SBR污水生物处理技术.ppt

SBR污水生物处理技术,贵州创业水务有限公司,1,第一节 概述,序批式(间歇)活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)，简称SBR，是近年来在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种废水处理工艺，且目前已有一些生产装置在运行中。 其实，SBR作为废水处理技术井非是污水处理的新工艺。早在1914年英国学者Ardern和Locket发明活性污泥法时，采用的就是这种处理系统。虽然这种运行方式效率较高，但由于当时的自动监控水平较低，而间歇处理的控制阀门十分复杂，工作量大且难以操作，特别是后来随着城市和工业废水处理规模的日趋大型化，间歇式活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法所代替。 近年来，随着计算机和自动控制技术的飞速发展，解决了活性污泥法开发初期间歇操作中的复杂问题，使该工艺的优势得到了逐步充分的发挥。而监控技术的自动化程度以及污水处理厂自动化管理要求的日益提高，又为间歇式活性污泥法的再度深入研究和应用，提供了极为有利的先决条件。,2,第一节 概述,SBR工艺在设计和运行中，根据不同的水质条件、使用场合和出水要求，有了许多新的变化和发展，产生了许多新的变型。ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeration System)间歇式循环延时曝气活性污泥法是80年代初在澳大利亚发展起来的变型SBR，开发者是澳大利亚新南威尔士大学和美国的Goronszy教授。与传统SBR相比，ICEAS的虽大特点是增加了一个预反应区，且连续进水，间歇排水，但山于在沉淀期进水影响了泥水分离，使进水量受到了限制。DAT-IAT(Demand Aeration Tank-Intermittent Aeration Tank)工艺为了克服ICEAS的缺点将预反应区改为与SBR反应池IAT分立的预曝池DAT，DAT连续进水、连续曝气，主体间歇反应器IAT在沉淀阶段不受进水的影响，且增加了从IAT到DAT的回流。但是对于含生物难降解有机物污水的处理，DAT-IAT并不能取得好的效果，而CASS(Cyclic Activated Sludge System)工艺克服了这个缺点，将ICEAS的预反应区革新为容积较小、设计更加优化合理的生物选择器，并将主反应区的部分剩余污泥回流至选择器，沉淀阶段不进水，因而系统更加稳定，且具有良好的脱氮除磷效果。IDEA(Intermittent Decanted Extended Aeration)又是CASS的发展，主要是将生物选择器改为与SBR主构筑物分立的预混合池。但是，所有上述工艺均只能作到进水连续，而排水是间歇的。,3,第一节 概述,为了克服间歇排水这个缺点，UNITANK工艺集合了SBR和三沟式氧化沟的优点，一体化设计，作到连续进水连续出水，并且污泥自动回流，与CASS相比省去了污泥回流设备。但UNITANK工艺还存在中沟污泥浓度低及过分依赖于仪表装置等缺点，如一旦进水阀门损坏，整个系统将无法工作。为了克服UNITANK工艺的缺点，又产生了一种新型的SBR系统MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)，它实质上是将A2/O工艺与SBR系统串联而成，采用单池多格方式，省去了许多阀门仪表，增加污泥回流又保证了较高的污泥浓度，有很好的除磷脱氮效果。近几年，其他许多SBR系统的研究也得到了深入，如厌氧SBR、多级SBR等，均取得了良好的效果。 70年代初，美国Natre Dame大学的R. Irvine教授采用实验室规模装置对SBR工艺进行了系统深入的研究，井于1980年在美国国家环保局(EPA)的资助下，在印第安纳州的Culver城改建并投产了世界上第一个SBR法污水处理厂。继后，日本、德国、法国、澳大利亚等国都对SBR工艺进行了应用研究。澳大利亚是最多应用SBR法的国家之一，该国的BHP公司声称拥有世界上最先进的SBR法生物除磷脱氨工艺。目前已建成SBR法污水处理厂600多座，处理量21104m3/d的SBR法厂正在建设中。美国最大厂的处理规模为11104m3/d。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。