間歇式活性污泥法(SBR) 又稱序批式活性污泥法, 是一種不同于傳統(tǒng)活性污泥法的廢水處理工藝。1914年英國(guó)的Arden 和Lokett 首創(chuàng)活性污泥法時(shí)采用的就是間歇法。受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制, 曝氣池水流不斷切換, 操作起來(lái)較為煩瑣,而且沉淀時(shí)絕對(duì)靜止, 曝氣設(shè)備易被堵塞。在連續(xù)式活性污泥法出現(xiàn)之后, 很快將其取代, 占據(jù)了主導(dǎo)地位。20 世紀(jì)70 年代以來(lái), 為解決連續(xù)污水處理法存在的問題, 由R. L.Irvine發(fā)起, 日本、澳大利亞等國(guó)學(xué)者對(duì)SBR 進(jìn)行了重新評(píng)價(jià)和研究。特別是近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展, 通過(guò)溶解氧測(cè)定儀、氧化還原電位計(jì)等儀表對(duì)工藝運(yùn)行進(jìn)行過(guò)程控制的技術(shù)出現(xiàn), 使得初期的SBR 反應(yīng)器間歇運(yùn)行的復(fù)雜操作問題得以解決。20世紀(jì)80 年代以后, SBR 法引起越來(lái)越多國(guó)家的重視,并陸續(xù)得到開發(fā)應(yīng)用。

1 SBR 工藝流程和優(yōu)點(diǎn)

SBR 工藝的核心是SBR 反應(yīng)池, 它是按一定時(shí)間順序間歇操作運(yùn)行的生物反應(yīng)器。所謂“序批間歇式”有兩種含義: 一是運(yùn)行操作在空間上是按序列的方式進(jìn)行的, 為匹配多數(shù)情況下廢水的連續(xù)排放規(guī)律, 必須2 個(gè)或多個(gè)SBR 池并聯(lián), 按次序間歇運(yùn)行;二是每個(gè)SBR 的操作在時(shí)間上也是按次序排列的。一個(gè)運(yùn)行周期按次序分為五個(gè)階段: 進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水和閑置階段。典型的SBR 系統(tǒng)包括一座或幾座反應(yīng)池以及初沉池等預(yù)處理設(shè)施。反應(yīng)池兼有調(diào)節(jié)池和沉淀池的功能。當(dāng)反應(yīng)池進(jìn)水結(jié)束后, 開始曝氣反應(yīng), 待有機(jī)物濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后, 停止曝氣, 使混合液在反應(yīng)器中處于靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行固液分離, 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后排除上清液, 沉淀污泥進(jìn)入閑置階段, 反應(yīng)器又處于準(zhǔn)備進(jìn)行下一周期運(yùn)行的待機(jī)狀態(tài)。在進(jìn)水階段,又可根據(jù)是否曝氣分為限制曝氣、非限制曝氣和半限制曝氣三種。限制曝氣是指在進(jìn)水時(shí)不曝氣, 并盡量縮短進(jìn)水時(shí)間, 這種限制曝氣方式適合于處理無(wú)毒性的污水。非限制曝氣是在進(jìn)水的同時(shí)曝氣, 在進(jìn)水期便可降解一部分基質(zhì), 避免反應(yīng)初期基質(zhì)在混合液中過(guò)度的累積, 對(duì)反應(yīng)過(guò)程造成抑制。這種非限制曝氣方式適合于處理有毒且基質(zhì)濃度較高的污水。半限制曝氣是在進(jìn)水的后半期進(jìn)行曝氣, 是介于限制曝氣和非限制曝氣之間的一種運(yùn)行方式。

SBR 工藝之所以能夠日益受到重視, 并廣泛應(yīng)用, 是由于其運(yùn)行方式的特殊性, 使其具有以下連續(xù)流系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

( 1) 工藝流程簡(jiǎn)單、基建與運(yùn)行費(fèi)用低。SBR 系統(tǒng)的主體工藝設(shè)備是一座間歇式曝氣池, 與傳統(tǒng)的連續(xù)流系統(tǒng)相比, 無(wú)須二沉池和污泥回流設(shè)備, 一般也不需調(diào)節(jié)池。許多情況下, 還可省去初沉池。這樣SBR 系統(tǒng)的基建費(fèi)用往往較低。根據(jù)L. Ketchum 等的統(tǒng)計(jì)結(jié)果, 采用SBR 法處理小城鎮(zhèn)污水比用傳統(tǒng)連續(xù)流活性污泥法節(jié)省基建投資30%以上。SBR法無(wú)須污泥回流設(shè)備, 節(jié)省設(shè)備費(fèi)和常規(guī)運(yùn)行費(fèi)用。穩(wěn)定運(yùn)行期, 廢水處理費(fèi)用與原A/O—A/O 工藝相比可降低15%～20%。

