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1、SBR法及其研究进展摘要：介绍了序批式间歇活性污泥（SBR）法的产生、发展及其特 点，综述了 SBR在搅拌速度DO、pll、OPR对处理效果的影响、硝化反 硝化除磷机理及SBR与其它工艺综合处理污水的最新进展。关键词：序批式间歇活性污泥法（SBR）进展展望活性污泥处理系统，在当前污水处理领域是应用最为广泛的 处理技术。它有效地用于生活污水，城市污水和有机性工业废水的处 理，对于传统的活性污泥技术在工艺方面采取措施突破仅作为二级处 理技术传统，能够作为脱氮、除磷的三级处理技术。SBR（sequencing batch reactor）法，即序批式间歇活性污泥法，就是这类活性污泥处 理新工艺中的引
2、人注目的一种活性污泥法。它是被日本下水道协会和 美国环保局评估了的少数富有革新意义和较强竞争力的废水生物处理 技术之一。1特点及其发展1.1产生及发展SBRX艺早在1914年即已开发1,但由于当吋监测手段落 后，并没有得到推广应用。1979年美国的L. Irvine对SBR工艺进行 了深入的研究，并于1980年在印第安那州的Culver改进并投产了一 个SBR污水处理厂。此后随着计算机监控技术、各种新型不堵塞曝气 器和软件技术的出现，同时也由于开发了在线溶解氧测定仪、水位计 等精度高并且对过程控制比较经济的水质检测仪表，污水处理厂的运 行管理逐渐实现了自动化，加之SBR具有均化水质、工艺简单，
3、处理 效果稳定，耐冲击负荷力强，出水质好，操作灵活、占地面积少等优 点而成为包括美、德、日、澳、加等在内的许多工业发达国家竞和研 究和开发的热门工艺。以澳大利亚为例，近10多年来建成采用SBR 工艺的污水处理厂就达近600座之多。我国在80年代中期开始对SBR法的应用研究1 2o 1985 年，上海吴淞肉联研制投产了我国第一座SBR法污水处理站，设计处 理水量24001 / d,运行效果良好。目前在云南省昆明市已有两座采 用SBR工艺的人中型污水处理厂，运行情况良好。天津经济技术开发 区10万t/d采用SBR工艺的污水处理厂也于近Fl投入运行。从国内 外研究情况来看，SBR法是一种高效、经济、
4、可靠的适合我国国情的 废水处理方法。1.2工艺流程间歇式活性污泥法的主要反应器，即曝气池的运行操作是由 流入、反应、沉淀、排放和闲置五个工序组成3。污水在反应器中 按序列、间歇地进入每个反应工序，每个SBR反应器的运行操作在吋 间上也是按次序排列间歇运行的。在流入工序实施前，闲置工序处理后的污水已经排放，曝气 池中残存着高浓度的活性污泥混合液。当污水注入流入时，曝气池可 以起到调节池的作用，如果进行曝气可以取得预曝气效果，也可使污 泥再生，恢复其活性。反应工序是SBR工艺最主耍的一道工序。当污水注入达到预 定容积后，可开始反应操作，如去除BOD、硝化、磷的吸收，以及反 硝化等。根据反应需要达到
5、的程度，进行短时间的微量曝气，以吹脱 污泥上粘附的气泡或氮，以保证排泥顺利进行。在排泥工序，停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，活性污泥与水分离，相当于二次沉淀池的作用。经过沉淀后的上清液作 为处理出水排放，沉淀的污泥作为种泥留在曝气池内，起到回流污泥 的作用。在闲置工序，处理出水排放后，反应器处于停滞状态，等待 下一个操作周期。在此期间，应间断或轻微曝气以避免污泥的腐化。 经过闲置的活性污泥处于营养物的饥饿状态，因此当进入下个运行周 期的流入工序时，活性污泥就可以发挥较强的吸附能力增强去除作 用。闲置工序是SBR工艺中的重要内容。1.3工艺特点及主要问题SBR工艺与连续式活性污泥法相比，具