,4,第一节 概述,我国于80年代中期开始对SBR污水处理工艺进行研究和应用。湖南湘潭大学的刘永淞等人在含酚废水、肉联厂污水、啤酒厂污水、绝缘漆生产污水的SBR法处理的研究处理上，综合讨论分析了SBR的工艺特性。认为正确控制充水时间和曝气方式是最大限度地提高SBR系统反应速度的重要手段，并认为SBR是一种性能较稳定的处理方法，具有特殊的微生物相特征。哈尔滨建筑大学的五福珍等对SBR法供气量的最优控制和曝气沉淀时间的最优分配及污泥膨胀问题进行了研究，认为SBR可以在反应阶段实施非均匀曝气，并根据不同的污水性质来确定最优的曝气和沉淀时间，并认为低负荷和沉淀及闲置时间过长时SBR也会发生污泥膨胀。近年来，有多篇文章对SBR的设计，主要硬件设备及最新的SBR变型进行了介绍。同济大学顾烟维教授课题组还开发了新型的MSBR污水脱氮除磷工艺，并将其应于工程实践。1985年，我国第一座SBR污水处理设施上海市政设计院设计的SBR污水处理系统投入运行，设计处理水量为2400t/d。目前，上海、广州、无锡、扬州、昆明等地已有多座SBR污水处理装置投入运行。并有将膜法SBR工艺应用于处理印染废水、CAST工艺应用于处理啤酒废水等报告。从应用情况来看，SBR是一种高效、经济、可靠、管理简便、适合中小水量污水处理的工艺，符合我国的国情，在我国有着广阔的应用前景。,5,第一节 概述,相对于传统的连接流活性污泥法，SBR工艺尚未处于发展完善的阶段，毕竟从SBR的再次兴起到现在不过十几年的时间，许多研究还属于刚起步阶段，在基础理论研究方面的SBR存在着较多的疑问，比如可同时脱氮、除磷的微生物机理、厌氧好氧的交替进行对微生物活性和种群分布的影响等；在工程应用方面缺乏科学、可靠的设计模式及成熟的运行管理经验，而SBR自身的特点间歇运行、自动化要求程度高，又增加了解决问题的难度和应用的局限性。目前，UNITANK和MSBR的出现在一定程度上反映了SBR工艺发展的趋向，它的一体化和组合式的设计思想代表了污水处理工艺最新的研究方向。UNTANK工艺不仅综合了传统活性污泥法和SBR工艺的优点，连续进水，连续出水，而且在总费用、脱氮除磷及污水的综合处理零排放方面均有很好的效果，在环境要求下不断提高而占地不断减少的今天，UNITANK工艺独特新颖的设计思想确实值得借鉴，并将代表污水生物处理的发展方向。,6,第二节 SBR工艺的技术特征,现行的研究认为Monod公式能较好地反映SBR中有机物的降解规律，以下以Monod公式为基础对DBR法的动力学进行分析。为了应用动力学模式和简化计算，有必要引入以下假设： （1）污水已经过良好的初次沉淀处理，进入曝气池的污水中，可生化基质是可溶性的； （2）在一个周期内，合成的微生物量与总的生物量相比可以忽略不计，即反应器中微生物总量近似不变； （3）一个运行周期开始前，反应器中底物浓度（即上一周期出水浓度）与原水浓度相比可以忽略不计； （4）在进水期，进水底物浓度积累占主导地位，Monod公式中KSS，反应期KSS； （5）以恒定的流量进水。 SBR工艺废水的降解主要发生在进水期和反应期，联系这两个阶段的中间变量是进水期末或反应期初的底物浓度SF，这是一个关键的变量。,7,第二节 SBR工艺的技术特征,1进水期 由Monod公式可知： （3-1） 式中 底物去除速度； X反应器中混合液活性污泥浓度； t时间； S反应器中底物浓度； K反应速率常数； Ks半速度常数。 根据基质物料平衡可得： （3-2） 式中 Q进水流量； SO进水底物浓度。,8,第二节 SBR工艺的技术特征,式中 Q进水流量； SO进水底物浓度。 由假设可知，生物总量XV=定值，即 （3-3） 式中 XV混合液体积最大时污泥浓度以MLVSS计； VO混合液最大体积或反应器有效容积； 由假设，进水期KSS，式（3-2）可化为： （3-4） 刚开始进水时（t=0），由假设（3）得： （3-5） 式中VF充水期结束时进水的体积； Se出水底物浓度。 当进水结束时（t=tF）， （3-6） 式中SF进水期结束或反应期开始时底物浓度。,9,第二节 SBR工艺的技术特征,将上述两个边界条件代入议程式（3-4），积分可得： （3-7） 由流量Q=VF/tF，定义充水比=VF/VO，则式（3-7）变为 （3-8） 引入“进水期污泥负荷”的概念，它的含义为“进水期单位活性污泥生物量在单位时间内所承受的有机物数量”，用公式表示即为： （3-9） 则式可表示为： （3-10） 2反应期 在反应期，进水Q=0，V恒为VO，则Monod模式可以表示为： （3-11） 令k=K/(Ks+S)K/Ks=常数。 