SBR及其改良工藝的特點分析及工程應(yīng)用和存在的問題

1、SBR及其改良工藝的及其改良工藝的特點分析及工程應(yīng)用特點分析及工程應(yīng)用和存在的問題和存在的問題 環(huán)境與市政工程系 Ms. Xie 2009年5月SBR (Sequencing Batch Reator,SBR)工藝及發(fā)展工藝及發(fā)展v 序批式活性污泥法是由美國序批式活性污泥法是由美國Irvine在在20世紀世紀70年年代初開發(fā)的；代初開發(fā)的；v 80年代初出現(xiàn)了連續(xù)進水的年代初出現(xiàn)了連續(xù)進水的ICEAS工藝；工藝；v 隨之隨之Goranzy教授開發(fā)了教授開發(fā)了CASS和和CAST工藝；工藝；v 90年代比利時的年代比利時的SEGHERS公司又開發(fā)了公司又開發(fā)了UNITANK系統(tǒng)，把經(jīng)典系統(tǒng)，把經(jīng)

2、典SBR的時間推流與連續(xù)的時間推流與連續(xù)系統(tǒng)的空間推流結(jié)合了起來。系統(tǒng)的空間推流結(jié)合了起來。序列間歇式的兩種含義序列間歇式的兩種含義 空間上是按序排列、間歇的空間上是按序排列、間歇的 如下圖（處理生活污水的三池SBR系統(tǒng) ）1時間上是按次序列的、間歇的時間上是按次序列的、間歇的 如右圖（SBR一個周期操作過程）2經(jīng)典經(jīng)典SBR工藝的特點工藝的特點工藝簡單，節(jié)省費用工藝簡單，節(jié)省費用理想的推流過程使生化反應(yīng)推力大理想的推流過程使生化反應(yīng)推力大運行方式靈活，脫氮除磷效果好運行方式靈活，脫氮除磷效果好 防止污泥膨脹的最好工藝防止污泥膨脹的最好工藝 耐沖擊負荷、處理能力強耐沖擊負荷、處理能力強 1、工

3、藝簡單，節(jié)省費用。、工藝簡單，節(jié)省費用。Ketchum等人的統(tǒng)計結(jié)果表明:采用SBR法處理小城鎮(zhèn)污水，要比用普通活性污泥法節(jié)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(tǒng)還有布置緊湊、節(jié)省占地面積的優(yōu)點。2、生化反應(yīng)推動力大。、生化反應(yīng)推動力大。雖然反應(yīng)器內(nèi)的混合液呈完全混合狀態(tài)，但是其底物與微生物濃度的變化在時間上是一個推流(plug flow)過程，并且呈現(xiàn)出理想的推流狀態(tài)從進水的最高逐漸降解至出水時的最低濃度，整個反應(yīng)過程底物濃度沒被稀釋，盡可能地保持了最大的推動力。 3、脫氮除磷效果好。、脫氮除磷效果好。容易實現(xiàn)好氧、缺氧與厭氧狀態(tài)交替的環(huán)境條件.而且容易在好氧條件

4、下增大曝氣量、反應(yīng)時間與污泥齡，來強化硝化反應(yīng)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(tài)，促進脫磷菌充分地釋放磷。 經(jīng)典經(jīng)典SBR工藝的特點工藝的特點4、防止污泥膨脹最好的工藝。、防止污泥膨脹最好的工藝。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。 b.缺氧好氧狀態(tài)并存,絕大多數(shù)絲狀菌，如球衣菌屬等都是專性好氧菌 ，且SBR法中限制曝氣比非限制曝氣更不易膨脹。 c.反應(yīng)器中底物濃

5、度較大。絲狀菌比絮凝菌膠團的比表面積大,在低底物濃度的環(huán)境中(如完全混合式曝氣池)往往占優(yōu)勢。 d.泥齡短、比增長速率大。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。5、耐沖擊負荷能力強、耐沖擊負荷能力強。SBR工藝對水質(zhì)變化并不敏感，一般在生化反應(yīng)可接受范圍內(nèi)均能適應(yīng)；但水量變化對工藝的影響則較大。因為水量的變化會帶來系統(tǒng)曝氣的不均勻性問題，或是影響到單系列的運行周期從而影響處理效果。 經(jīng)典經(jīng)典SBR工藝的特點工藝的特點SBR工藝的工程應(yīng)用工藝的工程應(yīng)用v適用規(guī)模適用規(guī)模 盡管盡管SBR在大、中、小型污水處理廠中均有應(yīng)用，但受工藝特在大、中、小型污水處理廠中均有應(yīng)用，但受工