6、有如下优点3：(1) 1艺流程简单，不需要另设二沉池及污泥iHl流设备，多 数情况下可以省去初沉池。(2) 占地面积小、造价低；特别是小城镇的污水处理可比普 通活性污泥法节省基建投资30%以上。(3) 营养物质去除效果及脱氮除磷效果好。(4) 污泥沉降性能好。(5) 适应性良好，且易于维护管理。SBR法存在的主要问题是：操作复杂，对自控要求高；此外 其工艺流程本身决定了设备装置利用率低。2研究进展2. 1反应器内D0及曝气方式2. 1. 1 D0的影响反应器内溶解氧的含量将影响污泥中微生物的生理活动，从 而影响污水处理进程，故反应器内的D0含量水平是非常值得探讨 的。Je订1 0H和J.S订v
7、erstein4对SBR反应器中,D0抑制反硝化 作用进行了研究，污水中溶解氧的研究范围从0. 09 mg / L5. 6 mg / L；结果发现，非常低浓度的溶解氧就能抑制活性污泥中的反硝化作 用,1)0=0.09 mg/L时,反硝化速率可从最大速率0. 0214 mgNOx N / mgMLSS / h降至其速率的35%。但同时也指出，当D0 = 5.6mg /L吋仍可观察到反硝化作用，并根据实验，对反硝化模型作了修 正。2. 1.2搅拌速度的影响Drigues, Jose Alberto Domingues 5等人对搅拌混合的充 气方式进行了研究，他们用含有颗粒污泥反应器处理COD为50
8、0 mg / 1的合成城市污水，处理周期为8小吋，处理量为2.0Lo搅拌速度的 研究范围从0 rev. / min 75 rev. / min,结果发现，COD的去除率为 8088%；在50 rev. / min时可获得相对好的污泥停留时间,同时不 破坏颗粒污泥；而且应用搅拌可增加反应器的有效的循环从而使总的 循环时间缩短。他们指出残余有机物的经验方程和一级反应动力学模 型可用來预测搅拌速度对反应器的影响。2.2污泥膨胀止常活性污泥沉降性能良好，含水率在99%左右，当污泥变 质时，污泥不易沉淀，SVI值增高，污泥的结构松散和体积膨胀，含 水率上升，澄清液稀少，颜色发生异变，这就产生了污泥膨胀。
9、水处 理中污泥膨胀问题大约95%与丝状菌的过量增殖有关，非丝状菌膨 胀一般是由结合水含量高的胞外多聚物引起的高粘度膨胀。SBR中 SVI值一般较低，不易出现膨胀问题，但有时也不能避免。王淑莹6等人利用石化废水在SBR反应器中研究了丝状菌 膨胀与有机负荷之间的关系，指出当反应器中溶解氧（D0）充足时， 低有机负荷易引起污泥膨胀，提高有机负荷能有效的控制膨胀；高负 荷下，引起污泥膨胀的原因往往是D0不足，而提高D0浓度则能使污 泥膨胀得到控制，这一结果也解释了高有机负荷污泥膨胀的实质 原因。高春娣7等利用啤酒废水研究了氮缺乏引起的非丝状菌膨 胀问题，发现进水中不同有机物浓度与总氮的比值（以BOD
10、/ N计）条 件对活性污泥膨胀是有影响的，指出在进水BOD / N=100 / 4的条件 下，污泥的沉降性能良好，在进水BOD/N=100/3和B0D/N=100/ 2时，均发生由高含水率的粘性菌胶团过量生长引起的非丝状菌膨 胀，在进水BOD/N= 100 / 0. 94的条件下，发生的非丝状菌膨胀最为 严重。2.3 pH、 0RP微牛物的牛理活动与环境的酸碱度（氢离了浓度）密切相关， 氢离子浓度能够影响微生物细胞质膜上的电荷性质。电荷性质改变， 微生物细胞吸收营养物质的功能也会发生变化，从而对微生物的生理 活动产生不良影响。高景峰8 9等人为实现SBR法反硝化的在线模糊控制，研究 了 pll
11、和ORP等在有机物去除及硝化、反硝化过程中的变化特点。对 pH的变化得出：（1）在有机物去除过程中，pH呈现大幅上升的现象（2）在有机物去除结束时，pH停止上升，随硝化反应的进行pH不断 下降至反应结束，后pH突然快速上升或维持不变。（3）在反硝化过 程中，pH不断上升直至反硝化结朿出现转折点，然后持续下降，指 示反硝化已结束。对0RP來说，随着反硝化的进行0RP表现为减速下 降，在反硝化结束时突然下降速度增加出现拐点。总之，不论使用何种碳源以及不认投加碳源的方式和数量如 何都证明在反硝化结束时pH和ORP有特征点出现，通过pH上升的速 度的差别可以判断碳源是否充足，调控碳源的投加。2.4对硝