用反应期始、末浓度表示式（3-11）可近似为： （3-12）,10,第二节 SBR工艺的技术特征,式中tR反应期时间 由于Se为数值很小的目标值，不妨设SeSF，且Se为一定值，则式可近似表达为： （3-13） 引入“反应期污泥负荷”的概念，它的含义是“反应期单位活性污泥微生物量在单位时间内所承受的有机物数量”，用公式表示即为： （3-14） 式（3-14）的意义是，对于不同的运行条件，如果处理要求一样，那么选择的反应期污泥负荷是一样的。,11,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,一、SBR的工艺流程 序批式活性污泥法是由按一定顺序间歇操作运行的SBR反应器组成的。SBR工艺的一个完整的操作过程，亦即每个SBR反应器在处理废水时的操作过程包括如下五个阶段：进水、反应、沉淀、出水、闲置。SBR法的运行工况是以间歇担任为主要特征。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顺排列、间歇的，由于污水都是连续排放且流量波动很大，这时SBR反应器至少有两个池或多个池（如图31），污水连续按序列进入每个SBR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反应器的运行操作，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、出水和闲置阶段，称为一个运行周期，如图32所示。这种操作周期是周而复始反复进行的，以达到不断进行污水处理的目的，在一个运行周期内，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，可见对于某一单一的SBR反应器来说，不存在空间上控制的障碍，只在时间上进行有效地控制和变换，即能达到多种功能的要求，非常灵活。,12,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,13,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,图3-2 SBR一个运行周期内的操作过程 单个SBR反应器集储水、曝气和沉淀于一体，间歇排污，而多个SBR反应器并联运行，可以做到连续排污。如图31所示，按操作顺序依次对每个SBR反应器进行充水，当处理系统中的最后一个反应器充水完成后，第一个反应器已完成整个运行周期并接着充水，如此循环往复运行，由图31也可以看出多个SBR反应器处理系统需要较多的控制阀门以控制水流方向和流量，因此SBR工艺大多适合处理水量较小的情形，如果应用于大水量的处理过程，则需自动化程度较高的控制系统，这也正是SBR工艺在发明之初未能得到应用的原因所在。,14,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,二、SBR工艺的操作过程 如前所述，一个SBR反应器的运行周期包括了五个阶段的操作过程，即进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期及闲置期。具体描述如下。 1进水期 进水期是反应池接纳污水的过程。由于充水开始之前是上一个周期的闲置期，所以此时的反应器中剩有高浓度的活性污泥混合液，这也就相当于传统活性污泥法中污泥回流的作用。充水所需的时间随处理规模和反应器容积的大小及被处理污水的水质而定，一般为几个小时。,15,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,SBR工艺间歇进水，即在每个运行周期之初将污水在一个较短的时间内投入反应器，待反应器充水到一定位置后(如池内充满水)再进行下一步的操作过程。因此，充水期内SBR池相当于一个变容反应器，混合液基质(污染物)浓度在存留污泥的上清液基质浓度的基础上逐步增大，直至充水期结束，曝气池充满，混合液基质浓度达到最大值。在污水的投加过程中，SBR反应器内也同时存在着污染物的混合及污染物被池中活性污泥吸附、吸收和氧化等作用。随着液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。由于在SBR工艺中，污水向反应9S的投入时间一般比较短，在充水时间里单位时间内向反应器投入的污染物数量比连续式活性污泥法大，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的积累。