王凱軍， 宋英豪
?(北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院， 北京 100037)

　　摘　要：對(duì)各種類型SBR工藝的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了綜述，分析了其發(fā)展演變情況，歸納了經(jīng)典及新型SBR工藝的特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：污水處理； SBR工藝；ICEAS工藝；CASS工藝；UNITANK工藝
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)07-0023-04

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

1 工藝特點(diǎn)及分析

　　SBR工藝是通過在時(shí)間上的交替來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的整個(gè)運(yùn)行過程，它在流程上只有一個(gè)基本單元，將調(diào)節(jié)池、曝氣池和二沉池的功能集于一池，進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解有機(jī)物和固液分離等。經(jīng)典SBR反應(yīng)器的運(yùn)行過程為：進(jìn)水→曝氣→沉淀→潷水→待機(jī)。
1.1　 優(yōu)點(diǎn)
　　通過分析可將SBR反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)歸納如表1。

表1 　SBR工藝的優(yōu)點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn) 機(jī) 理 沉淀性能好 理想沉淀理論 有機(jī)物去除效率高 理想推流狀態(tài) 提高難降解廢水的處理效率 生態(tài)環(huán)境多樣性 抑制絲狀菌膨脹 選擇性準(zhǔn)則 可以除磷脫氮，不需要新增反應(yīng)器 生態(tài)環(huán)境多樣性 不需二沉池和污泥回流，工藝簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)

1.2 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。
　　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(xiàn)象，所以屬于理想推流式反應(yīng)器。
　　② 理想沉淀理論?
　　其沉淀效果好是因?yàn)槌浞掷昧遂o態(tài)沉淀原理。經(jīng)典的SBR反應(yīng)器在沉淀過程中沒有進(jìn)水的擾動(dòng)，屬于理想沉淀狀態(tài)。?
　　③ 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(jī)物降解服從一級(jí)反應(yīng)，那么在相同的污泥濃度下，兩種反應(yīng)器達(dá)到相同的去除率時(shí)所需反應(yīng)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(shù)學(xué)上可證明當(dāng)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(dá)到相同的去除率時(shí)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。?
　　④ 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(dòng)力學(xué)選擇性準(zhǔn)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(shù)(KS、μmax)不同，并且不同基質(zhì)的生長(zhǎng)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(zhǎng)限制性基質(zhì)濃度?
　　　　　 Ks——飽和或半速度常數(shù)?
　　　　　 μ、μmax——分別為實(shí)際和最大比增長(zhǎng)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(shí)其生長(zhǎng)速率高并占有優(yōu)勢(shì)，而基質(zhì)濃度高時(shí)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(tuán)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(jī)物濃度在推流式曝氣池的整個(gè)池長(zhǎng)上具有一定的濃度梯度，使得大部分情況下絮狀菌的生長(zhǎng)速率都大于絲狀菌，只有在反應(yīng)末期絮狀菌的生長(zhǎng)沒有絲狀菌快，但絲狀菌短時(shí)間內(nèi)的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)并不會(huì)引起污泥膨脹。因此，SBR系統(tǒng)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(yīng)器對(duì)有機(jī)物去除效果較好，而對(duì)難降解有機(jī)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(jī)物的降解。?
1.3 缺點(diǎn)
　　① 連續(xù)進(jìn)水時(shí)，對(duì)于單一SBR反應(yīng)器需要較大的調(diào)節(jié)池。
　　② 對(duì)于多個(gè)SBR反應(yīng)器，其進(jìn)水和排水的閥門自動(dòng)切換頻繁。?
　　③ 無(wú)法達(dá)到大型污水處理項(xiàng)目之連續(xù)進(jìn)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。

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(yùn)行操作上的靈活性，故相繼開發(fā)了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工藝。?
2.1 工藝類型
　　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(yīng)器。每個(gè)池子分為預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)兩部分，預(yù)反應(yīng)區(qū)一般處于缺氧狀態(tài)，主反應(yīng)區(qū)是曝氣反應(yīng)的主體。?
　　ICEAS的優(yōu)點(diǎn)是采用連續(xù)進(jìn)水系統(tǒng)，減少了運(yùn)行操作的復(fù)雜性，故適用于較大規(guī)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(yīng)器的結(jié)構(gòu)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?dāng)_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(shè)計(jì)成長(zhǎng)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(xù)進(jìn)水，ICEAS喪失了經(jīng)典SBR的理想推流和對(duì)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(shè)置選擇區(qū)。?
　　c.因連續(xù)進(jìn)水而適用于較大型污水處理廠
　　連續(xù)進(jìn)水不用進(jìn)水閥門之間切換，控制簡(jiǎn)單，從而可應(yīng)用于較大型的污水廠。
　　② CASS工藝
　　CASS工藝是在ICEAS工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的。通常CASS分為三個(gè)反應(yīng)區(qū)：生物選擇器、缺氧區(qū)、好氧區(qū)(見圖1)。生物選擇器是設(shè)置在CASS前端的小容積區(qū)，通常在厭氧或兼氧條件下運(yùn)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(qiáng)化反硝化的作用，另外在這個(gè)區(qū)內(nèi)的難降解大分子物質(zhì)易發(fā)生水解作用，這對(duì)提高有機(jī)物的去除率具有一定的促進(jìn)作用。主反應(yīng)區(qū)則是去除有機(jī)底物的主場(chǎng)所，運(yùn)行過程中通常將主反應(yīng)區(qū)的曝氣強(qiáng)度加以控制以使反應(yīng)區(qū)內(nèi)主體溶液處于好氧狀態(tài)，完成降解有機(jī)物的過程。?