( 2) 生化反應(yīng)推動(dòng)力大、速率快、效率高。SBR法反應(yīng)器中底物濃度在時(shí)間上是理想推流過(guò)程, 底物濃度梯度大, 生化反應(yīng)推動(dòng)力大, 克服了連續(xù)流完全混合式曝氣池中底物濃度低, 反應(yīng)推動(dòng)力小和推流式曝氣池中水流反混嚴(yán)重, 實(shí)際上接近完全混合流態(tài)的缺點(diǎn)。R. L. Irvine 等的研究還表明: SBR 法中作為微生物活性最重要指標(biāo)的RNA 含量是傳統(tǒng)活性污泥法中的3~4 倍。

( 3) 耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。SBR 法雖然對(duì)于時(shí)間來(lái)說(shuō)是理想推流過(guò)程, 但就反應(yīng)器中的混合狀態(tài)來(lái)說(shuō), 仍屬于典型的完全混合式, 也具有完全混合曝氣所具有的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)SBR 反應(yīng)池在充水時(shí)相當(dāng)于一個(gè)均化池, 在不降低出水水質(zhì)的情況下, 可以承受高峰流量和有機(jī)物濃度上的沖擊負(fù)荷。此外, SBR可在反應(yīng)器內(nèi)保持較高的污泥濃度, 這也在一定程度上提高了它的耐沖擊負(fù)荷能力。

( 4) 有效防止污泥膨脹。SBR 具有選擇器效應(yīng),反應(yīng)初期底物濃度較高, 有利于絮體細(xì)菌增殖并占優(yōu)勢(shì), 可抑制專性好氧絲狀菌的過(guò)分增殖。此外,SBR 法中好氧、缺氧狀態(tài)交替進(jìn)行, 也可抑制絲狀菌生長(zhǎng)。

( 5) 沉淀效果好。沉淀過(guò)程中沒有進(jìn)出水水流的干擾, 可避免短流和異重流的出現(xiàn), 是理想的靜止沉淀, 固液分離效果好, 具有污泥濃度高、沉淀時(shí)間短、出水懸浮物濃度低等優(yōu)點(diǎn)。

( 6) 操作靈活, 易維護(hù)。SBR 法不僅工藝流程簡(jiǎn)單, 而且根據(jù)水質(zhì)、水量的變化, 通過(guò)各種控制手段,以各種方式靈活運(yùn)行, 如改變進(jìn)水方式、調(diào)整運(yùn)行順序、改變曝氣強(qiáng)度及周期內(nèi)各階段分配比等來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。由于SBR 無(wú)污泥回流系統(tǒng), 無(wú)需二沉池, 比其他生化處理系統(tǒng)更易于維護(hù)。

2 SBR 在難降解有機(jī)物廢水處理中的應(yīng)用

目前SBR 處理難降解有機(jī)物的對(duì)象幾乎涵蓋了其他生物法所處理的對(duì)象, 例如繅絲生產(chǎn)廢水、聚酰胺生產(chǎn)廢水、煉油化工廢水、魚油精煉廢水、樂果生產(chǎn)廢水、啤酒廢水、白酒廢水、乳品加工廢水、印染廢水、制革廢水、青霉素廢水、阿膠制藥廢水、屠宰廢水等。通過(guò)各污水廠的運(yùn)行情況來(lái)看, SBR 處理排放量大、濃度高的有機(jī)廢水、有毒廢水、高色度印染廢水等難降解廢水都有很好的去除效果, 都能達(dá)到行業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn), 且運(yùn)行效果穩(wěn)定。從運(yùn)行成本來(lái)看,廢水的處理費(fèi)用不高, 具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 SBR 新工藝的研究與開發(fā)

近幾年來(lái), 人們圍繞SBR 法展開了大量的研究工作, 并在工業(yè)廢水處理中得到成功應(yīng)用。這些新工藝的創(chuàng)新點(diǎn)是: 一方面在反應(yīng)器中添加介質(zhì), 控制微生物群落的組成、濃度和活性, 提高微生物對(duì)難降解廢水的處理能力; 另一方面將SBR 與其他工藝相結(jié)合, 研發(fā)了以SBR 為主的新工藝。