如果污水无毒性，基质浓度的积累可以增大反应期内的反应速度，但有一极值，即基质浓度增大到一定值后，反应速度不能再进一步增大；如果污水有毒性，但积累的基质最高浓度低于毒性抑制浓度时，也可以增大反应速度；如果污水有毒性，基质浓度也较高，则会因为充水期的基质积累形成反应受抑制。充水时间是进水期的一个重要工作参数，缩短充水时间可以提高混合液的基质浓度，因此在SBR工艺中需要控制充水时间，使反应能不受抑制的影响，同时又能获得较高的反应速度。,16,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,SBR的充水过程，不仅仅是水位的升高，同时也进行着重要的生化反应。在充水期间可以考虑对SBR反应器进行曝气、搅拌或静置，一般将SBR反应器在充水阶段采用的方式分为三类，即非限制曝气(一边曝气一边充水)、限制曝气(充水完毕后再开始曝气)、半限制曝气(充水后期曝气)。 采用非限制曝气时，在充水的同时进行曝气，使逐步向反应器投入的污染物能及时得到吸附、吸收和生物降解。因此，非限制曝气是限制基质在混合液中积累的有效方法，尤其适用于有毒废水的处理，但对于污水浓度不高、无毒性污水或需要污水脱氮时不适用。如果污水的基质浓度不高，采用非限制曝气方式，在充水期也存在着基质降解，从而使混合液中基质浓度增加不多，在反应期不能形成明显的浓度梯度，也易引起污泥膨胀。采用限制曝气方式，可以最大限度地提高混合液中的基质浓度，使反应过程中有一个较大的浓度梯度，这对低浓度污水抑制丝状污泥膨胀是有利的，同时能进行反硝化脱氮。由于限制曝气时反应器混合液中的溶解氧为零，在曝气供氧时的推动力也要比平时高2030，从而在一定程度上起着供氧和耗氧量的平衡作用而提高氧的利用率。不管采取何种方式，都是根据工艺要求和废水的性质作为整体的处理目标来决定的，这也是SBR工艺的一大特点，传统活性污泥法各构筑物和水泵的大小规格已定，要想改变反应时间和反应条件是很困难的。,17,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,2反应期 反应期是在进水期结束后或SBR反应器充满水后，进行曝气或搅拌以达到处理的目的(去除BOD、硝化、脱氮除磷)。 在反应阶段，活性污泥微生物周期性地处于高浓度及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，使其不仅具有良好的有机物处理效能，而且具有良好的除磷脱氮效果。在SBR反应器的运行过程中，随反应器内反应时间的延长，其基质浓度电由高到低变化，微生物经历了对数生长期、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。反应期所需的反应时间是一个很重要的工艺设计参数，其取值的大小将直接影响处理工艺运行周期的长短。反应时间可通过对不同类型的废水进行研究，求出不同时间内污染物浓度随时间的变化规律来确定。为了保证沉淀工序的效果，在反应工：序后期需进行短暂的微量曝气去除附着在污泥上的氮气。,18,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,在反应阶段最值得一提的是，虽然SBR反应器内的混合液呈完全混合状态，但在时间序列上是一个理想的推流式反应器装置。这可从两方面加以说明。一是就单个运行过程而言，反应器在停止进水后，进行曝气使微生物对有机质进行生物降解。虽然就反应器本身而言是属于完全混合型的，但由于在反应过程中反应器不进水，因而在反应器内存在一个污染物的浓度梯度，即F/M梯度。犹如传统推流式活性污泥法中沿反应器池长存在一个F/M梯度，所不同的是SBR反应器的这种F/M梯度是按时间序列变化的，而推流式反应器中的这种F/M梯度是按污水在反应器内流经的位置变化的。二是就整个处理系统而言，SBR处理工艺是严格地按推流式运行的。上一个运行周期内进入反应器的污水与下一个运行周期内进入反应器的污水是不相混的，即是按序批的方式进行反应的。因而SBR处理工艺是一种运行周期内完全混合、运行周期间序平推流的理想处理技术。,19,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,由反应器的理论可知，在完全混合反应器内，各部分的污染物浓度是均匀的，而且等于反应器出水中的污染物浓度。采用完全混合的方式可以对进入反应器的污染物浓度进行最大程度地稀释，限制污染物对微生物的抑制，但同时也会限制生物反应的速度，使单位池容积的转化率降低。