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1、SBR及其改良工艺的 特点分析及工程应用 和存在的问题,环境与市政工程系 Ms. Xie 2009年5月,,SBR (Sequencing Batch Reator,SBR) 工艺及发展,序批式活性污泥法是由美国Irvine在20世纪70年代初开发的； 80年代初出现了连续进水的ICEAS工艺； 随之Goranzy教授开发了CASS和CAST工艺； 90年代比利时的SEGHERS公司又开发了UNITANK系统，把经典SBR的时间推流与连续系统的空间推流结合了起来。,,序列间歇式的两种含义,空间上是按序排列、间歇的 如下图（处理生活污水的三池SBR系统 ）,1,时间上是按次序列的、间歇的 如右图
2、（SBR一个周期操作过程）,2,,经典SBR工艺的特点,工艺简单，节省费用,理想的推流过程使生化反应推力大,运行方式灵活，脱氮除磷效果好,防止污泥膨胀的最好工艺,耐冲击负荷、处理能力强,SBR的 五大优点,,1、工艺简单，节省费用。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、生化反应推动力大。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，并且呈现出理想的推流状态从进水的最高逐渐降解至出水
3、时的最低浓度，整个反应过程底物浓度没被稀释，尽可能地保持了最大的推动力。 3、脱氮除磷效果好。容易实现好氧、缺氧与厌氧状态交替的环境条件.而且容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间与污泥龄，来强化硝化反应与脱磷菌过量摄取磷过程的顺利完成;也可以在缺氧条件下方便地投加原污水(或甲醇等)或提高污泥浓度等方式，提供有机碳源作为电子供体使反硝化过程更快地完成;还可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧状态，促进脱磷菌充分地释放磷。,经典SBR工艺的特点,,4、防止污泥膨胀最好的工艺。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。 b.缺氧好氧
4、状态并存,绝大多数丝状菌，如球衣菌属等都是专性好氧菌 ，且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,在低底物浓度的环境中(如完全混合式曝气池)往往占优势。 d.泥龄短、比增长速率大。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。 5、耐冲击负荷能力强。SBR工艺对水质变化并不敏感，一般在生化反应可接受范围内均能适应；但水量变化对工艺的影响则较大。因为水量的变化会带来系统曝气的不均匀性问题，或是影响到单系列的运行周期从而影响处理效果。,经典SBR工艺的特点,,SBR工艺的工程应用,适用规模 尽管SBR在大、中、小型污水处
5、理厂中均有应用，但受工艺特点和设备性能参数的限制，SBR工艺反应池数量较多，监控、调节较复杂，对系统控制、设备维护保养要求较高。目前，从我国滗水器的性能质量、自控系统及运行管理水平的角度考虑，SBR工艺较适合处理规模在15万m3/d以下的中、小型污水厂。 处理效果 不增加化学处理，SBR工艺能达城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级B标准。 但若需采用化学除磷以达更好的出水水质，则该工艺不如其它具有独立二沉池的工艺易操作，主要问题是药剂投加和混合的均匀性较难实现，并且需要与运行周期的阶段控制相联动和连锁，增加了自控系统的难度和运行的不稳定性。,,SBR工艺的工程应用,1.6%,6.5%,65%,
6、26.8%,至2006年底，我国投产并运行SBR工艺（包括CAST、DAT-IAT、ICEAS、CASS和MSBR等改良SBR工艺）的城市污水处理厂约有130座。,,经典SBR工艺存在的问题,理论课题,污泥的非稳定状态下, 活性污泥中微生物的代谢理论; SBR 的需氧与供氧; 脱氮除磷的微生物机理研究; SBR 处理工业废水过程控制的基础研究等 。,连续进水时，对于单一SBR反应器需要较大的调节池 ； SBR 法操作的实时控制在线取样、 操作系统以及自动操作管理; 关键部件的质量不过关(曝气器、滗水器、自控仪表等 )； 设备选型与工艺运行模式的协调性。,实践课题,,改良型SBR工艺 之一 IC
7、EAS工艺,ICEAS工艺连续进水、周期排水，延时曝气活性污泥法,ICEAS工艺，每个池子分为预反应区和主反 应区两部分,预反应区一般处于缺氧状态, 主反应区是曝气反应的主体。采用连续进 水系统,减少了运行操作的复杂性,故适用 于较大规模的污水处理。,ICEAS工艺简介,研发背景： 经典SBR反应器的间歇运行会带来曝气、搅拌、排水等设备的利用率不高的问题。考虑到其间歇进水给操作带来的麻烦因而进行了改进，工艺上采用连续进水、间歇排水的运行方式。,,c.沉淀性能： ICEAS的沉淀会受到进水扰动,破坏了其成为理想沉淀的条件。克服扰动的措施将池设计成长方形。,b.推流性能： 由于连续进水, ICEA