( 1) PAC( 粉末活性炭) +SBR。在SBR 反應(yīng)器中添加活性炭, 通過(guò)其在進(jìn)水段的吸附作用, 使混合液中有毒難降解污染物濃度減少, 減輕對(duì)生物的抑制作用, 同時(shí)緩沖了水中有機(jī)負(fù)荷的沖擊。由于活性炭的吸附作用, 使得污泥系統(tǒng)中始終保持一定量的有機(jī)質(zhì), 為微生物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)�；钚蕴勘缺砻娣e非常大, 可為生物的生長(zhǎng)提供很大的空間, 微生物會(huì)附著在其表面, 形成飽滿而密實(shí)的菌膠團(tuán), 長(zhǎng)出厚厚的生物膜, 炭表面的有機(jī)物和微生物之間不斷調(diào)節(jié),相互適應(yīng), 形成了一種穩(wěn)定的生化處理系統(tǒng)。在反應(yīng)過(guò)程中, 活性炭會(huì)對(duì)環(huán)境中的溶解氧(DO) 起調(diào)節(jié)作用, 當(dāng)環(huán)境中DO 濃度較高時(shí), 因?yàn)榛钚蕴繉?duì)DO 的吸附, 縮小了環(huán)境與菌膠團(tuán)之間的DO 差距; 當(dāng)環(huán)境中DO 濃度較低時(shí), 活性炭吸附的DO 會(huì)釋放, 污泥仍能保持較高的耗氧速度。活性炭表面的高濃度基質(zhì)、高溶解氧和微生物三者構(gòu)成的共存體系, 為生化反應(yīng)創(chuàng)造了優(yōu)越條件, 取得了比單純SBR 法效率高的處理效果。馮曉西等用鐵炭微電解— 亞鐵還原氧化法對(duì)含有以間二硝基苯、間硝基苯胺等物質(zhì)為主的工藝廢水進(jìn)行預(yù)處理后, 再按一定的比例與輕污染廢水混合, 經(jīng)兼氧生化、PAC— SBR 處理后, 可使廢水CODCr 去除率達(dá)到92%, BOD5 去除率達(dá)到98%, 硝基苯類去除率達(dá)到97%, 苯胺類去除率達(dá)到98% , 揮發(fā)酚去除率達(dá)到99.6%, 色度可從5.8×10^4～1.0×105 倍減少至8 倍。

( 2) 添加其他填料的SBR。吳生等采用“膨潤(rùn)土吸附— 泡沫分離— SBR 生物處理工藝”處理日化行業(yè)洗發(fā)精廢水, 其主要成分有: 烷基聚氧乙烯硫酸鹽、液K、BS- 12 等各類表面活性劑、保濕劑、增潔劑和色素AES 等, 取得了較明顯的效果, 其CODCr去除率接近或超過(guò)80%, 并且膨潤(rùn)土具有價(jià)格便宜,泥渣易于脫水的特點(diǎn)〔19〕。王大軍等在SBR 反應(yīng)器內(nèi)加入彈性填料, 通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)市幾個(gè)乳品廠采集的污水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究, 取得了最佳工藝參數(shù), 并應(yīng)用于實(shí)際污水工程中驗(yàn)證, CODCr 去除率達(dá)30%～50%。

( 3) 兩段SBR。借鑒AB 工藝的基本思想, 由兩套SBR 串聯(lián)構(gòu)成, 在每個(gè)SBR 反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)出適合于降解不同有機(jī)物的專性菌, 從而使廢水中的不同種類的有機(jī)物在各自相適應(yīng)的生化條件下得到充分降解。彭永臻等利用兩段SBR 處理化工廢水, 在兩個(gè)反應(yīng)器中分別培養(yǎng)出適宜降解乙酸和芳香族有機(jī)物的活性污泥, 成功地克服了葡萄糖效應(yīng), 大大提高了SBR 法的處理效率。而且兩段SBR 還省去了AB 法所需要的兩段污泥回流, 集普通SBR 法和AB法兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體。因此, 兩段SBR 法在處理水質(zhì)較復(fù)雜尤其是底物降解的難易程度相差較大的工業(yè)廢水時(shí), 有更廣闊的應(yīng)用前景。C. S. Ra 等采用兩段SBR 工藝( TSSBR) 處理屠宰廢水, 達(dá)到脫氮除磷的目的。方士采用兩段SBR 工藝處理高氨氮味精廢水, 取得了較好的處理效果。

