SBR 法的五大优点

彭永臻
( 哈尔滨建筑工程学院 )

1 前言

　　七十年代初，由美国R.Irvine教授等发起间歇式活性污泥法的研究，直到八十年代以后才引起其它国家的重视，并陆续地得到开发应用，我国则是近几年的事。随着研究的深入，间歇式活性污泥法又被命名为序列间歇式反应器法(Sequencing Batoh Reactor)，我国常称序列间歇式(序批式)活性污泥法，简称SBR法。
　　SBR法的运行工况是以间歇操作为主要特征。所谓序列间歇式有两种含义:一是运行操作在空间上是按序排列、间歇的，由于污水大都是连续排放且流量波动很大，这时间歇反应器(SBR)至少为两个池或多个池(见图1)，污水连续按序列进入每个反应器，它们运行时的相对关系是有次序的、也是间歇的；二是每个SBR 的运行操作，在时间上也是按次序排列的、间歇的，一般可按运行次序分为五个阶段，即进水、反应、沉淀、排水和闲置阶段，称为一个运行周期(见图2)。

　　在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都可以根据具体污水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握。比如在进水阶段，可按只进水不曝气(搅拌或不搅拌)的限制性曝气运行，也可按边进水边曝气的非限制性曝气方式运行；在反应阶段，可以始终曝气，为了生物脱氮也可曝气后搅拌，或者曝气搅拌交替进行；其剩余污泥量可以在闲置阶段排放，也可在排水阶段或反应阶段后期排放。可见，对于某一单-3BR 来说，不存在空间上控制的障碍，只在时间上进行有效地控制与变换，即能达到多种功能的要求，非常灵活。

2 SBR法的五大优点

2.1 工艺简单，节省费用
　　原则上SBR法的主体工艺设备，只有一个间歇反应器(SBR)。它与普通活性污泥法工艺流程相比(如图3)，不需要二次沉淀池、回流污泥及其设备，一般情况下不必设调节池，多数情况下可省去初次沉淀的。1985年Arora等人对加拿大、美国和澳大利亚等国的8个SBR法污水处理厂调查，其中只有一个处理厂设置调节池，另两个处理厂设初次沉淀池。纵观污水人工生物处理各种工艺方法，象SBR法这样简易的工艺绝无仅有。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。

