SBR 法在難降解廢水處理中的研究及應(yīng)用

1、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1。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, 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2。特別是近年來由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展, 通過溶解氧測(cè)定儀、氧化還原電位計(jì)等儀表對(duì)工藝運(yùn)行進(jìn)行過程控制的技術(shù)出現(xiàn)

2、, 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3。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

3、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)在混合液中過度的累積, 對(duì)反應(yīng)過程造成抑制。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)

4、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4。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)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)5。( 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6, 7。SBR法無須污泥回流設(shè)備, 節(jié)省設(shè)備費(fèi)和常規(guī)運(yùn)行費(fèi)用。穩(wěn)

5、定運(yùn)行期, 廢水處理費(fèi)用與原A/OA/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34 倍2。( 3) 耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)。SBR 法雖然對(duì)于時(shí)間來說是理想推流過程, 但就反應(yīng)器中的混合狀態(tài)來說, 仍屬于典型的完全混合式, 也具有完全混合曝氣所具有

6、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)

7、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)各階段分配比等來實(shí)現(xiàn)不同的功能。由于SBR 無污泥回流系統(tǒng), 無需二沉池, 比其他生化處理系統(tǒng)更易于維護(hù)8。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( 見表1) , 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917。通過各污水廠的運(yùn)行情況來

8、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)行成本來看,廢水的處理費(fèi)用不高, 具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益17。3 SBR 新工藝的研究與開發(fā)近幾年來, 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, 通過其在

9、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

10、附的DO 會(huì)釋放, 污泥仍能保持較高的耗氧速度?；钚蕴勘砻娴母邼舛然|(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, 可使廢水的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5.8×1041.0×105 倍減少至8 倍18。( 2) 添

11、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, 通過對(duì)沈陽市幾個(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%20。( 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)

12、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21。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22。方士采用兩段SBR 工藝處理高

13、氨氮味精廢水, 取得了較好的處理效果23。( 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)

14、、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%24。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

15、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25。( 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镉幸种谱饔? 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UASBSBR 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 5004 500mg

16、/L 降至80 150 mg/L, BOD5 可由600 1 000mg/L 降至3040 mg/L, 色度可由100600 倍降至5060 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), 通過該系統(tǒng)處理后, 出水CODCr 148.4 mg/L、氨氮12.2 mg/L, CODCr 總?cè)コ蔬_(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,

17、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, 詳見表22833。4 結(jié)語運(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幚矸椒ā?參考文獻(xiàn) 1Ng W J. Sequencing Batch React

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