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生化处理篇:活性污泥法——SBR工艺

  • 作者:管理员
  • 发布时间:2024-05-28 10:59:50
  • 点击:165

SBR(序批式活性污泥法)工艺是一种活性污泥法的一种,其特点是在运行上有序和间歇操作。SBR工艺的发展还包括了CASS工艺,即循环活性污泥法污水处理工艺,它是SBR工艺的一种变型,实质上是将可变容积的活性污泥工艺过程与生物选择器原理相结合。CASS工艺是一种循环式活性污泥法,是SBR工艺的更新变型。目前,由于该工艺具有工艺流程简单处理效率高运行方式灵活和不易发生污泥膨胀等优点,广泛应用。


SBR工艺的过程分为五个阶段:进水、曝气、沉淀、排水和待机。这种工艺由美国Irvine在20世纪70年代初开始,并在80年代初出现了连续进水的ICEAS工艺,

随后Goranzy教授开始了CASS和CAST工艺。SBR工艺的核心是SBR反应池,该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体,是一个无污泥回流系统。


SBR工艺的优点

占地小、平面布置紧凑,具有较好的稳定性,但操作相对复杂,对自动化控制要求较高,近年来,国内污水处理行业大部分已实现PLC自动控制。

此外,SBR工艺与传统活性污泥法相比,其反应机制以及污染物质的去除机制基本相同,仅运行操作不一样


SBR工艺应用现状

我国,有30%~40%日处理5万吨以下的污水处理厂都采用SBR法。近年来,随着城镇污水处理厂排放标准的日趋严格,对于出水氮磷的排放提出了更高的要求。

如何提高SBR工艺的脱氮除磷效率,并在此基础上节能降耗,对于该工艺的应用与发展具有重要意义。


目前SBR工艺得到了广泛应用,在5万吨/d以下的城镇污水处理厂中有30%~40%采用了SBR工艺。SBR法能重新成为城市污水、

工业有机废水的有效处理方法,除了污水处理技术发展的内在规律外,还具有一些客观的需求背景。①中小型化和分散化正在成为当前城市污废水处理厂的发展趋势。

随着人们对生态环境的要求,住宅区趋向分散化、农村化发展。在这种背景下,城市废水处理厂的发展也趋向于小型(中小型)化及分散化,由此提出了对相应适宜的工

艺技术的需求。废水处理厂的中小型化、分散化反映了高新技术的发展,反映了人们掌握高新技术能力的提高与技术的普及化。这种在新条件下回归初始,正如SBR法

的再生一-样,体现了事物发展的规律。中小型化和分散化废水处理厂净化出水易于就地分散回用与处置,基建投资易于筹措,运行管理简易可行。SBR法应运而再生,反映

了这种客观需要。②过去水污染控制重点在于有机污染物的去除,而如今为了防止湖泊、河口、海湾等缓流水体富营养化,对出水水质中如氮、磷等的标准越来越严格,

控制要求越来越高。在此情况下,开发出既能高效去除BOD、COD,又能高效除磷脱氮的工艺技术备受关注,SBR法在改进后能够满足这方面的要求,SBR法技术可靠

,出水水质良好。③电子计算机的广泛应用,SBR反应池的进水、曝气以及排水等的自动控制技术的进步,相应软件技术的开发应用,都使SBR法日趋完善和成熟。

④DO计、pH计丶ORP计、水位计、电——气动阀门等过程监控所需的仪器仪表日益完善,且在经济上可以承受,SBR法在这些仪器仪表装备,技术上日益精细可靠。




SBR法主要有4种分类方法:

