹的好工藝；此外，SBR工藝為間歇非穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，且無初沉池，SVI值較低，污泥沉降性較好，因此運(yùn)行穩(wěn)定可靠.

（4）可控性好，易于實(shí)現(xiàn)自動化控制操作：盡管SBR工藝控制較復(fù)雜，但易于實(shí)現(xiàn)自動控制，能根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和水量情況，靈活改變反應(yīng)時間（包括好氧、缺氧、厭氧）和泥齡的長短，日常維護(hù)管理也非常方便.

（5）緩沖能力強(qiáng)，抗污泥膨脹性能較好：SBR反應(yīng)池在空間上仍屬典型的完全混合式，污水逐漸進(jìn)入反應(yīng)池，逐漸反應(yīng)；且進(jìn)水一般只占反應(yīng)池容積的1/3～1/5，有很大的稀釋均化作用，能處理有毒或高濃度有機(jī)污水，具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力.

所以，SBR工藝具有投資省、占地少、動力消耗低、流程簡單、運(yùn)行管理靈活、自動化程度高、剩余污泥少等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其適合中小型的污水處理廠.

3 SBR工藝的發(fā)展

隨著SBR工藝技術(shù)的不斷發(fā)展和在工程應(yīng)用的增多，SBR工藝也逐步得到了實(shí)踐的檢驗(yàn)，得到了很大發(fā)展，形成了SBR系列改進(jìn)型工藝，例如ICEAS工藝、UNITANK工藝、ASBR工藝、BSBR工藝、CAST工藝等.而其中的CAST工藝是近年來國際社會公認(rèn)的處理生活污水及工業(yè)廢水的先進(jìn)工藝之一.下面就對其做進(jìn)一步介紹.

CAST工藝（Cyclic Activated Sludge Technology）是一種循環(huán)式活性污泥法，整個工藝為一間歇式反應(yīng)器，在此反應(yīng)器中活性污泥法過程接曝氣和非曝氣階段不斷重復(fù)，將生物反應(yīng)過程和泥水分流過程結(jié)合在一個池子中進(jìn)行.CAST工藝是一種“充水和排水”活性污泥法處理系統(tǒng)，污水按照一定的時限周期和階段得到處理，是SBR工藝的改進(jìn)改良型工藝.該工藝的前身為ICEAS工藝.與ICEAS工藝相比，預(yù)反應(yīng)區(qū)容積較小，是設(shè)計(jì)更加優(yōu)化合理的生物反應(yīng)器.

CAST工藝由于投資和運(yùn)行費(fèi)用低，污水處理性能較強(qiáng)，尤其，優(yōu)異的脫氧除磷功能而越來越得到認(rèn)可并重視，目前已廣泛應(yīng)用于除磷脫氮要求較高、土地比較緊缺的地區(qū)的城鎮(zhèn)污水和各種工業(yè)廢水處理領(lǐng)域.

CAST工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：

（1）工藝流程簡單，占地面積小，管理簡單易行，便于實(shí)現(xiàn)自動化控制.

CAST的核心構(gòu)筑物為綜合反應(yīng)池，不需要配設(shè)二沉池及污泥回流設(shè)備，一般情況下還可不設(shè)調(diào)節(jié)池及初沉池.因此，污水處理設(shè)施布置緊湊、占地面積小、投資低.尤其在整個污水處理系統(tǒng)可以采用全自動控制，減少操作管理人員；主要耗電設(shè)備風(fēng)機(jī)采用變頻控制，有壓力傳感器傳輸信號給變頻器，控制風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，以降低運(yùn)行費(fèi).

（2）生化反應(yīng)推動力大.

在完全混合式連續(xù)流曝氣池中，基質(zhì)濃度等于二沉池出水基質(zhì)濃度，基質(zhì)流入曝氣池的速率即為基質(zhì)降解速率.根據(jù)生化動力反應(yīng)學(xué)原理，由于曝氣池中的有機(jī)物基質(zhì)濃度很低，其生化反應(yīng)推動力也就很小，反應(yīng)速率和有機(jī)物去除效率都比較低.在理想的推流式曝氣池中，污水和回流污泥形成的混合液從池首端進(jìn)入，呈推流狀態(tài)沿曝氣池流動，直至池末端流出.