12、化、反硝化及脱磷的研究2.4.1氮、磷的去除效果及操作条件氮是水污染控制中的一项重要指标，SBR法可以根据反应器 中底物的降解情况灵活地改变反应时间，从而方便地实现同池缺氧、 好氧，生物脱氮效果良好。孙剑辉等10采取缺氧/好氧SBR工艺对 用亚鞍法造纸废水的脱氮进行了研究。发现SRT、NH3N都影响总氮 的去除，并当进水中CODcr浓度为12001800 mg/L, NH3-N浓度为 135-200 mg/L, Nox- N浓度为710 mg/L吋，提出了最佳操作条 件为：缺氧、好氧时间比为1:1.5, 一周期为8 h；当没有外加碳源 时，总氮的去除率为66%,投加乙酸钠后，总氮的去除率可提高
13、到 85%。反应器中污泥颗粒化和除磷特性一般受到废水水质、运行参 数和环境因素等影响。卢然超11等通过实验发现：（1）污水中较高 的C / N比或COD / TN比和较低的污泥龄对生物除磷有利。（2）进水 中适当的氮含量或TN / TP比是影响除磷效果和污泥颗粒化的主要因 素。（3）较短的污泥龄对除磷作用有利，污泥龄太短难以有效地脱 氮。（4）温度降低，发酵菌的产酸和反硝化作用受到抑制，反应器中 硝酸盐浓度很高，影响反应器除磷能力，除磷效率下降。但他对其它 运行参数对好氧颗粒化的形成，例如溶解氧、pH值、厌好氧交替吋 间等，未做进一步研究。2. 4. 2污泥龄（生物固体平均停留时间）污泥龄就是
14、指曝气池内活性污泥总量与每口排放污泥量Z 比。即活性污泥在曝气池内的平均停留时间，因之又称为生物固体平 均停留时间。污泥龄是活性污泥处理系统设计运行的重要参数，在理 论上也有重耍意义。Kargi12等人研究了不同停留时间（从530天，分为6 个阶段），反应器对各种营养物质持去除效果，从而确定了污泥停留 时间对C0I）、氨氮、硝态氮及磷酸盐的去除效果及最佳污泥龄为10天 左右可达最大的C0D、氨氮、磷酸盐的去除效果，分别为：94%、 84%、70%。同时发现在污泥龄为10天时，SVI值最小。2.4.3对碳源的研究有些报道称当葡萄糖作为唯一碳源，生物除磷作用不能完 成，原因是在厌氧条件下没有正磷酸
15、盐的释放，而优势菌种不能积累 多磷酸盐和吸收葡萄糖。但Jeon, Che Ok和Park, Jong Moon13在 实验过程中通过投放有13C标记的葡萄糖，用核磁共振（光谱）分析 示踪发现，甚至当葡萄作为唯一的碳源时，生物除磷作用遵循与冃前 报道完全不同的机制；至少在两种菌群：产乳酸菌和聚磷菌的作用下 得以完成。在此过程中随着葡萄糖的消耗，糖原质迅速积累。但是正 磷酸盐的释放和PIIAs的合成与总有机碳的浓度有关而不是与葡萄糖 的浓度相关。磷酸盐释放与pH值成比例。合成PHAs的数量要小于葡 萄糖增加的数量，因为葡萄糖被LPO产乳酸菌转化为其它的储存物质 （可能为乳酸颗粒）加上被PAO聚磷菌
16、合成PHAso在缺氧阶段，细胞 内的PHAs和储存的物质被代谢并且发生磷酸盐的摄取。在SBR中，葡 萄糖作为唯一碳源，PHAs的合成和磷酸盐的去除是可能的代谢路 径。Louzeiro, Nuno R. Mavinic 14等为了确定在 SBR 反应器中 用甲醇作为外加碳源时，对反硝化和脱磷的潜力的影响进行了一系列 实验。他们发现：加甲醇的可以观察到两种反硝化速度；初始时反应 速度较快随后逐渐减慢。在初始时的快速阶段反硝化速度随甲醇的浓 度的增加而增加；随着甲醇的消耗，反硝化作用持续但速度随之减 慢。在SBR反应器中只有有外加的甲醇作为碳源时微4：物对磷的摄取 和释放才有意义.甲醇可能不会被用作碳源来提高生物除磷作用，但 是甲醇的添加是重要的，因为它可以消耗掉可以利用的硝酸盐，使得 生物除磷作用得以进行。2.4.4对