( 4) 多段SBR。為能徹底降解難降解有機(jī)物, 提高難降解有機(jī)物的降解速率, 一些學(xué)者提出多段SBR 系統(tǒng), 包括多段厭氧SBR、多段好氧SBR 及厭氧SBR+好氧SBR 的組合。目的是使每段SBR 均能保持各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)微生物, 提高難降解有機(jī)物的降解速率。熊正為等采用厭氧酸化— SBR 法處理甲醛廢水。在反應(yīng)期厭氧段, 采用中高溫生物催化酸化, 對(duì)季戊四醇、甲醛廢水進(jìn)行初級(jí)降解( 將復(fù)雜分子轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單分子) ; 在反應(yīng)好氧段, 進(jìn)一步降解上一階段的水解產(chǎn)物, 運(yùn)行結(jié)果表明:MLSS 的BOD5負(fù)荷0.04 ～0.08 kg/( kg·d) 、甲醛負(fù)荷0.011 ～0.022kg/(kg·d) , 當(dāng)反應(yīng)期厭氧段為20 h, 好氧段為11 h 時(shí),甲醛去除率可以達(dá)到98%, CODCr 去除率>90%。李秀金等把SBR 連接在一起構(gòu)成ASBR/SBR 組合反應(yīng)器系統(tǒng), 用于牛場(chǎng)高濃度有機(jī)污水的處理。ASBR作為預(yù)處理反應(yīng)器主要用于去除有機(jī)物, SBR 用于生物脫氮處理。通過(guò)試驗(yàn)確定ASBR 的最佳有機(jī)負(fù)荷率( 以CODCr 計(jì)) 為3 g/( L·d) , 在此負(fù)荷率下處理后的污水在SBR 中進(jìn)一步處理。通過(guò)對(duì)硝化和反硝化分別與同時(shí)進(jìn)行時(shí)ASBR/SBR 系統(tǒng)的污水處理性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究, 發(fā)現(xiàn): 當(dāng)硝化在反應(yīng)器中進(jìn)行, 反硝化在自然條件下的出水混合液和上清液中進(jìn)行時(shí), 混合液中NOx - N 在3 周之內(nèi)即被全部轉(zhuǎn)化, 上清液中反硝化反應(yīng)相對(duì)較慢; 要通過(guò)同時(shí)的硝化與反硝化高效地去除污水中的氨氮, 則需要添加適量碳源, 并實(shí)行分段進(jìn)水。

( 5) SBR 與其他工藝的組合。許多廢水中往往含有種類繁多的有機(jī)污染物, 其中不少難于降解或?qū)ξ⑸�物有抑制作�? 單純用一種處理方法, 基本不能把有機(jī)物降解掉, 所以出現(xiàn)了多種物化和生化處理方法的組合工藝。付永勝等根據(jù)印染廢水的特性, 提出了水解酸化—UASB—SBR 組合工藝的處理方法。該法的實(shí)際應(yīng)用表明, 廢水CODCr 可由2 500～4 500mg/L 降至80 ～150 mg/L, BOD5 可由600 ～1 000mg/L 降至30～40 mg/L, 色度可由100～600 倍降至50～60 倍〔26〕。范洪波等采用水解酸化SBR 法混凝沉淀復(fù)合工藝對(duì)城市垃圾滲濾液進(jìn)行處理, 確定了水解酸化、SBR 法和混凝的最佳運(yùn)行參數(shù)。研究結(jié)果表明, 當(dāng)進(jìn)水CODCr 1 720 mg/L、氨氮127.6 mg/L時(shí), 通過(guò)該系統(tǒng)處理后, 出水CODCr 148.4 mg/L、氨氮12.2 mg/L, CODCr 總?cè)コ�率達(dá)到91.2%, 氨氮去除率達(dá)90.4%, 達(dá)到較好的去除有機(jī)物和脫氮效果〔27〕。除了以上用SBR 法處理各種工業(yè)廢水的實(shí)驗(yàn)研究的成果外, 在國(guó)內(nèi)也有用類似新工藝處理某些工業(yè)廢水的工程實(shí)例。如造紙中段水、米粉廠廢水、土霉素生產(chǎn)廢水、光敏劑化工廢水、屠宰加工廢水、印染廢水、染料廢水,。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用SBR 反應(yīng)器處理各種難降解有機(jī)廢水的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)非常廣泛, 隨著研究的不斷深入和在工程實(shí)例中的應(yīng)用, 一些創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)成果會(huì)不斷涌現(xiàn), 有關(guān)SBR 的新工藝也會(huì)不斷開發(fā)和應(yīng)用, 將會(huì)在中小企業(yè)的石油化工、煉油、印染、制藥、屠宰、釀酒等企業(yè)中發(fā)揮巨大作用。目前, 我國(guó)對(duì)工業(yè)廢水處理越來(lái)越重視, 相信SBR 法是一種很有推廣價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Φ奈鬯�處理方法�?來(lái)源：工業(yè)水處理)