對于CAST工藝，從污染物的降解過程來看，當(dāng)污水以相對較低的水量連續(xù)進(jìn)入CAST池時即被混合液稀釋，因此，在空間上CAST工藝屬于變體積的完全混合式活性污泥法范疇.作為生化反應(yīng)推動力的基質(zhì)濃度，從進(jìn)水區(qū)的最高濃度逐漸降低至出水時的最低濃度，在整個反應(yīng)過程中，基質(zhì)濃度沒被稀釋，此間在曝氣池的各斷面上只有橫向混合，不存在縱向的返混.而從工藝開始曝氣到排水結(jié)束整個周期來看，基質(zhì)濃度由高到低，濃度梯度從高到低，基質(zhì)利用速率由大到小.因此，CAST工藝屬理想的時間順序上的推流式反應(yīng)器，保持了盡可能較大的生化反應(yīng)推動力.

（3）沉淀效果好.

CAST工藝在其沉淀階段（沉淀工序段），幾乎整個反應(yīng)器均起沉淀作用.沉淀階段的池體表面負(fù)荷比普通二次沉淀池要小得多，雖然有進(jìn)水的干擾，但其影響很小，所以沉淀效果較好.

實(shí)踐證明，冬季溫度較低，污泥沉降性能差時，或在處理某些特種工業(yè)廢水污泥凝聚性能差時，均不會影響CAST工藝的正常運(yùn)行.實(shí)驗(yàn)和工程中曾遇到了SVI高達(dá)96%的情況，但只要將沉淀階段的時間稍作延長，系統(tǒng)運(yùn)行就可不受影響.

（4）水質(zhì)水量的變化適應(yīng)性強(qiáng)，抗沖擊負(fù)荷性能高.

CAST工藝在設(shè)計(jì)時已充分考慮到進(jìn)水水量水質(zhì)變化的因素，可通過調(diào)節(jié)運(yùn)行周期來適應(yīng)進(jìn)水水量和進(jìn)水水質(zhì)的變化.當(dāng)進(jìn)水濃度較高時，也可通過延長曝氣時間的方法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，達(dá)到抗沖擊負(fù)荷的目的.當(dāng)進(jìn)水水量增大時，也能確保污水在系統(tǒng)內(nèi)停留預(yù)定的處理時間后經(jīng)沉淀排放.即使在出現(xiàn)暴雨的情況下，可經(jīng)受平常平均水量達(dá)6倍以上高峰水量的沖擊，而不需要增設(shè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)池.

經(jīng)運(yùn)行資料表明，在水量沖擊和有機(jī)物負(fù)荷沖擊超過設(shè)計(jì)值2—3倍時，處理效果仍然能令人滿意.（而傳統(tǒng)處理工藝如果設(shè)有輔助的流量平衡調(diào)節(jié)設(shè)施，很可能因水力負(fù)荷變化導(dǎo)致活性污泥流失，嚴(yán)重影響排出水的水質(zhì).）

（5）脫氮除磷功能較強(qiáng).

由于設(shè)置了生物選擇器，能有效地防止了污泥膨脹和大大提高生物除磷效果；同時還能硝化反硝化，取得較好的除磷脫氮效果.

（6）有效防止污泥膨脹，污泥產(chǎn)出量小.

污泥膨脹是活性污泥法運(yùn)行過程中所遇到的常見問題.發(fā)生污泥膨脹時，由于污泥沉降性能變差，活性污泥與處理出水無法在二沉池中進(jìn)行有效分離，造成污泥流失，使出水水質(zhì)變差，嚴(yán)重時會使污水處理廠無法正常運(yùn)行.而控制并消除污泥膨脹，則需要相當(dāng)長的時間，具有一定的滯后性.因此，選擇不易發(fā)生污泥膨脹的污水處理工藝是污水處理廠設(shè)計(jì)中必須考慮的問題.