6、藝特點和設(shè)備性能參數(shù)的限制，點和設(shè)備性能參數(shù)的限制，SBR工藝反應(yīng)池數(shù)量較多，監(jiān)控、調(diào)節(jié)工藝反應(yīng)池數(shù)量較多，監(jiān)控、調(diào)節(jié)較復(fù)雜，對系統(tǒng)控制、設(shè)備維護保養(yǎng)要求較高。目前，從我國較復(fù)雜，對系統(tǒng)控制、設(shè)備維護保養(yǎng)要求較高。目前，從我國潷水器潷水器的性能質(zhì)量、自控系統(tǒng)及運行管理水平的性能質(zhì)量、自控系統(tǒng)及運行管理水平的角度考慮，的角度考慮，SBR工藝較適工藝較適合處理規(guī)模在合處理規(guī)模在15萬萬m3/d以下的中、小型污水廠。以下的中、小型污水廠。v處理效果處理效果 不增加化學處理，不增加化學處理，SBR工藝能達工藝能達城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準準中的一級中的一級B標準。標準。 但

7、若需采用化學除磷以達更好的出水水質(zhì)，則該工藝不如其它具但若需采用化學除磷以達更好的出水水質(zhì)，則該工藝不如其它具有獨立二沉池的工藝易操作，主要問題是藥劑投加和混合的均勻性較有獨立二沉池的工藝易操作，主要問題是藥劑投加和混合的均勻性較難實現(xiàn)，并且需要與運行周期的階段控制相聯(lián)動和連鎖，增加了自控難實現(xiàn)，并且需要與運行周期的階段控制相聯(lián)動和連鎖，增加了自控系統(tǒng)的難度和運行的不穩(wěn)定性。系統(tǒng)的難度和運行的不穩(wěn)定性。SBR工藝的工程應(yīng)用工藝的工程應(yīng)用1.6%6.5%65%26.8%設(shè)計規(guī)模設(shè)計規(guī)模20萬萬m3/d5萬萬10萬萬m3/d 至2006年底，我國投產(chǎn)并運行SBR工藝（包括CAST、DAT-IAT、

8、ICEAS、CASS和MSBR等改良SBR工藝）的城市污水處理廠約有130座。 經(jīng)典經(jīng)典SBR工藝存在的問題工藝存在的問題理論課題理論課題污泥的非穩(wěn)定狀態(tài)下, 活性污泥中微生物的代謝理論; SBR 的需氧與供氧;脫氮除磷的微生物機理研究; SBR 處理工業(yè)廢水過程控制的基礎(chǔ)研究等 。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 ；SBR 法操作的實時控制在線取樣、 操作系統(tǒng)以及自動操作管理; 關(guān)鍵部件的質(zhì)量不過關(guān)(曝氣器、潷水器、自控儀表等 )；設(shè)備選型與工藝運行模式的協(xié)調(diào)性。 實踐課題實踐課題改良型改良型SBR工藝工藝 之一之一 ICEAS工藝工藝ICEAS工藝工藝連續(xù)進水、周期排水，延

9、時曝氣活性污泥法連續(xù)進水、周期排水，延時曝氣活性污泥法 ICEAS工藝，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。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。ICEAS工藝簡介工藝簡介研發(fā)背景研發(fā)背景： 經(jīng)典SBR反應(yīng)器的間歇運行會帶來曝氣、攪拌、排水等設(shè)備的利用率不高的問題?？紤]到其間歇進水給操作帶來的麻煩因而進行了改進，工藝上采用連續(xù)進水、間歇排水的運行方式。 c.沉淀性能： ICEAS的沉淀會受到進水擾動,破壞了其成為理想沉淀的條件。克服擾動的措施將池設(shè)計成長方形。 b.推流性能： 由于連續(xù)進水, ICEAS部分喪

10、失了SBR的理想推流和對難降解物質(zhì)去除率高的優(yōu)點,而且不易控制污泥膨脹的發(fā)生,應(yīng)設(shè)置選擇區(qū)。 a. 控制簡單： 連續(xù)進水，不用進水閥門之間切換,適用于較大型 污水處理廠。與經(jīng)典SBR工藝相比, ICEAS工藝的優(yōu)缺點有 ：改良型改良型SBR工藝工藝 之一之一 ICEAS工藝工藝缺點優(yōu)點 CASS工藝是在工藝是在ICEAS工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。一定程度上工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。一定程度上改進了改進了ICEAS工藝污泥膨脹及沉淀擾動的問題。工藝污泥膨脹及沉淀擾動的問題。 通常通常CASS分為三個反應(yīng)區(qū)分為三個反應(yīng)區(qū):生物選擇器生物選擇器(DO0.5mg/L)、好氧區(qū)、好氧區(qū)(DO=(23)mg/