8、S部分丧失了SBR的理想推流和对难降解物质去除率高的优点,而且不易控制污泥膨胀的发生,应设置选择区。,a. 控制简单： 连续进水，不用进水阀门之间切换,适用于较大型 污水处理厂。,与经典SBR工艺相比, ICEAS工艺的优缺点有 ：,改良型SBR工艺 之一 ICEAS工艺,缺点,优点,,CASS工艺是在ICEAS工艺的基础上开发出来的。一定程度上改进了ICEAS工艺污泥膨胀及沉淀扰动的问题。 通常CASS分为三个反应区:生物选择器(DO0.5mg/L)、好氧区(DO=(23)mg/L。 CASS工艺包括充水-曝气、充水-泥水分离滗水和充水-闲置等四个阶段。,改良型SBR工艺 之二 CASS工艺
9、,反应器特点：与ICEAS相比，预反应区容积较小，并设计成更加优化合理的生物选择器，而且增加了活性污泥的回流。 运行特点：CASS工艺运行时边进水边曝气，同时将主反应区的污泥回流至生物选择器。在沉淀阶段停止曝气，但是在沉淀过程中不仅不停止进水，而目污泥回流系统也不停止 。,Cyclic Activated Sludge System(循环式活性污泥法),CASS反应池图,,1、稳定性,2、污泥回流,3、经济性比较,与经典SBR相比，CASS工艺设污泥回流，增加了系统运行费用。且CASS工艺要求的自动化程度更高。,在主反应池末端设有潜水泵，污泥通过潜水泵不断从主曝气区抽送至生物选择器中。污泥回流
10、可以有效防止污泥膨胀的产生。,生物选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用，增加了系统运行的稳定性。,与经典SBR相比，CASS工艺特点：,改良型SBR工艺 之二 CASS工艺,,研发背景: UNITANK 工艺是 1987 年 INTERBREW 与 KU Leuven 基于三沟式氧化沟结构提出的一种活性污泥法污水处理新技术，该工艺集合了传统活性污泥法和 SBR 运行模式的优点，把连续系统的空间推流与 SBR 法的时间推流生化处理过程合二为一，整个系统连续进水和连续出水，而单个池子相对为间歇进水和间歇排水，通过灵活的时间和空间控制，适当改变曝气搅拌方式和增大水力停
11、留时间，可达到脱氮除磷效果 。,改良型SBR工艺 之三 UNITANK工艺,典型的单段 UNITANK系统由一个矩形反应池组成，此矩形反应池被分为三格方池结构。三池之间通过隔墙开口实现水力导通，每个单元池中设有曝气系统和搅拌器，在两侧单元池设固定溢流出水堰和剩余污泥排放口，该二池交替作为曝气池和沉淀池，但中间单元池只作曝气池 。,反应器结构,,改良型SBR工艺 之三 UNITANK工艺,单段好氧运行过程： 每个运行周期包括两个主体运行阶段，这两个阶段的运行过程完全相同，是相互对称的。第一个主体运行阶段包括以下过程: 1、自污水首先进入左侧池内，因该池在上个主体运行阶段作为沉淀池运行时积累了大量
12、经过再生、具有较高吸附及活性的污泥，污泥浓度较高，因而可以高效降解污水中的有机物； 2、混合液同时自左向右通过始终作曝气池使用的中间池，继续曝气，有机物得到进一步降解，同时在推流过程中，左侧池内活性污泥进入中间池，再进入右侧池，使污泥在各池内重新分配； 3、混合液进入作为沉淀池的右侧池，处理后出水通过溢流堰排放，也可在此排放剩余污泥。 第一个主体运行阶段结束后，通过一个短暂的过渡段，即进入第二个主体运行阶段。第二个主体运行阶段过程改为污水从右侧池进入系统，混合液通过中间池再进入作为沉淀池的左侧池，水流方向相反，操作过程相同。,与其它SBR最大不同之处：可在恒定水位下连续运行。 （右图为好氧处理
13、系统）,,高效性：系统中反应池有效容积能得到连续使用，不需设置闲置阶段，出水堰是固定的，不需设置浮式撇水器。 经济性：（1）三个矩形池之间水力相通，中间池壁不受单向水压，所以土建省，占地也很省；（2）各池之间采用渠道配水，并在恒水位下交替运行，减少管道、阀门、水泵等设备的数量，水头损失小，降低了运行成本。,改良型SBR工艺 之三 UNITANK工艺,UNITANK工艺存在的问题：,UNITANK工艺优点：,无专门的厌氧区，磷去除效果不理想； 系统管道布置复杂，需要大量的电动进水与空气阀门以及剩余污泥阀门，切换过于频繁，故需要较高的自动监测和自动控制水平； 边池总有一段时间兼作沉淀池，而中池总作
14、为曝气池，污水从池子第一池朝第三池流动时，把大量污泥带入到第三池中，从而造成边池污泥浓度远远高于中池，导致池容利用率和处理能力降低。 缺乏准确的数学模型来实现 UNITANK 系统更高层次的自动控制；,,改良型SBR工艺 之四 DAT-IAT工艺,DAT-IAT工艺的研发背景,DAT-IAT工艺的主体构筑是同2个串联的反应池组成，即需氧池(Demand Aeration Tank简称DAT池和间歇曝气池(Intermittent Aeration Tank简称IAT池)组成，一般情况DAT池连续进水、连续曝气，其出水进入IAT池，在此可完成曝气、沉淀、滗水和排出剩余污泥。一部份剩余污泥由IAT
15、池回流到DAT池。,1、SBR工艺是间歇进水、间歇曝气，这不仅使曝气阶段反应池的利用率降低，而目鼓风曝气机由于间歇运转，其额定风量和功率也比较高，整个工艺的运行变得不够稳定; 2、原污水间歇进入反应池，需要安装较为复杂的顺序进水闸阀及自控系统; 3、当进水量较大时，SBR工艺需要多套反应池并联运行，增加了系统的复杂性; 4、对于一些高浓度的难降解有机废水需要较长的反应时间。,（为解决经典SBR存在的以下问题）,,增加了工艺处理的稳定性。DAT起到了水力均衡和防止连续进水 对出水水质的影响，特别是在处理高浓度工业废水时，DAT连续 曝气加强了系统对难降解有机物的降解，也使整个系统更接近于 完全混合式。,提高了池
