间歇曝气活性污泥工艺式污水处理的特点及应用 6页

间歇曝气活性污泥工艺式污水处理的特点及应用SBR.也成为间歇曝气活性污泥工艺或序批式活性污泥工艺〃实际上它井不是一种新的技术，早在1914年Arclem和Lockett在英国曼彻斯特发明活性污泥\n法时，采用的就是间歇愿气J取得了较好地效果，只足由于当时的自动控制水平较低和设备制造工艺的限制，以及后来污水处理量的口益巒大，使间歇法逐渐被连续式活性污泥所取代。随着自动控制和在线监控技术的飞速发展，为SBRT艺的深入研究和发展提供了前提条件。七十年代初，美阖NameDame大学的Irvine授等在美国自然科学基金资助下，开始了间歇式活性污泥法的研究，在实验室中对序列间歇式(序批式)活性污泥法(SequencingBalchReactorActivatedSludgeProcess,简称SBR)和连续流活性污泥法(CotHimiousFlowSystemActivatedSludgeProcess,简称CFS)的运行特性他了系统的比较研究，详细定义和描述了序批式间歇反应器(SBR).并于1980年在美国国家环保局(USEPA)的资助下，在印第安纳州的Clucver城改建并投产了世界上第一个SBR法污水处理厂，取得了令人满意的效果。随肴对该工艺的深入研究，SBR法己逐渐被认为是替代CFS法的一种校好地替代工艺.Irvine等人的研究成果引起了世界各国如冃本、加拿大、澳大利亚、东南亚等倒的广泛東视，冬国技术人员祁相继进行了大量的研究。澳大利亚是应用SBR法最多的国家之一，目前己建成SBR法污水处理厂600多座.法国的Degrement水处理公司还将SBR反应器作为定型产品供小型污水处理站使用。我国近年来对SBR的研究和应用开展迅速，1985年在上海市吳淞肉联厂建设并建成了我国第一座SBR废水处理设施。湖南省湘潭大学于1989年完成了应用SBR工艺处理啤酒废水的忠实研究工作，并对SBR工艺的运行稳定性及工艺特性进行了系统的研究。上海同济大学等单位也相继对SBR的硝化脱氮效能进行了一定的研究。1.4.1SBRX艺基本原理SBR工艺去除污染物的机理与传统活性污泥工艺完全一致，只長运行方式不同。传统工艺釆用连续运行方式，污水连续进入处理系统并连续排岀，系统内每一个单元的功能不变，污水依次流过各单元，从而完成处理过程。SBR工艺采用间歇运行方式，污水间歇进出处理系统•系统内只设一个处理单元，该单元在不同的时间内发挥不同的作用，污水进入该单元后按时间顺序进行不同的处理，最后完成总的处理被排岀。SBR反应器充分利用了生物反应过程和单元操作过程的基本原理。1,流态理论•由于SBR在时间上的不可逆性•根本不存在返混现彖，所以属于理想推流式反应器。2.理想沉淀理论貝沉淀效果好是因为充分利用了静态沉淀原理。经典的SBR反应器在沉淀\n过程中没有进水的扰动，属于理想沉淀状态。2.推流反应器理论假设在推流式和完成混合式反应器中有机物降解服从一级反应，那么在相同的污泥浓度下，两种反应器达到相同的去除率时所需反应器容枳比则为卩雄37瘁=［1-1/（1切］加（1・“）式中n―率。从数学上可证明当去除舉趋于零时$额fWmeh其他情况下，心“合少检大于1,就是说达到相同的去除率时推流式反应器荽比完全混合式反应器所需耍的体积小•表明推流式的处理效果要比完全混合是好。3.选择性准则1973年Chudoba等人提出了在活性污泥混合培养中的动力学选择牲准则，这个理论是基于不同种属的微生物在Monod方程中的参数（心畑丿不同，并且不同基质的生长速度常数也不同。Monod方程可以写成；（Dx/Dt）/X予二知『（&（心+5）］式中X—生物休浓度,S—生长限制性基质浓度;心一利或半速度常数:小“max—分别为实际和最大比增长速率,按照Chudoda所提岀的理论，具有低忌和〃叭值的微生物在泯合培养的曝气池中,当基质浓度很低时其生长速率高并占有优势，而基质浓度高时则恰好相反。Chudoda认为大多数丝状菌的心和如ax值比较低，而歯胶团细菌的心和“max值比较离，这也解释了完全混合曝气池容易发生污泥膨胀的原因。有机物浓度在推流式曝气池的整个池长上具有一定的浓度梯度•使得大部分惰况下劉状菌的生长速率大于丝状菌，只有在反应末期絮状菌的生长没有丝状菌快，但丝状菌短时间内的优给生长并不会引迪污泥膨胀•因此，SBR系统具育防止污泯膨胀的功能。