彭永臻院士:SBR法的五大優點!



彭永臻院士:SBR法的五大優點!


間歇式活性汙泥法由美國R.Irvine教授等在70年代發起的研究,直到八十年代以後才引起其它國家的重視,並陸續地得到開發應用,我國則是近幾年的事。隨著研究的深入,間歇式活性汙泥法又被命名為序列間歇式反應器法(Sequencing Batoh Reactor),我國常稱序列間歇式(序批式)活性汙泥法,簡稱SBR法。


SBR法的運行工況是以間歇操作為主要特徵。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,由於汙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),汙水連續按序列進入每個反應器,它們運行時的相對關係是有次序的、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、沉澱、排水和閒置階段,稱為一個運行週期。


SBR法的五大優點:


1、 工藝簡單,節省費用


原則上SBR法的主體工藝設備,只有一個間歇反應器(SBR)。它與普通活性汙泥法工藝流程相比,不需要二次沉澱池、迴流汙泥及其設備,一般情況下不必設調節池,多數情況下可省去初次沉澱的。


縱觀汙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,採用SBR法處理小城鎮汙水,要比用普通活性汙泥法節省基建投資30%多。此外,採用如此簡潔的SBR法工藝的汙水處理系統還有佈置緊湊、節省佔地面積的優點。


2、 理想的推流過程使生化反應推力大效率高


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過程,並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於出水底物濃度,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,由於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,汙水與迴流汙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,儘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T或有效容積V一般要比間歇反應器相應的T和V大3倍。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。


3、 運行方式靈活,脫氮除磷效果好


SBR法為了不同的淨化目的,可以通過不同的控制手段,靈活地運行。由於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、反應時間與汙泥齡,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汙水(或甲醇等)或提高汙泥濃度等方式,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,上述複雜的脫氮除磷過程只有在AAO工藝中才能完成,而SBR法的單一反應器一個運行週期即可完成。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(好氧狀態去除剩餘的有機物)→排水階段→閒置階段,然後進水再進入另一個運行週期。並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,如果原汙水中的TP:BOD值太高,用普通厭氧/好氧法難於提高除磷率時,可以根據Phostrip法除磷的原理在SBR法中實現,只增加一個混凝沉澱池即可。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。


4、 防止汙泥膨脹的最好工藝


汙泥膨脹多為絲狀性膨脹,在活性汙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(對易降解汙水)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,其後的梯度更大,SVI值更低,更不易膨脹。


b. 缺氧好氧狀態並存。絕大多數絲狀菌,如球衣菌屬等都是專性好氧菌,而活性汙泥中的細菌有半數以上是兼性菌。與普通活性汙泥法不同的是,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)往往佔優勢。在SBR 法的整個反應階段,不僅底物濃度較高、梯度也大,只有在反應進入沉澱階段前夕,其底物濃度才與完全混合式曝氣池的相同。因此,所以說SBR法沒有利於絲狀菌競爭的環境。


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,汙泥齡的倒數數值等於汙泥比增長速率,故汙泥齡長的完全混合法易於繁殖絲狀菌。由於SBR法具有理想推流狀態與快速降解有機物的特點,使它在汙泥齡短的條件下就能滿足出水質量要求,而汙泥齡短又使剩餘汙泥的排放速率大於絲狀菌的增長速率,絲狀菌無法大量繁殖。


5、 耐衝擊負荷、處理能力強


完全混合式曝氣池比推流式曝氣池的耐衝擊負荷以及處理有毒或高濃度有機廢水的能力強。SBR法雖然對於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,因此具有耐衝擊負荷和反應推動力大的優點。而且由於SBR法在沉澱階段屬於靜止沉澱,加之汙泥沉降性能好與不需要汙泥迴流,進而使反應器中維持較高的MLSS 濃度。在同樣條件下,較高的MLSS濃度能降低F/M值,顯然具有更強的耐衝擊負荷和處理有毒或高濃度有機廢水的能力。若採用邊進水、邊曝氣的非限制曝氣運行方式,更能大幅度增加5BR法承受廢水的毒性和高有機物濃度。國外此類實例很多,也是研究與開發的一個熱點。


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