我國常稱序列間歇式活性污泥法的研究進展

1sbr法的運行工況20世紀70年代初，美國的r.ivie教授開始研究間歇式活性污污泥法，直到20世紀80年代，它引起了其他國家的注意，并先后開發和應用了中國。隨著研究的深入,間歇式活性污泥法又被命名為序列間歇式反應器法(SequencingBatohReactor),我國常稱序列間歇式(序批式)活性污泥法,簡稱SBR法。SBR法的運行工況是以間歇操作為主要特征。所謂序列間歇式有兩種含義:一是運行操作在空間上是按序排列、間歇的,由于污水大都是連續排放且流量波動很大,這時間歇反應器(SBR)至少為兩個池或多個池(見圖1),污水連續按序列進入每個反應器,它們運行時的相對關系是有次序的、也是間歇的;二是每個SBR的運行操作,在時間上也是按次序排列的、間歇的,一般可按運行次序分為五個階段,即進水、反應、沉淀、排水和閑置階段,稱為一個運行周期(見圖2)。在一個運行周期中,各個階段的運行時間、反應器內混合液體積的變化以及運行狀態等都可以根據具體污水性質、出水質量與運行功能要求等靈活掌握。比如在進水階段,可按只進水不曝氣(攪拌或不攪拌)的限制性曝氣運行,也可按邊進水邊曝氣的非限制性曝氣方式運行;在反應階段,可以始終曝氣,為了生物脫氮也可曝氣后攪拌,或者曝氣攪拌交替進行;其剩余污泥量可以在閑置階段排放,也可在排水階段或反應階段后期排放。可見,對于某一單一SBR來說,不存在空間上控制的障礙,只在時間上進行有效地控制與變換,即能達到多種功能的要求,非常靈活。2sdr法的五個優點2.1采用sbr法工藝原則上SBR法的主體工藝設備,只有一個間歇反應器(SBR)。它與普通活性污泥法工藝流程相比(如圖3),不需要二次沉淀池、回流污泥及其設備,一般情況下不必設調節池,多數情況下可省去初次沉淀池。1985年Arora等人對加拿大、美國和澳大利亞等國的8個SBR法污水處理廠調查,其中只有一個處理廠設置調節池,另兩個處理廠設初次沉淀池。縱觀污水人工生物處理各種工藝方法,象SBR法這樣簡易的工藝絕無僅有。ketchum等人的統計結果表明:采用SBR法處理小城鎮污水,要比用普通活性污泥法節省基建投資30%多。此外,采用如此簡潔的SBR法工藝的污水處理系統還有布置緊湊、節省占地面積的優點。2.2推流式的推流過程這是SBR法最大的優點之一。SBR法反應器中的底物和微生物濃度是變化的,而且不連續,因此,它的運行是典型的非穩定狀態。而在其連續曝氣的反應階段,也屬非穩定狀態,但其底物(與有機物或BOD等價)和微生物(MLSS表示)濃度的變化是連續的。這期間,雖然反應器內的混合液呈完全混合狀態,但是其底物與微生物濃度的變化在時間上是一個推流(plugflow)過程,并且呈現出理想的推流狀態。在連續流反應器中,有完全混合式與推流式兩種極端的流態。在連續流完全混合式曝氣池中的底物濃度等于出水底物濃度,底物流入曝氣池的速度即為底物降解速率。根據生化反應動力學,由于曝氣池中的底物濃度很低,其生化反應推動力也很小,反應速率與去除有機物效率都低。在理想的推流式曝氣池中,污水與回流污泥形成的混合液從池首端進入,呈推流狀態沿曝氣池流動,至池末端流出,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”。作為生化反應推動力的底物濃度,從進水的最高逐漸降解至出水時的最低濃度,整個反應過程底物濃度沒被稀釋,盡可能地保持了最大的推動力。完全混合式曝氣池所需要的水力停留時間TG或有效容積Vc一般要比間歇反應器相應的以Tc和Vc大3倍。Ngωωn—Jern指出:如果為了去除生活污水中的有機物,用SBR法曝氣15min就夠了。