5•微生物环境的多样性SBR反应器対有机物去除效果较好，而对难降解有机物降解效果好是因其在生态坏境上具有多样性，具体讲可以形成厌氧、缺氧和好氧等多种生态条件・从而有利于有机物的降解卩山1.4.2SBR工艺的扌桑作过程的SBR工艺的一个完整的操作过程包括五个阶段:①进水期:污水在该时段內连续进入反应器内直至达到最髙运行液位。\n很明显，在向反应器充水的初期，反应益内液相的污染物浓度是不大的，但随着污水的不断投入，污染物的浓度将随之不断提岛•在进水的过程中，SBR反应器内存在看污染物的混合和被活性污泥吸附、吸收和氧化等作用。随着酒相污染物浓度的不断提高，这种吸附、吸收和氧化作用也随之加快。如果在进水阶段向反应器中投入的污染物数童不大或污水中的污染物浓度较低，则所投入的污染物能彼及时吸附、吸收和氧化降解，整个运行过理将是稳态的，此种情形与连续式活性污泥法屮微生物对有机污染物的降解过程类似。但在SBRI艺的实际运疔过程中，很少会出现这种情况。在SBRT艺中，污水向反应器的投入时间•般比较短，在充水的时间里单位时间内向反应器投入的泻染物数呈比连续式活性污泥大，投入速度大于活性污泥的吸附、吸收和生物氧化降解速度，从而造成污染物在混合液中枳累。为防止在充水期间污染物的积累对反应过程产生抑制作用，可以考定在充水过程中进行曝气。根据开始曝气时间与充水过程时用的不同，可以分为三种不同的曝气方式卩叫即非限量曝气（边充水边曝气）；限星曝气（充水完后曝气）；半限童曝气（充水的后半期曝气）。①反应期人们常用一级反应模式、莫若特方程等來描述生物反应过程。为了加快及应速度.可以提高有机基质的浓度，但若基质浓度过高并超过了一定的限度后，尤其足有毒物质浓度过髙的话，则将抑制微生物的正常生长而对污水处理产生不利的彫响。为了限制污染物对微生物的抑制，采用完今混合方式，对进入反应器的污染物进行最大程度的稀释。反眉丁序是丁艺中最主要的序。当废水注入反应器并达到预定容积后，进行曝V或搅拌，如同连续式完全混合活性污泥法-样，以达到去除有机物和脱臬除磷等的目的。在反应阶段，活性污泥周期性地处于奇浓度和低浓度基质的环境中，反应器也相应地形成厌氧，缺氧，好氧的交替过程，使具不仅具有艮好的生物脱碳处理效能,而且具有良好的脱氮除磷效果。在SBR反应器的运行过程中，随着反应器内反应时间的延长，其毎质浓度的变化也由高到低，微生物经历了对数生快期、减速生长期和衰减期，其降解有机物的速率也相应地由零级反应向一级反应过渡。据国内外有关的研究报道，SBR法处理的COD浓度每升可达几百到几千亳克，其去除率均比传统活性污泥法髙，而且可去除一些理论上难以生物降解的有机物质。究其原因可能是；在SBR法处理H艺中，系统是在非稳态的工况下运行的，反应器中的生物相十分复杂，微生物的种类繁多，它们交互作用，强化了工艺的处理效能。②沉淀期SBR沉淀过程的功能是澄清出水、浓缩污泥，并且澄淸出水是更为主要的。很容易在好氧条件下増大踪气址、反应时何和污泥龄来强化硏化反应及藏讲繭过址摄磷，又可以在映氧条件下方便地投加原污水或提高污泥枚度等方式以提供有机破滋作为电子供体便反硝化过程噸利地左成，还可以在进K阶段通过搅捋维持伏氧条件以促进眾瞬菌的充分释磷（吗・（3）理想的静态沉淀污泥影味问题是代统活性污泥法运行过程中常常发生匸难以杜绝和令人棘手的何题.SBR法能有效地控制污泥膨胀.即有效地控制經跃歯的过fit警殖•这一伶悝是由牍氧、好氣及厌氣环境的交替，反应中底物浓度梯麼（F/M梯度）大，污泥給短和比堵长逢率大所决定的I坷.\n⑷耐冲击负荷，处理能力省SBR在运行操作过穆中，可以根提废水水最水质的变化、出水水质的要求対整-个运行周期中各个T序的运行时•间、反应眾内混舍液容枳的变化和运行狀态，即通过时间上的有效控制和变化来漏足多功能的耍求，具有战强的灵活性网・SBR池在充水期相当于…个均化池，可以孜受高绳流量和有机物诙度的神击［小，间歇进水、推水以及每次进水只占反应器的2/3左右，其稀秤作用进一步显高了工艺对进水冲击负荷的耐受能力（5）理想的推流过稈使生化反应推力大、效率高这是SBR法垠突岀的优点.SBR法反应器中的底物利微主物浓度是交化的，而且不连填，囚此，它的运行屋典型的非稳定状态.而在其连续曝气的反应价段，也属非梅定状态，但其底物（与有机紡或BOD等价）和微生物（MLSS表示）浓度的变化是连续的。