而絲狀菌的異常增殖，是發(fā)生污泥膨脹的直接原因.由于絲狀菌具有的長絲結(jié)構(gòu)和細(xì)絲結(jié)構(gòu)，使其不同于菌膠團(tuán)細(xì)菌的生物性能.長絲結(jié)構(gòu)有利于其在固相上附著生長，并保持一定的細(xì)胞密度，不會被微型動物所吞食.細(xì)絲結(jié)構(gòu)使其比表面積比菌膠團(tuán)細(xì)菌大，因此，有利于攝取低濃度物.

在一般情況下，在高濃度底物下菌膠團(tuán)和絲狀菌都以較大速度降解底物并增殖，但由于菌膠團(tuán)細(xì)菌的增殖速率比絲狀菌的增殖速率大，其增殖量也較大，從而較絲狀菌占據(jù)優(yōu)勢.此時活性污泥的沉降性能較好，不會出現(xiàn)污泥膨脹.但是，當(dāng)絲狀菌的增殖速率比菌膠團(tuán)細(xì)菌大，絲狀菌占據(jù)優(yōu)勢時，污泥的沉降性能變差，必然導(dǎo)致污泥膨脹.

而CAST反應(yīng)池中存在著較大的濃度梯度，而且處于缺氧、好氧狀態(tài)交替變化之中，這樣的環(huán)境條件可以選擇性地培養(yǎng)菌膠團(tuán)細(xì)菌，使其成為曝氣池中的優(yōu)勢菌屬，從而有效地抑制了絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性.

（7）節(jié)省投資、節(jié)省用地面積，適合分期建設(shè)，適用范圍廣.

CAST工藝可以應(yīng)用于大型、中型及小型污水處理工程，比SBR工藝適用范圍更廣泛；連續(xù)進(jìn)水的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式，一方面便于與前處理構(gòu)筑物相匹配，另一方面控制系統(tǒng)比SBR工藝更簡單.

在處理水量增加，超過設(shè)計(jì)水量不能滿足處理要求時，可以把同樣的CAST系統(tǒng)綜合反應(yīng)池單元模式進(jìn)行復(fù)制式的擴(kuò)建.因此CAST工藝污水處理廠的建設(shè)可隨污水量規(guī)模的發(fā)展而分步建設(shè)，它的分期建造和后期擴(kuò)建均較傳統(tǒng)活性污泥法簡單方便得多.

（8）CAST工藝非常適合我國北方城鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè).我國北方地區(qū)冬季寒冷干旱，在旱季CAST系統(tǒng)可以采用4h循環(huán)周期.此外，還可以調(diào)整循環(huán)中各個階段的時間分配以適應(yīng)此時的水力和有機(jī)負(fù)荷；CAST工藝可以供氧方式采用鼓風(fēng)曝氣，污泥處理采用加藥帶式污泥濃縮脫水，能有效減小低溫給生物處理和污泥濃縮帶來的影響，確保冬季出水達(dá)標(biāo).

結(jié)語

當(dāng)然，相對于傳統(tǒng)活性污泥法，SBR工藝尚處于發(fā)展、完善階段，在基礎(chǔ)研究和工程設(shè)計(jì)等方面的研究工作剛剛起步，缺乏科學(xué)的設(shè)計(jì)依據(jù)和方法以及成熟的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，另外，SBR自身的特點(diǎn)也更加深了解決問題的難度.

但是，SBR工藝是一種理想的間歇式活性污泥處理工藝，它具有的工藝優(yōu)點(diǎn)是其它工藝所不具備的，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展及研究的不斷深入，在不久的將來SBR工藝及在其基礎(chǔ)上開發(fā)的ICEAS和CAST等工藝在工業(yè)廢水和生活污水的凈化處理中的應(yīng)用將必然會出現(xiàn)重大的突破.