筆者用SBR法處理啤酒廢水的試驗,經2h的曝氣便將反應器中的COD2000mg/L降到150mg/L左右。2.3sbr法的應用SBR法為了不同的凈化目的,可以通過不同的控制手段,靈活地運行。由于在時間上的靈活控制,為其實現脫氮除磷提供了極有利的條件。它不僅很容易實現好氧、缺氧()與厭氧()狀態交替的環境條件,而且很容易在好氧條件下增大曝氣量、反應時間與污泥齡,來強化硝化反應與脫磷菌過量攝取磷過程的順利完成;也可以在缺氧條件下方便地投加原污水(或甲醇等)或提高污泥濃度等方式,提供有機碳源作為電子供體使反硝化過程更快地完成;還可以在進水階段通過攪拌維持厭氧狀態,促進脫磷菌充分地釋放磷。應指出,上述復雜的脫氮除磷過程只有在A-A/O工藝中才能完成,而SBR法的單一反應器一個運行周期即可完成。具體操作過程、運行狀態與功能如下;進水階段,攪拌(厭氧狀態釋放磷)→反應階段,曝氣(好氧狀態降解有機物、硝化與攝取磷)、排泥(除磷)、攪拌與投加少量有機碳源(缺氧狀態反硝化脫氮)、再曝氣(好氧狀態去除剩余的有機物)→排水階段→閑置階段,然后進水再進入另一個運行周期。并曾做過進水與反應階段用曝氣與攪拌交替進行的運行方式脫氮的試驗研究,其脫氮效率更高。筆者認為,如果原污水中的P:BOD值太高,用普通厭氧/好氧法難于提高除磷率時,可以根據Phostrip法除磷的原理在SBR法中實現,只增加一個混凝沉淀池即可。可見,SBR法很容易滿足脫氮除磷的工藝要求,在時間上控制的靈活性又能大大提高脫氮除磷的效果。2.4sbr法的特點污泥膨脹多為絲狀性膨脹,在活性污泥法中間歇式最不易發生膨脹,完全混合式最容易引起膨脹。按照發生膨脹難易程度的排列順序是:間歇式、傳統推流式、階段曝氣式和完全混合式,同時發現其降解有機物(對易降解污水)速率或效率的高低,也遵循這個排列順序。SBR法能有效地控制絲狀菌的過量繁殖,可從四個方面說明。a.底物濃度梯度大(也是F/M梯度),是控制膨脹的重要因素。完全混合式基本沒有梯度,非常易膨脹;推流式曝氣池的梯度較大,不易膨脹;而SBR法反應階段在時間上的理想推流狀態,使F/M梯度也達到理想的最大,因此,它比普通推流式還不易膨脹。研究進一步證實,縮短SBR法的進水時間,反應前底物濃度更高,其后的梯度更大,SVI值更低,更不易膨脹。b.缺氧好氧狀態并存。絕大多數絲狀菌,如球衣菌屬等都是專性好氧菌,而活性污泥中的細菌有半數以上是兼性菌。與普通活性污泥法不同的是,SBR法中進水與反應階段的缺氧(或厭氧)與好氧狀態的交替,能抑制專性好氧絲狀菌的過量繁殖,而對多數微生物不會產生不利影響。正因為如此,SBR法中限制曝氣比非限制曝氣更不易膨脹。c.反應器中底物濃度較大。絲狀菌比絮凝菌膠團的比表面積大,攝取低濃度底物的能力強,所以在低底物濃度的環境中(如完全混合式曝氣池)往往占優勢。在SBR法的整個反應階段,不僅底物濃度較高、梯度也大,只有在反應進入沉淀階段前夕,其底物濃度才與完全混合式曝氣池的相同。因此,所以說SBR法沒有利于絲狀菌競爭的環境。d.泥齡短、比增長速率大。一般絲狀菌的比增長速率比其它細菌小,在穩定狀態下,污泥齡的倒數數值等于污泥比增長速率,故污泥齡長的完全混合法易于繁殖絲狀菌。由于SBR法具有理想推流狀態與快速降解有機物的特點,使它在污泥齡短的條件下就能滿足出水質量要求,而污泥齡短又使剩余污泥的排放速率大于絲狀菌的增長速率,絲狀菌無法大量繁殖。2.5sbr法的處理工藝完全混合式曝氣池比推流式曝氣池的耐沖擊負荷以及處理有毒或高濃度有機廢水的能力強。SBR法雖然對于時間來說是一個理想的推流過程,但是就反應器本身的混合狀態仍屬典型的完全混合式,因此具有耐沖擊負荷和反應推動力大的優點。而且由于SBR法在沉淀階段屬于靜