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

　　摘　要：對各種類型SBR工藝的發(fā)展和應(yīng)用進行了綜述，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。
　　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：X703.1
　　文獻標(biāo)識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2002)07-0023-04

　　序批式活性污泥法(SBR)是由美國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年代比利時的SEGHERS公司又開發(fā)了UNITANK系統(tǒng)，把經(jīng)典SBR的時間推流與連續(xù)系統(tǒng)的空間推流結(jié)合了起來。我國也于80年代中期開始對SBR進行研究，目前應(yīng)用已比較廣泛。

1 工藝特點及分析

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

表1 　SBR工藝的優(yōu)點 優(yōu) 點 機 理 沉淀性能好 理想沉淀理論 有機物去除效率高 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，工藝簡單 結(jié)構(gòu)本身特點

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。
　?、?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。
　?、?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)。?
　?、?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)］／［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。?
　?、?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。
　　⑤ 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。?
1.3 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。
　?、?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。?
　?、?設(shè)備的閑置率較高。?
　　⑤ 污水提升水頭損失較大。?
　?、?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

　　由于SBR工藝在時間和空間上的特點形成了其運行操作上的靈活性，故相繼開發(fā)了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工藝。?
2.1 工藝類型
　?、?ICEAS工藝
　　ICEAS工藝的基本單元是兩個矩形池為一組的反應(yīng)器。每個池子分為預(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)點是采用連續(xù)進水系統(tǒng)，減少了運行操作的復(fù)雜性，故適用于較大規(guī)模的污水處理，但其在工藝改進的同時也喪失了表1列出的5種優(yōu)點，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：
　　a.沉淀特性不同
　　ICEAS的沉淀會受到進水?dāng)_動，破壞了其成為理想沉淀的條件。為了減少進水帶來的擾動，一般將池子設(shè)計成長方形，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)進水，ICEAS喪失了經(jīng)典SBR的理想推流和對難降解物質(zhì)去除率高的優(yōu)點，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)進水而適用于較大型污水處理廠
　　連續(xù)進水不用進水閥門之間切換，控制簡單，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)出來的。通常CASS分為三個反應(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行，其基本功能是防止產(chǎn)生污泥膨脹，同時還具有促進磷的進一步 釋放和強化反硝化的作用，另外在這個區(qū)內(nèi)的難降解大分子物質(zhì)易發(fā)生水解作用，這對提高有機物的去除率具有一定的促進作用。主反應(yīng)區(qū)則是去除有機底物的主場所，運行過程中通常將主反應(yīng)區(qū)的曝氣強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，進一步有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖。CASS工藝在沉淀階段不進水以保證污泥沉降無水力干擾，可以進一步保證系統(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、增大有機物的去除率和除磷脫氮的作用，同時通過多個反應(yīng)器的組合創(chuàng)造了靜止沉淀的條件。?
　?、?UNITANK工藝?
　　UNITANK的通用形式是采用三個池子的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，這三個池子通過共壁上的開孔實現(xiàn)水力連接，無需用泵輸送(見圖2)。?

　　每個池中都裝有曝氣系統(tǒng)(可以是表曝也可以是鼓風(fēng)曝氣)，同時外面的兩個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。每個池子都可以進水，剩余污泥也是從邊緣兩個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)運行的，但是其單個池子是按一定周期運行的。?
　　UNITANK系統(tǒng)可在恒定水位下連續(xù)運行，此時從整個系統(tǒng)來看它已經(jīng)不屬于SBR了，與交替運轉(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特點；UNITANK也可在恒水位下交替運行，出水采用固定堰而不是潷水器，在任一時刻總有一個池子作為沉淀池，這個沉淀池相當(dāng)于平流式沉淀池，所以在設(shè)計上需要滿足平流沉淀池的功能，
　　這是UNITANK的第二個特點；標(biāo)準(zhǔn)的UNITANK系統(tǒng)是由三個正方形池所組成，彌補了單個反應(yīng)器完全混合的不足，這是其第三個特點。?
　?、?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是四個反應(yīng)器(也可采用兩個或三個反應(yīng)器)的作用完全對等，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，采用四個池子串聯(lián)運行使反應(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)點又克服了其缺點，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，并且還形成了一些獨特的優(yōu)點(見表2)。

表2 不同類型SBR工藝的特點 特 點 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 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 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)，有機物去除率高 是 不 不 不 不需二沉池和污泥回流，工藝簡單 是 是 僅需回流 是 連續(xù)進水 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UNITANK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。

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　　收稿日期：2001-11-29