1、間歇式活性污泥法及其在高含鹽廢水處理中應用的研究進展            【關鍵詞】  間歇式活性污泥法；含鹽污水；鹽抑制動力學； 鹽度沖擊； 脫氮除磷    水資源是基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源，是經濟社會可持續發展和維持生態平衡、保持環境優美的重要基礎。據2006年3月22日在墨西哥城第四屆水資源論壇上公布的世界水資源開發報告稱，全球用水量在20世紀增加了6倍，增長速度是人口增速的2倍，有11億人缺水，26億人無法

2、保證用水衛生；到2030年全球工農業及城市用水供需矛盾更趨緊張，水資源安全問題日趨惡化1。目前，沿海城市以選擇海水代用作為緩解日趨嚴重的水資源危機的出路，其中以海水沖廁應用最廣，用水量最大2。但海水代用產生了大量的高含鹽廢水，由于高鹽濃度會引起微生物細菌質壁分離或喪失活性，對傳統生物處理系統具有較大的抑制作用。近20年來，由于計算機和相應軟件的普及和應用，自動控制技術的不斷發展，占地面積小、結構緊湊的間歇式活性污泥法（又稱序批式活性污泥法，sequencing batch reactor，SBR）以其突出的優越性而獲得青睞，特別是在高含鹽廢水處理領域，引起廣泛關注。1  SBR原理和

3、工藝特征    SBR是一種不同于傳統活性污泥法的廢水處理工藝。1914年Arden等3首創了間歇式運行的活性污泥法，采取進水排水(fill-draw)方式運行，由于受當時技術條件的限制，工藝操作煩瑣，而且容易引起設備堵塞。隨著自動控制技術的飛速發展，各類儀器設備如水位計、電動閥、氣動閥、定時器、氧化還原電位測定儀、信號處理設備等的開發和應用，使得20世紀初的序批式活性污泥工藝存在的問題迎刃而解，成為當前一項十分重要的廢水處理技術4。    SBR技術的整個工藝流程分為流入、反應、沉淀、外排和閑置，5個操作工序在一個反應器內，按特定的

4、時間順序間歇運行5。在流入階段，廢水進入反應器，池內水位逐漸上升，當到達設定最高水位時，水位計會給出信號使進水停止，進入反應工序。SBR的反應階段可分為3種狀態，如果進行曝氣，則工況處于好氧狀態，有好氧生物反應發生；如果進行攪拌，則處于缺氧狀態；如果既不曝氣又不攪拌，則處于厭氧狀態。根據廢水水質要求，統籌三種工況，可實現一些重要的生化反應，如厭氧釋磷、反硝化脫氮等。在沉淀階段，停止曝氣和攪拌，混合液中污泥通過重力沉淀實現固液分離，澄清的上層凈化水待排除。由于是靜置沉淀，具有較高的沉淀分離效率。沉淀過程結束后開始排放工序，上清液由機械旋轉潷水器等設備外排，池內水位逐漸下降，待水位達最小水位時停止

5、，并開始外排剩余污泥。排泥結束后進入閑置階段，為維持污泥的活性，必須進行攪拌或曝氣使之再生；如果考慮節能和在厭氧狀態下釋出磷，可不進行攪拌和曝氣。    SBR技術除了上述常規的運行工藝外，科學家和工程技術人員基于SBR法進行了改進，從間歇進水到連續進水、脫氮除磷功能的完善、污泥膨脹控制等方面進行了不斷改進和創新，形成了如間歇循環延時曝氣法（ICEAS）、循環活性污泥法（CASS）、連續進水間歇曝氣法（DAT-IAT）、一體化活性污泥法（Unitank）、T型氧化溝法（T-Ditch）等各具特色的新工藝流程與變形技術。    作為一項

6、新興的廢水處理技術，SBR法之所以受到工程技術界的青睞并迅速推廣，是由于其獨特的運行方式和其他技術無法比擬的優勢。    （1）工藝流程短。不需要設置流量調節池、二沉池及回流泵房，而二沉池及污泥回流泵房占地面積相當于曝氣池的80。SBR法在一個池子內通過時間調節和安排，及電子計算機調控，對化學需氧量（COD）、懸浮固體、氮和磷等完成凈化過程，實現厭氧、缺氧和好氧等生化反應過程。    （2）耐沖擊負荷能力強。SBR的混合狀態屬于典型的完全混合式，具有較強的耐沖擊能力。SBR反應器內活性污泥濃度較高，并且在沖水階段，SBR反應池相當于均

7、化池，可以承受高峰流量和有機物濃度的沖擊，出水水質穩定。    （3）能有效防止污泥膨脹。SBR具有選擇器效應，反應初期底物濃度高，有利于絮體細菌增殖，形成優勢菌屬，抑制專性好氧絲狀菌的過分增殖。此外，SBR法中好氧、缺氧狀態交替進行，也能抑制絲狀菌生長，避免污泥膨脹的發生。    （4）生化反應推動力大。Irvine等6的研究表明：微生物活性最重要指標的RNA含量，SBR法是傳統活性污泥法的34倍。SBR反應器在時間上是理想推流過程，底物濃度梯度大，克服了連續流完全混合式曝氣池中底物濃度低，反應推動力小的缺點，同時也避免了推流式曝氣