11、L。 CASS工藝包括充水工藝包括充水-曝氣、充水曝氣、充水-泥水分離潷水和充水泥水分離潷水和充水-閑置等四個階段。閑置等四個階段。改良型改良型SBR工藝工藝 之二之二 CASS工藝工藝 反應(yīng)器特點：反應(yīng)器特點：與與ICEAS相比，預(yù)反應(yīng)區(qū)容積相比，預(yù)反應(yīng)區(qū)容積較小，并設(shè)計成更加優(yōu)化合理的生物選擇器，較小，并設(shè)計成更加優(yōu)化合理的生物選擇器，而且增加了活性污泥的回流。而且增加了活性污泥的回流。 運行特點：運行特點：CASS工藝運行時邊進水邊曝氣，工藝運行時邊進水邊曝氣，同時將主反應(yīng)區(qū)的污泥回流至生物選擇器。同時將主反應(yīng)區(qū)的污泥回流至生物選擇器。在沉淀階段停止曝氣，但是在沉淀過程中不在沉淀階段停止

12、曝氣，但是在沉淀過程中不僅不停止進水，而目污泥回流系統(tǒng)也不停止僅不停止進水，而目污泥回流系統(tǒng)也不停止 。Cyclic Activated Sludge System(循環(huán)式活性污泥法循環(huán)式活性污泥法)CASS反應(yīng)池圖與經(jīng)典與經(jīng)典SBR相比，相比，CASS工藝設(shè)污泥回工藝設(shè)污泥回流，增加了系統(tǒng)運行費用。且流，增加了系統(tǒng)運行費用。且CASS工工藝要求的自動化程度更高。藝要求的自動化程度更高。在主反應(yīng)池末端設(shè)有潛水泵，污泥通過在主反應(yīng)池末端設(shè)有潛水泵，污泥通過潛水泵不斷從主曝氣區(qū)抽送至生物選擇潛水泵不斷從主曝氣區(qū)抽送至生物選擇器中。污泥回流可以有效防止污泥膨脹器中。污泥回流可以有效防止污泥膨脹的產(chǎn)生

13、。的產(chǎn)生。生物選擇器的設(shè)置加強了微生物對磷的生物選擇器的設(shè)置加強了微生物對磷的釋放、反硝化、對有機物的吸附吸收等釋放、反硝化、對有機物的吸附吸收等作用，增加了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。作用，增加了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 與經(jīng)典與經(jīng)典SBR相比，相比，CASS工藝特點：工藝特點：改良型改良型SBR工藝工藝 之二之二 CASS工藝工藝研發(fā)背景研發(fā)背景: UNITANK 工藝是工藝是 1987 年年 INTERBREW 與與 KU Leuven 基于三溝式氧化溝結(jié)構(gòu)提出的一種活性污泥法污水處理新技術(shù)，該工基于三溝式氧化溝結(jié)構(gòu)提出的一種活性污泥法污水處理新技術(shù)，該工藝集合了傳統(tǒng)活性污泥法和藝集合了傳統(tǒng)活性污泥法和

14、 SBR 運行模式的優(yōu)點，把連續(xù)系統(tǒng)的空運行模式的優(yōu)點，把連續(xù)系統(tǒng)的空間推流與間推流與 SBR 法的時間推流生化處理過程合二為一，整個系統(tǒng)連續(xù)法的時間推流生化處理過程合二為一，整個系統(tǒng)連續(xù)進水和連續(xù)出水，而單個池子相對為間歇進水和間歇排水，通過靈活進水和連續(xù)出水，而單個池子相對為間歇進水和間歇排水，通過靈活的時間和空間控制，適當改變曝氣攪拌方式和增大水力停留時間，可的時間和空間控制，適當改變曝氣攪拌方式和增大水力停留時間，可達到脫氮除磷效果達到脫氮除磷效果 。 改良型改良型SBR工藝工藝 之三之三 UNITANK工藝工藝 典型的單段 UNITANK系統(tǒng)由一個矩形反應(yīng)池組成，此矩形反應(yīng)池被分為三