2.2 理想的推流过程使生化反应推力大效率高
　　这是SBR法最大的优点之一。SBR法反应器中的底物和微生物浓度是变化的，而且不连续，因此，它的运行是典型的非稳定状态。而在其连续曝气的反应阶段，也属非稳定状态，但其底物(与有机物或BOD等价)和微生物(MLSS 表示)浓度的变化是连续的。这期间，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。
　　在连续流反应器中，有完全混合式与推流式两种极端的流态。在连续流完全混合式曝气池中的底物浓度等于出水底物浓度，底物流入曝气池的速度即为底物降解速率。根据生化反应动力学，由于曝气池中的底物浓度很低，其生化反应推动力也很小，反应速率与去除有机物效率都低。在理想的推流式曝气池中，污水与回流污泥形成的混合液从池首端进入，呈推流状态沿曝气池流动，至池末端流出，此间在曝气池的各断面上只有横向混合，不存在纵向的“返混”。作为生化反应推动力的底物浓度，从进水的最高逐惭降解至出水时的最低浓度，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。
　　完全混合式曝气池所需要的水力停留时间Tc 或有效容积Vc -般要比间歇反应器相应的Tc 和Vc 大3倍。Ngωωn-Jern指出:如果为了去除生活污水中的有机物，用3BR法曝气15min就够了。笔者用SBR法处理啤酒废水的试验，经2h的曝气便将反应器中的COD2000mg/L降到150mg/L左右。
2.3 运行方式灵活，脱氮除磷效果好
　　SBR法为了不同的净化目的，可以通过不同的控制手段，灵活地运行。由于在时间上的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了极有利的条件。它不仅很容易实现好氧、缺氧( )与厌氧 状态交替的环境条件，而且很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。
　　应指出，上述复杂的脱氮除磷过程只有在A-A/O工艺中才能完成，而SBR法的单一反应器一个运行周期即可完成。具体操作过程、运行状态与功能如下；进水阶段，搅拌(厌氧状态释放磷)→反应阶段，曝气(好氧状态降解有机物、硝化与摄取磷)、排泥(除磷)、搅拌与投加少量有机碳源(缺氧状态反硝化脱氮)、再曝气(好氧状态去除剩余的有机物)→排水阶段→闲置阶段，然后进水再进入另一个运行周期。并曾做过进水与反应阶段用曝气与搅拌交替进行的运行方式脱氮的试验研究，其脱氮效率更高。
　　笔者认为，如果原污水中的P:BOD值太高，用普通厌氧/好氧法难于提高除磷率时，可以根据Phostrip法除磷的原理在SBR法中实现，只增加一个混凝沉淀池即可。可见，SBR法很容易满足脱氮除磷的工艺要求，在时间上控制的灵活性又能大大提高脱氮除磷的效果。
2.4 防止污泥膨胀的最好工艺
　　污泥膨胀多为丝状性膨胀，在活性污泥法中间歇式最不易发生膨胀，完全混合式最容易引起膨胀。按照发生膨胀难易程度的排列顺序是:间歇式、传统推流式、阶段曝气式和完全混合式，同时发现其降解有机物(对易降解污水)速率或效率的高低，也遵循这个排列顺序。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。完全混合式基本没有梯度，非常易膨胀；推流式曝气池的梯度较大，不易膨胀；而SBR法反应阶段在时间上的理想推流状态，使F/M梯度也达到理想的最大，因此，它比普通推流式还不易膨胀。研究进一步证实，缩短SBR法的进水时间，反应前底物浓度更高，其后的梯度更大，SVI值更低，更不易膨胀。
　　b. 缺氧好氧状态并存。绝大多数丝状菌，如球衣菌属等都是专性好氧菌，而活性污泥中的细菌有半数以上是兼性菌。与普通活性污泥法不同的是，SBR法中进水与反应阶段的缺氧(或厌氧)与好氧状态的交替，能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，而对多数微生物不会产生不利影响。正因为如此，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，摄取低浓度底物的能力强，所以在低底物浓度的环境中(如完全混合式曝气池)往往占优势。在SBR法的整个反应阶段，不仅底物浓度较高、梯度也大，只有在反应进入沉淀阶段前夕，其底物浓度才与完全混合式曝气池的相同。因此，所以说SBR法没有利于丝状菌竞争的环境。
　　d. 泥龄短、比增长速率大。一般丝状菌的比增长速率比其它细菌小，在稳定状态下，污泥龄的倒数数值等于污泥比增长速率，故污泥龄长的完全混合法易于繁殖丝状菌。由于SBR法具有理想推流状态与快速降解有机物的特点，使它在污泥龄短的条件下就能满足出水质量要求，而污泥龄短又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。
2.5 耐冲击负荷、处理能力强
　　完全混合式曝气池比推流式曝气池的耐冲击负荷以及处理有毒或高浓度有机废水的能力强。SBR法虽然对于时间来说是一个理想的推流过程，但是就反应器本身的混合状态仍属典型的完全混合式，因此具有耐冲击负荷和反应推动力大的优点。而且由于SBR法在沉淀阶段属于静止沉淀，加之污泥沉降性能好与不需要污泥回流，进而使反应器中维持较高的MLSS 浓度。在同样条件下，较高的MLSS浓度能降低F/M值，显然具有更强的耐冲击负荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力。若采用边进水、边曝气的非限制曝气运行方式，更能大幅度增加5BR法承受废水的毒性和高有机物浓度。国外此类实例很多，也是研究与开发的一个热点。
(参考文献略)
本文为国家自然科学基金资助项目。