摘 要: sbr 工艺是一种新型、 经济、高效的废水生物处理方法。 本文介绍了sbr 工艺的产生、 发展、 特点、主要设备及其变形工艺的原理和特性, 展望了sbr 工艺的发展趋势。
关键词: sbr; 脱氮除磷; 污水处理
1 水污染状况
随着城市居民生活水平的提高, 城市生活污水的污染问题日益严重。据有关部门统计, 2003 年全国工业和城镇生活废水排放总量为 460 亿 t,其中工业废水排放量 212.4 亿 t, 城镇生活污水排放量 247.6 亿 t。 这些污水大部分没有经过有效处理直接排入江河湖泽之中, 导致水环境受到不同程度的污染。 目前, 我国水系水质的总体情况是: i 类水质只占水系的 3.4%, ii类水质占水系的 21.4%, iii 类水质占水系的 13.3%, iv 类水质占水系的23.8%, v类水质占水系的 8.4%, 劣 v类水质占到了水系的 29.7%。
2 sbr 工艺概述
序批式活性污泥法 ( sequencing batch reactor ) 简称 sbr, 是传统活性污泥法的一种变形, 它的反应机制以及污染物质的去除处理机制和传统活性污泥法基本相同。如果说连续推流式曝气池是空间上的推流, 则sbr 在流态上虽属完全混合式, 但在有机物的降解方面则是时间上的推流。早在 1914 年, 英国学者 arden 和 locker 就曾提出, sbr 工艺比连续式活性污泥法有更高的处理效率。但由于曝气器及自控设备等原因, 不久便演变成连续式的传统活性污泥法。
20 世纪 70 年代初, 美国 natredame 大学的教授irving采用实验室规模装置对 sbr 工艺进行了系统研究, 并于 1980 年在美国国家环保局 ( usepa) 的资助下, 在印第安纳州的culver 城改建并投产了世界上第一个 sbr 污水处理厂。此后, 日本、 德国、澳大利亚和法国等都对 sbr 处理工艺进行了应用研究。到 20 世纪80 年代后期, 随着各种新型不堵塞曝气器、 新型浮动式出水堰 ( 灌水器、滗水器) 和监测控制的硬件设备和软件技术的出现和飞速发展, 特别是在计算机和生物量化技术的支持下, sbr 才真正显示出其优势。据报道,至 1996 年仅澳大利亚就有 600 多座 sbr 污水处理厂, 美国仅 aquaaerobic systems一家公司就设计了 350 多座 sbr 污水处理厂。我国于 20 世纪 80 年代中期开始对 sbr 进行研究和应用, 1985 年, 上海市政设计院为上海吴淞肉联厂设计了我国第一座 sbr 污水处理站, 设计处理水量为 2 400 t/d, 目前, 上海、 广州、 无锡、 扬州、 昆明等地已有多座 sbr处理设施投入使用。
sbr 最基本的特点是处理工序是间歇、 周期性的, 整个运行过程分成进水期、 反应期、 沉降期、 排水期和闲置期, 各个运行期在时间上按序排列, 称为一个运行周期。
进水期: 进水期是反应器接纳废水的过程, 污水进入反应器的选择区与回流污泥混合, 混合后的混合液进入主反应区, 进水开始曝气反应。
反应期: 进水后期由程序控制开始曝气, 即反应期, 这是达到有机物去除目的的主要工序。在此期间, 微生物一般要经历从生长到死亡的全过程。在有机物去除的同时, 反应期还能发生氨氮的硝化反应和除磷菌对磷的过度摄取。
沉淀期:在完成有机物和氮磷去除的反应期后, 停止曝气和搅拌, 活性污泥絮凝体进行重力沉降和固液分离。活性污泥固相形成污泥层, 层面不断地向池底下降, 胶团凝聚而下沉, 清水则留在上面。 在曝气完毕时污泥具有均匀浓度, 在沉淀开始时由于搅拌的残留能量, 污泥内部产生凝聚现象,当此能量消失后, 污泥界面开始形成, 同时污泥形成一层棉絮状的污泥层,开始整层下沉, 重的固体穿过沉积物到达池底。 下沉速度起初由慢而快, 但最后又因固体在池底的压集变得坚实而减缓下来。 区域沉降速度由开始时的污泥浓度、 池深、 池的总面积和生物性固体的性质而定。