这期何，虽然反应器内的混合液呈老全混舎状态，但是其底物与微生物浓度的变化在时间上是•个推流（plugtlow）过程，并IL呈现出理想的推涼状态。在连续流反应器屮.有完全混合式与挂淤式两种棱端的洸鸟.在迩续瀝完全混合式專气池中的底物浓度等于出水底粉浓度，底初流入喙气池的速度即为底柯降解速率•根猶生化反应动力学，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.枉理想的推涼式障气池中，污水与回流污泥形成的混合液从池首端进人呈推流状态沿曄气池流动，至池末端溢出，此何在曝气池的各斷面上只有横向混合，不存在纵向的s返混“。作为生化反应推动力的底物浓度.从进朋的凰髙迸惭降解至出水时的斌低浓度.整个反应过殍底物浓度没被襦軽，尽可能地保持了垠大的推动力.（6）聞止污泥膨胀的垠好工艺污泥膨胀多为线状性膨胀.在活性污泥法中何&式最不豹发生膨胀.完全混合式用容易引趕膨胀。按照发生膨胀燒易程度的》列顶序是:旬歌式、传址椎漁式、阶段厚T式和完全混合式，同时发现其降解有机物（对易降聃污水）速率或效率的高低.也遵循这个排列I®序.SBR法能有效地悝制丝状曲的过量聲感可从四个方面说明.0•底物浓度梯度大（也是F7M梯度〉，足控制膨胀的更耍因素•丸全湿合式展木没俗悌度.非荒易形肛；推流式眠气池的梯度较大，不拐膨胀;而SBR法反应阶段在时间上的理想推流状态，使F7M梯度也迖到理•翘的僉大，珂此，它比酉通椎浇式还不易膨胀.研究进一歩证实•缩短SBR法的进水时臥反应前底物浓度更高，其后的梯庾更大,SVI值更低，更不易膨胀。b.快氣好氧状念并存.绝大多数丝状带.如球衣苗属等都是专性好氧風而活性污泥中佝细甫有半数以上是兼性凿.与吿通活性污泥法不同的是,SBR法中进水与反应介段的缺氧（或厌氧）与好氧状态的交件臆抑制专性好氧丝状菌的过最繁血西对多数傲生物不会产生不利彩响，正因为如此,SBR法中限制建气比非限制琨气更不易膨胀・C.反应君中底物浓度较大.丝状茵比絮激菌胶团的比麦而积大，摄取低浓度底物的能力侵，所以在低底物浓度的坏境中（如克全混合式艰吒池）往往占优瓶&SBR法的整个反应阶段.不仅底物浓復枚高、梯度也大，只有在反应进入沉淀阶段前夕.其底物浓度才与左全混合式耶气油的相同，因此，所以说SBR法没有利于丝状菌竞爭的环境。c.泥龄短、比堀长速率大.一股丝状菌的比增长連率比氏它鈿甫小，在稳定状态F,污泥龄的倒数数值轻于污泥比增长速率，故污泥龄长的宛全混合法易于繁埴丝状菌，由于SBR法具有理想推流状态与快逑降解有机物的特点.便它在污泥龄矩的条件下貳能满足岀水质曲要束.而污泥龄短又便莉余污泥的排放速率大于丝戏菌的壇长速率.丝狀菌无法大址繁殖。（7）糸统运行方式灵活，易维护各反应器科1互独必可注短期内单独停运检修血不会绥响整个系统的运行，此外，毎个SBR池可根毎进水术贞、水僵的不岡适当调整运行毎数•系统运行方式较灵活.（6）易与物化工艺结合\nSBR易与泯凝、投加吸附剂等提高处理效率的物化工艺相结合.如星城市污水中有机物与磷的比值很低，则可以增加-个沉淀池，利用化学沉诧除瞬原理来境加确的去除忝.SBR中投加混凝列或粉束话性/及苴代用品可以提高污泥沉降性能，并能增加其对难降解有机物的去除1饷〔总Z,SBR工艺是一种经济有效的活性污泥处理系统，其研究和应用近年来在国内外引起了广泛重视，大量应用于生活污水和工业废水的处理rzr•由于技术上的特点，SBR系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。就近期的技术条件，SBR系统更适合以下情况；（1）中小城氛生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流就变化较大的地方。（2）需要校高出水水质的地方，如风景浏览区、湖泊和港湾等，不但耍去除有机物，还耍求出水中除磷脱氮，防止河湖高营养化。（3）水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。（4）用地紧张的地方。（5）对已建成连续流污水处理厂的改造等。（6）非常适合处理小水量•间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。选矿黄药废水屈于工业废水，本实验用SBR反应器对黄药废水进行处理。综合SBR的原理及特性，研究工艺条件对黄药废水处理的影响.