8、池中水路反混現象的出現。    （5）操作靈活。SBR法能夠根據水質、水量的變化，采取適當的控制手段，如改變進水方式和運行順序、調整運行時間和曝氣強度，以各種方式靈活運行，保證出水水質。    （6）基建和運行費用低。SBR系統的主體結構僅一座間歇式曝器池，基建費用比較低。Ketchum 7  研究發現，采用SBR法處理小城鎮污水比傳統連續流活性污泥法節省投資30以上。另外，由于SBR無回流系統，不需二沉池，較其他生化系統更易于維護8。2  SBR在高含鹽廢水處理研究中的應用    目

9、前，已利用SBR技術研究了生物處理高含鹽廢水的降解動力學、影響因素、運行效率和控制技術等，給高含鹽廢水的生物處理提供了新的途徑。2.1  降解動力學研究 生物處理含鹽污水時，由于無機鹽對生物系統的影響，常常會導致較低的有機物去除速率和去除效率。為了定量鹽度對有機物去除的影響，崔有為等9研究了生物處理含鹽污水的鹽抑制動力學，為具體設計含鹽污水生物處理過程提供了依據。試驗采用SBR反應器，對含鹽污水的有機物降解速率和去除率進行了研究。為了獲得基本數據，首先研究淡水環境下的基質降解動力學，然后對1035 g/L鹽度環境分別進行試驗。結果發現，鹽度對生物處理系統的抑制屬于非競爭模式

10、，同時影響了最大降解速率和飽和常數。COD最大降解速率隨著鹽度的升高而下降。在低于20 g/L鹽度環境內，隨著鹽度的升高，飽和常數Ks值逐漸增大。而高于20 g/L鹽度環境內，隨著鹽度的升高，飽和常數Ks值逐漸降低。試驗確定的鹽抑制常數KY為2 333 mg/L，并進一步給出了各鹽度下有機物降解速率方程。    Kargi等10利用序批式反應器研究鹽度對生物處理系統的影響，結果表明，污水鹽度在1050 g/L時，COD最大基質降解速率為890 mg·L-1·h-1，飽和常數為820 mg/L，而鹽抑制常數高達100 g/L。2.2 

11、耐沖擊性能研究  崔有為等11利用3個平行的SBR反應器研究了無鹽、含25 g/L鹽度和35 g/L鹽度活性污泥系統的最大抗鹽度沖擊范圍。實驗接種等量的城市污水處理廠二沉池的回流污泥，用生活污水進行馴化，當處理系統出水澄清且COD去除率穩定后，向生活污水中投加NaCl配制不同鹽度的污水，按遞增5 g/L的NaCl鹽度梯度進行馴化。沖擊實驗具體是5、10、15、20、25、30 g/L梯度沖擊各反應系統。每個鹽度梯度沖擊2個周期，然后恢復至初始狀態，達到穩定后再進行下一個鹽度梯度的沖擊。結果表明,上述3個系統的最大抗鹽度沖擊范圍分別是020、530、1535 g/L 。當處理系統受到鹽

12、度沖擊時,普遍會出現有機物去除率下降、出水懸浮固體濃度升高、污泥大量流失等現象。但是，當進水鹽度恢復到初始值且保持穩定,有足夠長的恢復時間,則系統的處理效果可以恢復。    馮葉成等12研究了不同含鹽量的間歇性活性污泥處理系統的耐鹽水沖擊負荷性能。沖擊影響試驗表明：當處理生活污水的活性污泥系統受到NaCl沖擊(負荷小于5 g/L)，系統不會受到太大的影響；活性污泥氧攝入速率(OUR)和系統的總有機碳(TOC)去除率仍能保持正常，沖擊負荷大于10 g/L后，鹽對活性污泥產生影響，活性污泥OUR降低35，TOC去除率降低約30。    總

13、體上經過高鹽馴化的活性污泥可以使處理系統的微生物生長適應不利環境,但是無法提高活性污泥的抗沖擊能力。高鹽馴化系統內的活菌數在從高鹽環境轉變為低鹽或淡水環境時會增加,但并不意味著這些微生物可以立即完善自身酶系統對污水中有機物進行降解,面對生長環境的突變,其還需一定的時間去完善自身的酶和代謝系統。污水處理系統內活菌數的增加并不能代表系統內生物總生長良好,如高鹽馴化系統內的微生物在其生存環境突然變為低鹽或淡水環境時群體微生物的生長并不是很好,相反會受到一定的抑制,所受到的抑制程度取決于鹽度變化的程度。2.3  無機鹽影響研究  王淑瑩等13研究了無機鹽對SBR反應器內活性污泥沉降