按进水方式可分为序批进水式和连续进水式。按反应器的形式可分为完全混合序批反应器与循环式水渠型反应器。按污泥负荷SBR可分为高负荷和低负荷两种。

按进水阶段曝气与否可分为限制曝气、非限制曝气和半限制曝气。

连续全混反应器

连续全混反应器由一个有进流和出流的容器组成,反应物连续流人反应器,混合物连续流出反应器,是一种开放式反应器。反应器通常在稳态条件下运行,反应器内物料

充分混合,物质含量在整个反应器内均匀一致,排出物的成分与反应器中的成分相同,反应器内的反应物浓度不随时间变化,也不随空间变化;通常情况下(但不一定全是) ,

其进出流量平衡。理想状态下,对只含单一流体的情况,假设流体相中的物料混合都非常迅速,从而各组分在整个容器中的浓度都是均匀的;对含有多种流体的容器假设

混合完全,并且对每一种流体其混合都是瞬间完成的,因此流出反应器中的产物组分浓度等于该物料在整个反应器内的浓度。

平推流反应器

平推流反应器也称活塞流反应器,连续稳定流人反应器的流体,在垂直于流动方向的任一截面,各质点的流速完全相同,平行向前流动。进人反应器的物料之间完全没有混合,

并且沿反应器轴向上物料之间也完全没有混合,而径向上物料之间混合均匀。这种流动形式近似于很少或没有纵向分散的、长宽比很大的长形敞开池或封闭的管式反应器中的流动形式。稳态操作时,反应器内物料的参数,如浓度、温度等,不随时间发生变化,而沿长度方向发生变化,即反应器内物系参数可随位置而变。

序批式反应器

反应物在封闭式反应器内“--罐- -罐”地进行反应操作,反应完成卸料后,再进料进行下一批的生产,也称为分批操作或序批操作,一般用于小批量、多品种的均质液相反应系统。序批反应器是在非稳态条件下操作的,尽管容器中的成分随反应时间而变化,但是反应器内的成分在任一时刻都是均匀的,浓度温度处处相等。在废水处理中,序批操作过程就在反应过程中既无水流入,也无水流出(也就是,水流流入,进行反应,然后排出,如此重复循环)。序批反应器操作方式灵活,设备投资省,同一设备可以生产不同品种,具有反应速率高,出水水质稳定,容易控制污泥膨胀等连续流反应器所无法比拟的优点,已经广泛应用于中小规模污水处理厂。在污废水的生物处理中,序批反应器还经常被选用于未经实践检验的新工艺的研发、化学反应动力学研究以及各单因素试验,如短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、好氧颗粒污泥等污水处理新工艺新技术都是基于序批反应器提出并实现的。