15、格方池結(jié)構(gòu)。三池之間通過隔墻開口實現(xiàn)水力導(dǎo)通，每個單元池中設(shè)有曝氣系統(tǒng)和攪拌器，在兩側(cè)單元池設(shè)固定溢流出水堰和剩余污泥排放口，該二池交替作為曝氣池和沉淀池，但中間單元池只作曝氣池 。 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)改良型改良型SBR工藝工藝 之三之三 UNITANK工藝工藝 單段好氧運行過程：單段好氧運行過程： 每個運行周期包括兩個主體運行階段，這兩個階段的運行過程完全相同，是相互對稱的。第一個主體運行階段包括以下過程: 1、自污水首先進入左側(cè)池內(nèi)，因該池在上個主體運行階段作為沉淀池運行時積累了大量經(jīng)過再生、具有較高吸附及活性的污泥，污泥濃度較高，因而可以高效降解污水中的有機物； 2、混合液同時自左向右通過始終作

16、曝氣池使用的中間池，繼續(xù)曝氣，有機物得到進一步降解，同時在推流過程中，左側(cè)池內(nèi)活性污泥進入中間池，再進入右側(cè)池，使污泥在各池內(nèi)重新分配； 3、混合液進入作為沉淀池的右側(cè)池，處理后出水通過溢流堰排放，也可在此排放剩余污泥。 第一個主體運行階段結(jié)束后，通過一個短暫的過渡段，即進入第二個主體運行階段。第二個主體運行階段過程改為污水從右側(cè)池進入系統(tǒng)，混合液通過中間池再進入作為沉淀池的左側(cè)池，水流方向相反，操作過程相同。與其它與其它SBR最大不同之處：最大不同之處：可在恒定水位下連續(xù)運行。可在恒定水位下連續(xù)運行。（右圖為好氧處理系統(tǒng)）（右圖為好氧處理系統(tǒng)）v 高效性：高效性：系統(tǒng)中反應(yīng)池有效容積能得到連

17、續(xù)使用，不需設(shè)置閑置階段，出水堰系統(tǒng)中反應(yīng)池有效容積能得到連續(xù)使用，不需設(shè)置閑置階段，出水堰是固定的，不需設(shè)置浮式撇水器。是固定的，不需設(shè)置浮式撇水器。v 經(jīng)濟性經(jīng)濟性：（：（1）三個矩形池之間水力相通，中間池壁不受單向水壓，所以土建三個矩形池之間水力相通，中間池壁不受單向水壓，所以土建省，占地也很?。唬ㄊ?，占地也很省；（2）各池之間采用渠道配水，并在恒水位下交替運行，減）各池之間采用渠道配水，并在恒水位下交替運行，減少管道、閥門、水泵等設(shè)備的數(shù)量，水頭損失小，降低了運行成本。少管道、閥門、水泵等設(shè)備的數(shù)量，水頭損失小，降低了運行成本。改良型改良型SBR工藝工藝 之三之三 UNITANK工藝工

18、藝UNITANK工藝存在的問題：工藝存在的問題：UNITANK工藝優(yōu)點：工藝優(yōu)點：無專門的厭氧區(qū)，磷去除效果不理想；無專門的厭氧區(qū)，磷去除效果不理想；系統(tǒng)管道布置復(fù)雜，需要大量的電動進水與空氣閥門以及剩余污泥閥門，切換系統(tǒng)管道布置復(fù)雜，需要大量的電動進水與空氣閥門以及剩余污泥閥門，切換過于頻繁，故需要較高的自動監(jiān)測和自動控制水平；過于頻繁，故需要較高的自動監(jiān)測和自動控制水平； 邊池總有一段時間兼作沉淀池，而中池總作為曝氣池，污水從池子第一池朝第邊池總有一段時間兼作沉淀池，而中池總作為曝氣池，污水從池子第一池朝第三池流動時，把大量污泥帶入到第三池中，從而造成邊池污泥濃度遠遠高于中三池流動時，把大

19、量污泥帶入到第三池中，從而造成邊池污泥濃度遠遠高于中池，導(dǎo)致池容利用率和處理能力降低。池，導(dǎo)致池容利用率和處理能力降低。 缺乏準確的數(shù)學模型來實現(xiàn)缺乏準確的數(shù)學模型來實現(xiàn) UNITANK 系統(tǒng)更高層次的自動控制；系統(tǒng)更高層次的自動控制； 改良型改良型SBR工藝工藝 之四之四 DAT-IAT工藝工藝DAT-IAT工藝的研發(fā)背景DAT-IAT工藝的主體構(gòu)筑是同2個串聯(lián)的反應(yīng)池組成，即需氧池(Demand Aeration Tank簡稱DAT池和間歇曝氣池(Intermittent Aeration Tank簡稱IAT池)組成，一般情況DAT池連續(xù)進水、連續(xù)曝氣，其出水進入IAT池，在此可完成曝氣、