排水期: 在排水期, 开启滗水器排水, 洋水堰槽开始匀变速下降, 排除污泥沉降后的上清液, 水位恢复到设计水位, 回流污泥使用, 剩余污泥由排泥泵排出, 水池内剩余的污水起到循环和稀释作用。
闲置期: 排水之后与下周期开始进水之前的时间为待机期或闲置期。由于实际操作时排水所花的时间总比设计时间短, 因此多出来的时间是整个运行周期的机动时间, 其目的在于灵活调节各阶段的运行时间。
3 sbr 脱氮除磷机理
sbr 处理工艺一般分为 4 个阶段: 进水、 反应、 沉淀、 排水和闲置, 其实质就是厌氧—好氧—缺氧的处理过程。从微生物角度看, sbr 法最大的特点是微生物处于富营养、 贫营养、 好氧、 缺氧周期性交替变化的环境中, 因而能够很自然地满足生物脱氮除磷的环境条件。
3.1 硝化和反硝化作用机理
污水中的有机氮在有氧或无氧的条件下, 通过异氧菌的氨化作用,首先转化为 nh4+- n, 再进一步转化为 no3-- n, 此即生物硝化过程。在硝化反应中, nh3+- n 氧化为 no2-- n 时所产生的能量大约为 no2-- n 氧化为 no3-- n时所产生能量的 4～ 5 倍, 所以在稳定状态下, 生物处理系统中不会产生亚硝酸盐的积累, 硝化反应的速度限制步骤为亚硝酸菌属将nh3+- n转化为 no2-- n的过程。经硝化反应, 污水中的氮由 nh3+- n 转化为 no3-- n, 在缺氧的条件下, 反硝化菌可将污水中的 no2-- n, no3-- n 还原为气态氮。此反应称为反硝化反应。反硝化菌为兼性异氧菌, 在无分子态氧存在的情况下,反硝化菌以污水中含碳有机物作为反硝化过程的电子供体, 以硝酸盐和亚硝酸盐中的 n- 5和 n- 3作为能量代谢中的电子受体, o2 作为受氢体, 生成 h2o和 oh-。所以, 反硝化过程最终在将污水中 no2-- n, no3--n还原为气态氮的同时, 使得污水中的有机物作为能源而得以氧化稳定。通过硝化、 反硝化作用, 污水中的 nh3- n最终以气态形式从污水中被去除。
3.2 除磷作用机理
污水中的磷有很多存在形式, 但主要为正磷酸盐、 聚磷酸盐和有机磷。污水在输送和预处理的过程中, 大部分聚磷酸盐和有机磷被水解或矿化成了正磷酸盐。污水中剩余的有机磷和聚磷酸盐在进入生物处理系统后, 也将被矿化或水解成正磷酸盐, 然后被聚磷菌摄取以聚合物形式贮藏于菌体内形成高磷污泥, 通过定期除泥而去除磷, 从而达到除磷的目的。
由于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌所要求的生活环境条件各不相同,所以必须严格按照微生物的习性及所要求的处理程度、控制操作条件,合理确定运行周期及各工序时间的长短,才能为各种微生物提供良好的生存环境, 从而保证最佳处理效果。
4 sbr 与传统活性污泥法的比较
与传统活性污泥法相比, sbr 工艺在装置构成、 经济性、 反应效率等方面有显著的优点, 见表 1、 表 2。
5 结语
sbr 工艺是一种理想的处理工艺, 它具有工艺流程简单、 处理效果稳定、 占地面积小、 耐冲击负荷力强和具有除磷、 脱氮能力等优点。但由于 sbr 工艺的间歇周期运行,反应器中 do、 有机物浓度随时间不断变化, 处于这种周期性变化环境中的微生物对有机物的降解机理、 反应动力学以及工程应用中的设计、 控制等更加复杂。在实际应用中需要解决的问题有: 设计之中, 大多数设计参数为半经验参数, 没有像传统活性污泥法那样的设计标准。 但是, 由于 sbr 法本身所具有的优点, 它将在有毒或难降解有机废水, 特别是中小型石化、 造纸、 印染、 炼油、 制药等企业污水处理中具有极为广阔的应用前景。
参考文献
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