14、性的影響。實驗以無鹽穩定運行系統作為參照系統，分別研究了20 g/L和35 g/L鹽度馴化系統內活性污泥絮凝體的形態、污泥沉降特點以及污泥微生物生態，并進一步探討了絮凝體的結構。研究發現，在無鹽SBR系統內，活性污泥顆粒很大，菌膠團呈封閉狀，形狀不規則，絮凝體疏松，微生物種類豐富，存在大量的絲狀菌和原生動物，其中原生動物有鐘蟲、漫游蟲、草覆蟲和豆形蟲等，以鐘蟲為優勢菌。含鹽20 g/L的SBR系統內，絮凝體仍是開放型結構，緊密程度變高，微生物種類和數量變少，原生動物僅剩下少量的鐘蟲，且絲狀菌數量也變少。在鹽度為35 g/L系統內，絮凝體呈封閉狀，變得很小和異常密實，微生態更加單一，原生動物消失

15、，絲狀菌幾乎不存在，只剩下細小的菌膠團。這表明，無機鹽改變了活性污泥微生物生態和絮凝體的結構，增加了污泥的沉降性。孫曉杰等14利用SBR研究了海水對城市污水處理系統中短程硝化的影響,試驗結果表明，在較高游離氨情況下，生活污水中不含海水時，未出現短程硝化；當海水比例為30時可以實現短程硝化，而且氨氮的去除率并未明顯降低，平均去除率為85.39%，其亞硝酸積累率為69.47，低于含海水污水的亞硝酸積累率。說明NaCl對亞硝酸積累有一定的影響，應用SBR法處理海水沖廁污水是可行的。2.4  脫氮效率研究  王志霞等15研究了SBR法對含海水城市污水的脫氮除磷效果，當含鹽濃度10

16、500，懸浮固體MLSS為2 100 mg/L，COD負荷0.31.0 kg·m-3·d-1，厭氧段DO為0.2 mg/L，好氧段DO為2.03.0 mg/L，運行周期為12 h的條件下，COD去除率在87以上，NH4+-N和TP的去除率均在68以上；鹽質量濃度的增加出水懸浮固體減小，污泥沉降性能也逐漸增強。表明SBR反應器對含海水城市污水具有良好的脫氮除磷效果。    祝貴兵等16采用SBR小試實現了沖廁海水的短程硝化反硝化。實驗溫度保持在2225 ，pH值維持在7.58.5，把海水占生活污水的比例從0增至70(Cl-濃度從1 900 mg/

17、L增至13 300 mg/L)，在氨氮負荷0.15 kg·kg-1MLSS·d-1時氨氮的去除率仍能保持在85以上，出水氨氮濃度10 mg/L。說明在海水比例70范圍內，SBR反應器仍可實現短程硝化反硝化，且保持了較高的氨氮去除率。    Charles 17利用序批式反應器處理高鹽高氮廢水，在硝酸氮質量濃度為8 200 mg/L，pH9、總溶解固體含量TDS18的條件下，經過馴化的污泥能夠脫氮，但未經馴化的污泥系統在5 400 mg/L時就完全停止反硝化反應。當pH值為7.5，硝酸氮質量濃度為5 400 mg/L時，即使是馴化污泥，也完全停止

18、硝化反應。這表明高鹽環境降低了序批式反應器的脫氮效率。3  結 語    隨著淡水資源緊缺的日益加劇，海水和苦咸水將在更多的領域得到應用，帶來越來越多的高鹽量廢水處理問題。SBR技術作為一種新興的廢水處理技術，具有結構緊湊、節約費用、耐沖擊、靈活高效等諸多優勢，工程技術界分別從降解動力學、耐沖擊性能、無機鹽對生化系統的影響等領域研究了SBR技術處理高含鹽廢水的可行性，隨著后續研究的深入和實際工程的推廣，將會涌現更多的創新性成果，成功解決高含鹽廢水微生物處理的難題。    【參考文獻】  1暢明琦，黃強.水

19、資源安全理論與方法M.北京：中國水利出版社,2006：1.2尤作亮.海水直接利用及其環境問題分析J.給水排水,1998,24（3）：64-65.3Ng WJ. Sequencing batch reactor(SBR) treatment of wastewaterC.Environmental Sanitation Information Center, Bangkok,1989:1-5.4張忠祥，錢 易.廢水處理新技術M.北京：清華大學出版社,2004：100.5Ng WJ, Sim TS. Efficiency of sequencing batch reactor(SBR) in th

20、e removal of selected microorganism from domestic sewageJ. Wat Res,1993,27（10）:1 591-1 600.6Irvine RL, Wilderer PA, Flemming HC. Controlled unsteady-state process and technologies-an overviewJ. Wat Sci Tech, 1997,35（1）:1-10.7Ketchum L. First cost analysis of sequencing batch biological reactorsJ. J WPCF,1985，57(8):173-185.8劉俊超.用SBR工藝處理制漿造紙廢水J.中國造紙,2004,23(12)：48-50.9崔有為，王淑瑩，甘湘慶，等.生物處理含鹽污水的鹽抑制動力學J.環境污染治理技