20、沉淀、潷水和排出剩余污泥。一部份剩余污泥由IAT池回流到DAT池。 1、SBR工藝是間歇進水、間歇曝氣，這不僅使曝氣階段反應(yīng)池的利用率降低，而目鼓風曝氣機由于間歇運轉(zhuǎn)，其額定風量和功率也比較高，整個工藝的運行變得不夠穩(wěn)定;2、原污水間歇進入反應(yīng)池，需要安裝較為復(fù)雜的順序進水閘閥及自控系統(tǒng);3、當進水量較大時，SBR工藝需要多套反應(yīng)池并聯(lián)運行，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性;4、對于一些高濃度的難降解有機廢水需要較長的反應(yīng)時間。（為解決經(jīng)典為解決經(jīng)典SBR存在的以下問題存在的以下問題）增加了工藝處理的穩(wěn)定性。增加了工藝處理的穩(wěn)定性。DAT起到了水力均衡和防止連續(xù)進水起到了水力均衡和防止連續(xù)進水對出水水質(zhì)的影

21、響，特別是在處理高濃度工業(yè)廢水時，對出水水質(zhì)的影響，特別是在處理高濃度工業(yè)廢水時，DAT連續(xù)連續(xù)曝氣加強了系統(tǒng)對難降解有機物的降解，也使整個系統(tǒng)更接近于曝氣加強了系統(tǒng)對難降解有機物的降解，也使整個系統(tǒng)更接近于完全混合式。完全混合式。 提高了池容的利用率。由于提高了池容的利用率。由于DAT - IAT中中DAT池連續(xù)曝氣和池連續(xù)曝氣和IAT的的間歇曝氣，使該工藝方法的曝氣容積比是最高的，達間歇曝氣，使該工藝方法的曝氣容積比是最高的，達66.7%。 提高了設(shè)備的利用率。由于提高了設(shè)備的利用率。由于DAT池連續(xù)進水，因此不需要增設(shè)進池連續(xù)進水，因此不需要增設(shè)進水的閘閥及自控裝置；水的閘閥及自控裝置；

22、DAT池連續(xù)曝氣，減少了整個系統(tǒng)的曝氣池連續(xù)曝氣，減少了整個系統(tǒng)的曝氣強度，提高了曝氣裝置的利用率，所需鼓風機的功率也減小了。強度，提高了曝氣裝置的利用率，所需鼓風機的功率也減小了。改良型改良型SBR工藝工藝 之四之四 DAT-IAT工藝工藝DAT-IAT工藝優(yōu)點：工藝優(yōu)點：增加了整個系統(tǒng)的靈活性。增加了整個系統(tǒng)的靈活性。DAT- IAT系統(tǒng)可以根據(jù)進出水量，水系統(tǒng)可以根據(jù)進出水量，水質(zhì)變化來調(diào)整質(zhì)變化來調(diào)整DAT池與池與IAT池的工作狀態(tài)和池的工作狀態(tài)和IAT池的運轉(zhuǎn)周期；同池的運轉(zhuǎn)周期；同時也可根據(jù)脫氮除磷要求，調(diào)整曝氣時間，調(diào)整缺氧、厭氧狀態(tài)。時也可根據(jù)脫氮除磷要求，調(diào)整曝氣時間，調(diào)整缺氧、厭氧狀態(tài)。 v 回流污泥量大，能耗高。為了保持回流污泥量大，能耗高。為了保持DAT池內(nèi)較長的污泥齡和較高的池內(nèi)較長的污泥齡和較高的微生物濃度，得在微生物濃度，得在IAT池內(nèi)安裝污泥泵，將池內(nèi)安裝污泥泵，將IAT池內(nèi)的部分污泥用污池內(nèi)的部分污泥用污泥泵連續(xù)抽回泥泵連續(xù)抽回DAT池。池。v 脫氮除磷需要延長運行周期，增加攪拌。脫氮除磷要求好氧脫氮除磷需要延長運行周期，增加攪拌。脫氮除磷要求好氧/缺氧缺氧/厭氧交替的環(huán)境，由于該工藝的缺氧、厭氧環(huán)境是從好氧環(huán)境轉(zhuǎn)變過厭氧交替的環(huán)境，由于該工藝的缺氧、厭氧環(huán)境是從好氧環(huán)境轉(zhuǎn)變過去，目只發(fā)生在潷水階段末期，反硝化和磷的釋放不充分，脫氮除磷去