而在推流式反应池内存在F/M梯度，即F/M沿池长方向从高到低变化。理想推流式反应器中不存在返混现象，因而在反应器起始端的污染物浓度大，反应速度大，全池的单位容积转化率高，保持了最大的推动力。SBR反应器在时间序列上的推流特性使得其对污染物质有优良的处理效果且具有良好的抗冲击负荷和防止活性污泥膨胀的性能。,20,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,3沉淀期 沉淀工序相应于传统活性污泥法的二沉池，在停止曝气和搅拌后，活性污泥絮体进行重力沉降和上清液分离。SBR反应器本身作为沉淀池，避免了在连续流活性污泥法中泥水混合液必须经过管道流入沉淀池沉淀的过程，从而也避免了使部分刚刚开始絮凝的活性污泥重新破碎的现象。此外，传统活性污泥法的二沉池是各种流向的沉降分离，而SBR工艺中污泥的沉降过程是在相对静止的状态下进行的，和理想沉淀池的假设条件十分相似，因而受外界的干扰甚小，具有沉降时间短、沉淀效率高的优点。 一般而言，构成活性污泥微生物的细菌可分为菌胶团和丝状菌，当菌胶团占优势时，污泥的絮凝和沉降性能较好；反之，当丝状菌占优势时，则污泥的沉降性能将出现恶化，易发生污泥的膨胀。SBR法处理工艺特有的性质使丝状菌的生长得到抑制，有效地防止污泥的膨胀问题，利于污泥的沉降和泥水分离。沉淀期所需的时间应根据污水的类型及处理要求而具体确定，一般为12h。,21,第三节 SBR的工艺流程及操作过程,4排水排泥期 排出活性污泥沉淀后的上清液，作为处理出水，一直排放到最低水位。反应池底部沉降的活性污泥大部分作为下个处理周期的回流污泥使用，过剩污泥（反应过程中生长而产生的污泥）被引出排放。一般而言，SBR法反应器中的活性污泥数量占反应器容积的30%左右。另外反应池中还剩下一部分处理水，可起循环水和稀释水的作用。 5闲置期 闲置期的作用是通过搅拌、曝气或静置使微生物恢复活性，并起到一定的反硝化作用而进行脱氮，为下一个运行周期创造良好的初始条件。通过闲置期后的活性污泥处于一种营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，因而一当进入下个运行周期的进水期时，活性污泥便可充分发挥其较强的吸附能力而有效地发挥其初始去除作用。闲置期的设置是保证SBR工艺处理水水质的重要内容，闲置期所需的时间也取决于所处理的污水种类、处理负荷和所要达到的处理效果。,22,第四节 工艺的主要性能特点,SBR工艺是一种简易、快速且低耗的废水生物处理工艺。19841985年，美国环保局与日本下水道理事会分别通过了对SBR法的技术评价报告书，充分肯定了其特有的优点。 1工艺简单、造价低 SBR工艺的主体工艺设备只有一个SBR反应器，它与普通活性污泥法工艺流程相比(如图3-3)，不需要另设二沉池及污泥回流设备，一般情况下不需设调节池，多数情况下可省去初沉池。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，另两个处理厂设初沉池。由于流程简单，相应地节省了基建费用和运行费用，而且布置紧凑，节省了占地面积。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。 2时间上具有理想的推流反应器的特性 这是SBR工艺的主要优点之一。SBR反应器的运行是一个典型的非稳定过程，在整个反应过程中，其底物（BOD）和微生物（MLSS）浓度的变化是不连续的。但是在连续曝气的反应阶段，其底物（BOD）和微生物（MLSS）浓度的变化是连续的。在此期间，虽然反应器内的混合液呈完全混合状态，但是底物与微生物浓度的变化在时间上是一个推流过程，并且呈现出理想的推流状态。,23,第四节 工艺的主要性能特点,在连续流反应器中，有完全混合式（CSTR）与椎流式(PF)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，从进水的最高浓度逐渐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一般要比间歇反应器相应的Tc和Vc大3倍。Ngwwn-Jem指出：如果为了去除生活污水中的有机物，用SBR法曝气15min就够了。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。