　　在池末端設(shè)有潛水泵，污泥通過潛水泵不斷從主曝氣區(qū)抽送至生物選擇器中。CASS生物選擇器及缺氧區(qū)的設(shè)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(fù)荷(S₀/X₀)階段，從而有利于系統(tǒng)中絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)，進(jìn)一步有效地抑制絲狀菌的生長(zhǎng)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(tǒng)有良好的分離作用。
　　CASS工藝與ICEAS工藝相類似，但是通過設(shè)置選擇器、預(yù)反應(yīng)區(qū)和污泥回流等措施可以起到控制污泥膨脹、增大有機(jī)物的去除率和除磷脫氮的作用，同時(shí)通過多個(gè)反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，這三個(gè)池子通過共壁上的開孔實(shí)現(xiàn)水力連接，無(wú)需用泵輸送(見圖2)。?

　　每個(gè)池中都裝有曝氣系統(tǒng)(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(yīng)區(qū)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(tǒng)活性污泥法一樣，UNITANK系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)行的，但是其單個(gè)池子是按一定周期運(yùn)行的。?
　　UNITANK系統(tǒng)可在恒定水位下連續(xù)運(yùn)行，此時(shí)從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看它已經(jīng)不屬于SBR了，與交替運(yùn)轉(zhuǎn)的三溝式氧化溝非常相似，更接近于傳統(tǒng)的活性污泥法，這是該工藝最為顯著的一個(gè)特點(diǎn)；UNITANK也可在恒水位下交替運(yùn)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(dāng)于平流式沉淀池，所以在設(shè)計(jì)上需要滿足平流沉淀池的功能，
　　這是UNITANK的第二個(gè)特點(diǎn)；標(biāo)準(zhǔn)的UNITANK系統(tǒng)是由三個(gè)正方形池所組成，彌補(bǔ)了單個(gè)反應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于中池，為此提出LUCAS工藝。?
　　LUCAS工藝最為顯著的特點(diǎn)是四個(gè)反應(yīng)器(也可采用兩個(gè)或三個(gè)反應(yīng)器)的作用完全對(duì)等，采用輪換的方式分別作為曝氣池和沉淀池(見圖3)，所以可避免中池污泥濃度過低而邊池污泥濃度過高所造成的設(shè)備利用率降低等一系列問題。另外，采用四個(gè)池子串聯(lián)運(yùn)行使反應(yīng)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(yīng)器。

　　還有一些其他類型的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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(見表2)。

表2 不同類型SBR工藝的特點(diǎn) 特 點(diǎn) 經(jīng)典SBR ICEAS CASS UNITANK 沉淀性能好，處于理想沉淀狀態(tài) 是 不 不 不 抑制污泥膨脹(選擇性準(zhǔn)則) 強(qiáng) 弱(設(shè)選擇池改善) 弱(設(shè)預(yù)反應(yīng)段改善) 弱 處理難降解廢水效率高(生態(tài)多樣性) 強(qiáng) 弱 弱(設(shè)預(yù)反應(yīng)段改善) 非常弱 除磷脫氮性能(厭氧、缺氧和好氧等多種狀態(tài)) 除N、P 除N 除N、P 　 理想推流狀態(tài)，有機(jī)物去除率高 是 不 不 不 不需二沉池和污泥回流，工藝簡(jiǎn)單 是 是 僅需回流 是 連續(xù)進(jìn)水 不 是 是 是 連續(xù)出水 不 不 不 是 注： UNITANK的布置比較緊湊，但是流程比其他的SBR要復(fù)雜。

　　由表2可見在新型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(tǒng)活性污泥的特點(diǎn)，出現(xiàn)了連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水和帶回流污泥的SBR反應(yīng)器以及UNITANK新型綜合性工藝。不同類型的SBR反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是不同的，因此在進(jìn)行工藝選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)注意。

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　　收稿日期：2001-11-29