SBR法的特点

1.SBR法的优点:1)工艺简单,节省费用原则上SBR法的主体工艺设备,只有一个间歇反应器(SBR)。它与普通活性污泥法工艺流程相比,不需要二次沉淀池、回流污泥及其设备,一般情况下不必设调节池,多数情况下可省去初次沉淀的。1985年Arora等人对加拿大、美国和澳大利亚等的8个SBR法污水处理厂调查,其中只有一个处理厂设置调节池,另两个处理厂设初次沉淀池。纵观污水人工生物处理各种工艺方法,像SBR法这样简易的工艺还没有。ketchum等人的统计结果表明:采用SBR法处理小城镇污水,要比用普通活性污泥法节省基建投资30%多。此外,采用如此简洁的SBR法工艺的污水处理系统还有布置紧凑、节省占地面积的优点。2)理想的推流过程使生化反应推力大效率高这是SBR法明显的优点。SBR法反应器中的底物和微生物浓度是变化的,而且不连续,因此,它的运行是典型的非稳定状态。而在其连续曝气的反应阶段,也属非稳定状态,但其底物(与有机物或BOD等价)和微生物(MLSS 表示)浓度的变化是连续的。这期间,虽然反应器内的混合液呈完全混合状态,但是其底物与微生物浓度的变化在时间上是一个推流(plug flow)过程,并且呈现出好的推流状态。复杂的脱氮除磷过程只有在A-A/O工艺中才能完成,而SBR法的单一反应器一个运行周期即可完成。具体操作过程、运行状态与功能如下;进水阶段,搅拌(厌氧状态释放磷)→反应阶段,曝气(好氧状态降解有机物、硝化与摄取磷)、排泥(除磷)、搅拌与投加少量有机碳源(缺氧状态反硝化脱氮)、再曝气(好氧状态去除剩余的有机物)→排水阶段→闲置阶段,然后进水再进入另一个运行周期。并曾做过进水与反应阶段用曝气与搅拌交替进行的运行方式脱氮的试验研究,其脱氮效率更高。3)防止污泥膨胀的好工艺污泥膨胀多为丝状性膨胀,在活性污泥法中间歇式不易发生膨胀,完全混合式容易引起膨胀。按照发生膨胀难易程度的排列顺序是:间歇式、传统推流式、阶段曝气式和完全混合式,同时发现其降解有机物(对易降解污水)速率或效率的高低,也遵循这个排列顺序。SBR 法能有效地控制丝状菌的过量繁殖,可从四个方面说明。a.底物浓度梯度大(也是F/M梯度),是控制膨胀的重要因素。完全混合式基本没有梯度,非常易膨胀;推流式曝气池的梯度较大,不易膨胀;而SBR法反应阶段在时间上的理想推流状态,使F/M梯度也达到理想的大,因此,它比普通推流式还不易膨胀。研究进一步证实,缩短SBR法的进水时间,反应前底物浓度更高,其后的梯度更大,SVI值更低,更不易膨胀。b.缺氧好氧状态并存。绝大多数丝状菌,如球衣菌属等都是专性好氧菌,而活性污泥中的细菌有半数以上是兼性菌。与普通活性污泥法不同的是,SBR法中进水与反应阶段的缺氧(或厌氧)与好氧状态的交替,能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖,而对多数微生物不会产生不利影响。正因为如此,SBR法中限制曝气比非限制曝气更不易膨胀。c.反应器中底物浓度较大。丝状菌比絮凝菌胶团的比表面积大,摄取低浓度底物的能力强,所以在低底物浓度的环境中(如完全混合式曝气池)往往占优势。在SBR 法的整个反应阶段,不仅底物浓度较高、梯度也大,只有在反应进入沉淀阶段前夕,其底物浓度才与完全混合式曝气池的相同。因此,所以说SBR法没有利于丝状菌竞争的环境。d. 泥龄短、比增长速率大。一般丝状菌的比增长速率比其它细菌小,在稳定状态下,污泥龄的倒数数值等于污泥比增长速率,故污泥龄长的完全混合法易于繁殖丝状菌。由于SBR法具有理想推流状态与快速降解有机物的特点,使它在污泥龄短的条件下就能满足出水质量要求,而污泥龄短又使剩余污泥的排放速率大于丝状菌的增长速率,丝状菌无法大量繁殖。4)耐冲击负荷、处理能力强完全混合式曝气池比推流式曝气池的耐冲击负荷以及处理有毒或高浓度有机废水的能力强。SBR法虽然对于时间来说是一个理想的推流过程,但是就反应器本身的混合状态仍属典型的完全混合式,因此具有耐冲击负荷和反应推动力大的优点。而且由于SBR法在沉淀阶段属于静止沉淀,加之污泥沉降性能好与不需要污泥回流,进而使反应器中维持较高的MLSS 浓度。在同样条件下,较高的MLSS浓度能降低F/M值,显然具有更强的耐冲击负荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力。若采用边进水、边曝气的非限制曝气运行方式,更能大幅度增加SBR法承受废水的毒性和高有机物浓度。5)其他优点上面谈到的五大优点是SBR法特征的核心,它粗线条地描绘了SBR法的优越性,也表现了其强大的生命力与广阔的应用前景。除此之外,SBR法还具有以下不容忽视的优点。①在沉淀阶段,反应器内无水流的千扰属于理想静态沉淀,无异重流或短流现象,污泥也不会被冲走,所以泥水分离效果好,出水悬浮物相对少,污泥浓缩得好,也可缩短沉淀时间。②由于SBR法序批运行的特点,它特别适合于废水流量变化大甚至序批排放的工业废水处理,在流量很小或无废水排人时,可延长进水时间或闲置时间,节省运行费用。③具有较高的氧转移推动力。在进水和反应初期,反应器内溶解氧(DO)浓度很低。根据活性污泥法动力学,在DO浓度很低的条件下,利用游离氧作为电子受体的污泥产率较低。此外在缺氧时反硝化以NO作为电子受体进行无氧呼吸时其污泥产率更低。 这就减少剩余污泥量及其处理费用。还有DO浓度低时,反应阶段氧的浓度梯度大、氧转移效率高。④lvine 等的研究还表明SBR法中微生物的RNA含量是传统活性污泥法中的3~4倍,因RNA含量是评价微生物活性最重要的指标,所以这也是SBR法降解有机物效率高的一个重要原因。⑤可控性好, SBR法可以根据进水水质和水量,灵活地改变曝气时间以至于一个运行周期所需要的时间,保证处理效果和效率,也可降低反应器内的有效水深,节省曝气费用。此外,SBR系统本身也适合于组件式的构造方式,,有利于废水处理厂的扩建与改建。2.SBR法存在的问题1)SBR反应器容积利用率比较低;2)控制设备较复杂,运行维护要求高;3)变水位运行,水头损失大,与后续处理工段难协调;4)不宜大规模化;5)缺乏适合SBR特点的实用设计方法规范点经验和认识


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