,24,第四节 工艺的主要性能特点,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面地投加原污水（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。 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。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。 如果原污水中的P：BOD值太高，用普通厌氧/好氧法难以提高除磷率时，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。,25,第四节 工艺的主要性能特点,应当指出，由于SBR法污泥泥龄短，微生物的比增长速率大，其内源呼吸作用较弱，微生物细胞的合成代谢相对于其分解代谢占主导地位，因此用于合成细胞所需要的氮、磷量也较多，为BOD：N：P=100：6.2：1.1这个值高于传统的理论值100：5：1，更高于普通活性污泥法的需要量。这就是说，SBR法通过同化作用去除废水中的氮、磷也是不可忽视的。 4良好的污泥沉降性能 污泥膨胀问题是传统活性污泥法运行过程中经常发生且难以杜绝的令人棘手的问题。污泥膨胀绝大多数是由丝状菌的过度生长所造成的。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。 （1）反应器中存在较大的浓度梯度。提高底物浓度梯度（或F/M梯度）是控制污泥丝状菌生长的重要因素。完全混合式反应器中基本上不存在这种浓度梯度，极易发生污泥的膨胀；推流式反应器中底物的浓度梯度较大；不易发生膨胀：而SBR反应器在反应阶段处于时间上的理想推流状态，F/M梯度达到了理想的最大，因此它比普通推流式还不易膨胀。研究进一步表明，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。,26,第四节 工艺的主要性能特点,（2）缺氧(或厌氧)和好氧状态并存。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易膨胀。基制浓度s/(mg/L) 图3-4 混合培养微生物的选择竞争 1丝状菌Ks=(mg/L)，=0.2(L/h)； 2菌胶团菌Ks=50(mg/L)，=0.5(L/h),27,第四节 工艺的主要性能特点,（3）反应器中有较高的底物浓度，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。这两类竞争微生物的增殖曲线如图3-4所示，从图可知，由于丝状菌的饱和常数KS很小，使底物浓度对其比增殖速率的影响很小，即在很低的底物浓度下也具有较高的增殖速率，底物浓度达到一定程度之后，其比增殖速率就按近了最大值并不随底物浓度的最大而继续提高。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怕相同。因此，所以说SBR法没有利于丝状菌竞争的环境。 （4）泥龄短、比增长速率大。一般丝状菌的比增长速率比其他细菌小，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，使它在污泥龄泥的条件下就能满足出水质量要求，而污泥龄又使剩余污泥的排放速度大于丝状菌的增长速率，丝状菌无法大量繁殖。,28,第四节 工艺的主要性能特点,5对进水水质水量的波动具有较好的适应性 在一般的废水生物处理构筑物中，由于微生物对其生存环境条件要求比较严格，当进入处理系统的废水水质水量发生较大的波动时，处理效果将受到明显的影响。所以，在一般的废水生物处理工艺中，都要设置调节池以均化进水的水质水量。SBR反应器是集调节池、曝气池和沉淀池于一体的污水处理工艺，能承受较大的水质水量的波动，具有处理效果稳定的特点。 完全混合式曝气池比推流式曝气池具有更强的耐冲击负荷和抗有毒物质的能力。如上所述，虽然SBR法对于时间来说是一个理想的推流过程，但反应器本身的混合状态又保持了典型的完全混合特性。因此，它具有较强的耐冲击负荷能力。此外，SBR工艺在沉淀阶段属于静止沉淀，污泥沉降性能好且不需要进行污泥回流，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，显然更具有良好的抗冲击负荷能力。若采用一边进水一边曝气的非限量曝气运行方式，则更能大幅度地增强SBR工艺承受废水的毒性和高有机物浓度的能力。