我國(guó)常稱序列間歇式活性污泥法的研究進(jìn)展

我國(guó)常稱序列間歇式活性污泥法的研究進(jìn)展

1sbr法的運(yùn)行工況20世紀(jì)70年代初，美國(guó)的r.ivie教授開(kāi)始研究間歇式活性污污泥法，直到20世紀(jì)80年代，它引起了其他國(guó)家的注意，并先后開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了中國(guó)。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(yīng)器法(SequencingBatohReactor),我國(guó)常稱序列間歇式(序批式)活性污泥法,簡(jiǎn)稱SBR法。SBR法的運(yùn)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(yùn)行操作在空間上是按序排列、間歇的,由于污水大都是連續(xù)排放且流量波動(dòng)很大,這時(shí)間歇反應(yīng)器(SBR)至少為兩個(gè)池或多個(gè)池(見(jiàn)圖1),污水連續(xù)按序列進(jìn)入每個(gè)反應(yīng)器,它們運(yùn)行時(shí)的相對(duì)關(guān)系是有次序的、也是間歇的;二是每個(gè)SBR的運(yùn)行操作,在時(shí)間上也是按次序排列的、間歇的,一般可按運(yùn)行次序分為五個(gè)階段,即進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置階段,稱為一個(gè)運(yùn)行周期(見(jiàn)圖2)。在一個(gè)運(yùn)行周期中,各個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化以及運(yùn)行狀態(tài)等都可以根據(jù)具體污水性質(zhì)、出水質(zhì)量與運(yùn)行功能要求等靈活掌握。比如在進(jìn)水階段,可按只進(jìn)水不曝氣(攪拌或不攪拌)的限制性曝氣運(yùn)行,也可按邊進(jìn)水邊曝氣的非限制性曝氣方式運(yùn)行;在反應(yīng)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(jìn)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(yīng)階段后期排放?？梢?jiàn),對(duì)于某一單一SBR來(lái)說(shuō),不存在空間上控制的障礙,只在時(shí)間上進(jìn)行有效地控制與變換,即能達(dá)到多種功能的要求,非常靈活。2sdr法的五個(gè)優(yōu)點(diǎn)2.1采用sbr法工藝原則上SBR法的主體工藝設(shè)備,只有一個(gè)間歇反應(yīng)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(shè)備,一般情況下不必設(shè)調(diào)節(jié)池,多數(shù)情況下可省去初次沉淀池。1985年Arora等人對(duì)加拿大、美國(guó)和澳大利亞等國(guó)的8個(gè)SBR法污水處理廠調(diào)查,其中只有一個(gè)處理廠設(shè)置調(diào)節(jié)池,另兩個(gè)處理廠設(shè)初次沉淀池?？v觀污水人工生物處理各種工藝方法,象SBR法這樣簡(jiǎn)易的工藝絕無(wú)僅有。ketchum等人的統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)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(diǎn)。2.2推流式的推流過(guò)程這是SBR法最大的優(yōu)點(diǎn)之一。SBR法反應(yīng)器中的底物和微生物濃度是變化的,而且不連續(xù),因此,它的運(yùn)行是典型的非穩(wěn)定狀態(tài)。而在其連續(xù)曝氣的反應(yīng)階段,也屬非穩(wěn)定狀態(tài),但其底物(與有機(jī)物或BOD等價(jià))和微生物(MLSS表示)濃度的變化是連續(xù)的。這期間,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(shí)間上是一個(gè)推流(plugflow)過(guò)程,并且呈現(xiàn)出理想的推流狀態(tài)。在連續(xù)流反應(yīng)器中,有完全混合式與推流式兩種極端的流態(tài)。在連續(xù)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(jù)生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué),由于曝氣池中的底物濃度很低,其生化反應(yīng)推動(dòng)力也很小,反應(yīng)速率與去除有機(jī)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(jìn)入,呈推流狀態(tài)沿曝氣池流動(dòng),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(yīng)推動(dòng)力的底物濃度,從進(jìn)水的最高逐漸降解至出水時(shí)的最低濃度,整個(gè)反應(yīng)過(guò)程底物濃度沒(méi)被稀釋,盡可能地保持了最大的推動(dòng)力。完全混合式曝氣池所需要的水力停留時(shí)間TG或有效容積Vc一般要比間歇反應(yīng)器相應(yīng)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(jī)物,用SBR法曝氣15min就夠了。