,29,第四节 工艺的主要性能特点,（1）进水期具有储存污水和混合的作用。在充水期内，污水进入SBR反应器后与存留的污泥混合。当采用非限量曝气方式时，即在充水期内就已经开始生物氧化降解作用。当采用限量曝气方式时，即使在充水期不产生含碳有机物的生物氧化作用，在整个充水期内所进入反应器的污水同样都集中在一个池内而得到充分的混合。实际上，充水容积成了调节池容积，充水时间越长，污水的调节时间就越长，因此，即使在充水时间里的污水浓度发生急剧波动，最终池内容纳的污水将处于充水时间内的平均浓度水平上，对于短时间（比充水时间短）的浓度冲击负荷，其峰值得到了消减。另外，如果污水量短期内突然增大，仅仅缩短了充水时间而对反应过程并无多大的影响。 （2）对高峰污染物浓度持续时间的分割作用。由于SBR工艺与一般的连续式活性污泥法不同。一般的连续式活性污泥法在污水高峰浓度的情况下全部污水进入曝气池，高峰浓度的持续时间就是曝气池受冲击负荷的时间。SBR是半连续时间就是曝气池受冲击负荷的时间，SBR是半连续式进水的，在实现多池并联工作的情况下，每个池都按预定的顺序依次进水，每一池充满水后，污水将转入第二池，第三池等，对每一个池子而言，只进入连续进水的一段，整个并联池系统将连续污水分割为若干段。如果污水出现高峰负荷形成冲击作用，其最大连续时间将水超过充水时间。持续时间长于充水时间的部分高负荷污水将转入另一个池子，从而人为地减少了对第一池的冲击负荷。充水时间越短，反应当受高峰负荷冲击的持续时间越短。,30,第四节 工艺的主要性能特点,（3）运行周期间污泥活性的补偿作用。活性污泥之所以能去除污水中的有机污染物，其直接作用在于生物污泥对于有机物的吸附和吸收作用以及随之而发生的生物降解作用。有机物被微生物氧化降解的程度取决了污染物被处理的程度。提高生物氧化程度，污泥活性越高，其吸附和吸收能力也越强；反之则弱。在SBR工艺系统中，同一曝气池同一运行周期内由于经一定时间的闲置过 程，使污泥的活性得到了充分的恢复，而使其在下一个运行周期内具有较强的上述吸附和吸收能力。此外，同一曝气池在不同运行周期间，若上一周期的污染物负荷较高，而下一个周期的污染物负荷较低，则污泥的活性也可得到良好的恢复而保持其稳定的处理效果。,31,第五节 SBR工艺的设备和装置,序批（间歇）式活性污泥法，是在20世纪80年代随着各种新型的不堵塞曝气器、新型浮动式出水堰（滗水器，撇水器）和自动监控硬设备和软件技术的出现而发展的。特别是在计算机和生物量化技术的支持下，才真正显示出优势，并陆续得到开发和应用。所以，新型的设备、仪表是SBR工艺的关键组成部分。SBR工艺的主要设备介绍如下： 一、鼓风设备 在污水生物处理工艺中主要有两种曝气类型：鼓风曝气和机械曝气，SBR工艺多采用鼓风曝气系统。鼓风机是鼓风曝气系统的重要设备，为曝气系统提供压缩空气，常用的有罗茨和离心鼓风机。 1罗茨鼓风机 罗茨鼓风机是容积式气体压缩机中的一种。其特点是：在最高设计压力范围内，管网阻力变化时，流量变化很小，工作适应性较强，故在流量要求稳定而阻力变动幅度较大的工作场合，可予自动调节，且叶轮与机体之间具有一定间歇而不直接接触，结构简单，制造维护方便。风机壳体制成气冷和水冷两种结构。静压力49000Pa（5000mmH2O）的为气冷结构，静压力49000Pa(5000mmH2O)的为水冷结构。 常用的罗茨鼓风机有三叶和低噪声两种。,32,第五节 SBR工艺的设备和装置,2离心式鼓风机 离心式鼓风机是一种叶片式气体压缩机，与定容式鼓风机相比，具有空气动力性能稳定，振动小，噪声低的特点，离心式鼓风机分为低速多极、离速多级和高速单级等形式。在结构上，多级高速和多次低速离心鼓风机采用电机直接驱动下，通过多级叶轮串联的方式逐级增压，单级高速和多级高速离心鼓风机需通过增速机构传动的方式提高风压。 二、曝气装置 曝气设备是活性污泥处理法的核心部分，SBR法采用的是时间控制上的厌氧好氧操作，要求厌氧搅拌和好氧曝气在一个区间内完成。有一些SBR法采用曝气和搅拌设备分区域分排交替布置，但这对曝气和搅拌均有影响，设备利用率低，能耗也较大。 SBR工艺常用的曝气设备是微孔曝气器。微孔曝气器也称多孔性空气扩散装置，采用多孔性材料如陶粒、粗瓷等掺以适当的如酚醛树脂一类的粘合剂，在高温下烧结成扩散板、扩散管及扩散罩的形式。它的主要性能特点是产生微小气泡，气、液接触面大，氧利用率高；缺点是气压损失大，易堵塞。,33,第五节 SBR工艺的设备和装置,按照安装的形式，微孔曝气器可分为固定式和提升式两大类。 