筆者用SBR法處理啤酒廢水的試驗(yàn),經(jīng)2h的曝氣便將反應(yīng)器中的COD2000mg/L降到150mg/L左右。2.3sbr法的應(yīng)用SBR法為了不同的凈化目的,可以通過(guò)不同的控制手段,靈活地運(yùn)行。由于在時(shí)間上的靈活控制,為其實(shí)現(xiàn)脫氮除磷提供了極有利的條件。它不僅很容易實(shí)現(xiàn)好氧、缺氧()與厭氧()狀態(tài)交替的環(huán)境條件,而且很容易在好氧條件下增大曝氣量、反應(yīng)時(shí)間與污泥齡,來(lái)強(qiáng)化硝化反應(yīng)與脫磷菌過(guò)量攝取磷過(guò)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(jī)碳源作為電子供體使反硝化過(guò)程更快地完成;還可以在進(jìn)水階段通過(guò)攪拌維持厭氧狀態(tài),促進(jìn)脫磷菌充分地釋放磷。應(yīng)指出,上述復(fù)雜的脫氮除磷過(guò)程只有在A-A/O工藝中才能完成,而SBR法的單一反應(yīng)器一個(gè)運(yùn)行周期即可完成。具體操作過(guò)程、運(yùn)行狀態(tài)與功能如下;進(jìn)水階段,攪拌(厭氧狀態(tài)釋放磷)→反應(yīng)階段,曝氣(好氧狀態(tài)降解有機(jī)物、硝化與攝取磷)、排泥(除磷)、攪拌與投加少量有機(jī)碳源(缺氧狀態(tài)反硝化脫氮)、再曝氣(好氧狀態(tài)去除剩余的有機(jī)物)→排水階段→閑置階段,然后進(jìn)水再進(jìn)入另一個(gè)運(yùn)行周期。并曾做過(guò)進(jìn)水與反應(yīng)階段用曝氣與攪拌交替進(jìn)行的運(yùn)行方式脫氮的試驗(yàn)研究,其脫氮效率更高。筆者認(rèn)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(shí),可以根據(jù)Phostrip法除磷的原理在SBR法中實(shí)現(xiàn),只增加一個(gè)混凝沉淀池即可?？梢?jiàn),SBR法很容易滿足脫氮除磷的工藝要求,在時(shí)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(diǎn)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(fā)生膨脹,完全混合式最容易引起膨脹。按照發(fā)生膨脹難易程度的排列順序是:間歇式、傳統(tǒng)推流式、階段曝氣式和完全混合式,同時(shí)發(fā)現(xiàn)其降解有機(jī)物(對(duì)易降解污水)速率或效率的高低,也遵循這個(gè)排列順序。SBR法能有效地控制絲狀菌的過(guò)量繁殖,可從四個(gè)方面說(shuō)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(méi)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(yīng)階段在時(shí)間上的理想推流狀態(tài),使F/M梯度也達(dá)到理想的最大,因此,它比普通推流式還不易膨脹。研究進(jìn)一步證實(shí),縮短SBR法的進(jìn)水時(shí)間,反應(yīng)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(tài)并存。絕大多數(shù)絲狀菌,如球衣菌屬等都是專性好氧菌,而活性污泥中的細(xì)菌有半數(shù)以上是兼性菌。與普通活性污泥法不同的是,SBR法中進(jìn)水與反應(yīng)階段的缺氧(或厭氧)與好氧狀態(tài)的交替,能抑制專性好氧絲狀菌的過(guò)量繁殖,而對(duì)多數(shù)微生物不會(huì)產(chǎn)生不利影響。正因?yàn)槿绱?SBR法中限制曝氣比非限制曝氣更不易膨脹。c.反應(yīng)器中底物濃度較大。絲狀菌比絮凝菌膠團(tuán)的比表面積大,攝取低濃度底物的能力強(qiáng),所以在低底物濃度的環(huán)境中(如完全混合式曝氣池)往往占優(yōu)勢(shì)。在SBR法的整個(gè)反應(yīng)階段,不僅底物濃度較高、梯度也大,只有在反應(yīng)進(jìn)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(shuō)SBR法沒(méi)有利于絲狀菌競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境。d.泥齡短、比增長(zhǎng)速率大。一般絲狀菌的比增長(zhǎng)速率比其它細(xì)菌小,在穩(wěn)定狀態(tài)下,污泥齡的倒數(shù)數(shù)值等于污泥比增長(zhǎng)速率,故污泥齡長(zhǎng)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(tài)與快速降解有機(jī)物的特點(diǎn),使它在污泥齡短的條件下就能滿足出水質(zhì)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(zhǎng)速率,絲狀菌無(wú)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(fù)荷以及處理有毒或高濃度有機(jī)廢水的能力強(qiáng)。SBR法雖然對(duì)于時(shí)間來(lái)說(shuō)是一個(gè)理想的推流過(guò)程,但是就反應(yīng)器本身的混合狀態(tài)仍屬典型的完全混合式,因此具有耐沖擊負(fù)荷和反應(yīng)推動(dòng)力大的優(yōu)點(diǎn)。而且由于SBR法在沉淀階段屬于靜