近年来，在射流曝气器的基础上，同相射流和异相射流（厌氧搅拌和好氧曝气）两用曝气器的研究有了很大发展，并成功地应用于SBR法处理城市污水中，尤其在除磷脱氮的深度污水处理中，更发挥出了它的作用。 两用曝气器是在异相射流（水-气）曝气器的基础上又增加了同相射流的功能，因此具有好氧曝气和厌氧搅拌的双重功能。 两用曝气器是最适合SBR法的专用设备。由于各国对各种控制参数和氧吸收率的研究不断发展，两用曝气器的形式也在不断的变化。美国最先进的空穴式曝气机甚至能达到气浮要求的微气泡直径。日本已有直径达到25mm以上的新型喷嘴在SBR法污水处理厂中使用，运行良好。实践证明，两用曝气器用在SBR法反应池吕，能灵活地实现A/O、多段A/O、A2/O等工艺操作完成脱碳、脱磷、脱氮的任务，并能起到抑制污泥膨胀的作用。,34,第五节 SBR工艺的设备和装置,三、滗水器 SBR工艺的最根本特点是单个反应器的排水形式均采用静止沉淀、集中排水的方式运行，排水时池中的水位是变化的，为了保证排水时不会扰动池中各水层，使排出上清液始终位J：最上层。这就要求使用一种能随水位变化而可调节的出水堰，又叫滗水器或撇水器，为了防止浮渣进入，现在都要求将排水口淹没在水面下一定深度，所以叫滗水器比较合适。 滗水器是随着SBR而发展起来的。早期的SBR系统采用手动形式进行滗水，如采用在反应器不同高度上安装排水阀门或排水泵，根据反应的周期要求定时、定量排出处理后的污水。这种滗水方式仅适用于小型的污水处理设施，其滗水效果不理想，大型的污水处理系统无法采用。 滗水器的形式有很多。从传动形式上可分为机械式、自动式及两种方式的组合；从运行方式上分有虹吸式、浮筒式、套筒式、旋转式；从堰口形式上分有直堰式和弧堰式等。除虹吸式滗水器只有自动式一种传动方式外，其余三种运行方式的滗水器都有机械、自动和组合的传动方式。滗水器的工作形式如图3-9所示。,35,第五节 SBR工艺的设备和装置,从应用效果来看，单纯的机械式调节堰，由于动力消耗大，机械部分多，寿命较短，使用有一定的限制。自动式滗水器由寸：堰的浮力很难于出水流量、水位变化的水流达到动态平衡，且反应灵敏度低，不易控制。所以只适用于一些较小规模的SBR法污水处理厂。组合式滗水器，由于集中了机械式准确、易控制和自动式节能的优点。目前，国外大型污水厂多采用这种形式的滗水器。 组合式滗水器在设计时，尽量使滗水器在各个运动位置时的重力与水的浮力相平衡，又采用小功率的机械装置，按定的程序，控制出水口移动的速率，这样既利用了水的浮力，又能实行滗水器的随机控制。滗水器堰口以厂都要求有一段能变形的特殊管道。浮筒式采用胶管、波纹管等实现变形；套筒式靠粗细两段管道之间的伸缩滑动来适应堰口的升降：而旋转式则是靠回转密封接头来联结两段管道以保证堰口的运动。 滗水器的组成一般分为收水装置、连接装置及传动装置。收水装置设有挡板、进水口及浮子等，其主要作JH足将处理好的上清液收集到滗水3S中，再通过导管排放，由于滗水叫瞬时流量较大，在滗水时，既要使水顺利通过，又要使反应器中的沉淀不受扰动，更不能使污泥随水流出。因此收水装置的设计是十分重要的，特别是在虹吸式、自流式滗水器中尤为重要。滗水器的连续装置是滗水器的又一关键部位，滗水器在排水中需要不断地转动，其连接装置既要保证运转自由，同时又要保证密封性。滗水器的传动装置是保证滗水器正常动作的关键，不论是采用液压式还是机械式的传动，均需要同自控和污水处理系统进行有机的结合，通过自动的程控滗水动作。滗水器的工作原理及特点如表32所示。,36,第五节 SBR工艺的设备和装置,四、水下推进器 水下推进器的作用主要是搅拌和堆流，与鼓风机系统相结合应用于SBR，一方面使混合搅拌均匀；另一方面，在曝气供氧停止、系统转至兼氧状态下运行时，能使池中活性污泥处于悬浮状态。这利应用主要是由于射流曝气器一般适用于较小水量的曝气，而在较大水量的应用上有局限性。水下推进器的构造与性能参数可分别见图310和表39。 五、溶解氧（DO）自动连续快速在线分析仪 SBR法的底物（MLSS）变化是随时间的变化呈理想推流过程，耗氧速率（OVR）也应和底物浓度同步变化。即要求DO浓度尽可能维持一个常数，一般认为曝气阶段DO浓度应维持在1.52mg/L比较经济合理，这就要求在曝气阶段进行非均匀渐减供气。必须设置能自动连续快速在线监测DO浓度的分析仪表，反馈控制同风机和水泵的开度，通过两用喷嘴实现非均匀渐减曝气并可大量节能。 DO的测定一般用薄膜法和碘量法，而这种晨线分析仪就是利用了薄膜电极法。薄膜电极法可以克服碘量法无法克服的元素干扰，又适合电极法测