王凱軍， 宋英豪
?(北京市環境保護科學研究院， 北京 100037)

　　摘　要：對各種類型SBR工藝的發展和應用進行了綜述，分析了其發展演變情況，歸納了經典及新型SBR工藝的特點。
　　關鍵詞：污水處理； SBR工藝；ICEAS工藝；CASS工藝；UNITANK工藝
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1000-4602(2002)07-0023-04

　　序批式活性污泥法(SBR)是由美國Irvine在20世紀70年代初開發的，80年代初出現了連續進水的ICEAS工藝，隨之Goranzy教授開發了CASS和CAST工藝，90年代比利時的SEGHERS公司又開發了UNITANK系統，把經典SBR的時間推流與連續系統的空間推流結合了起來。我國也于80年代中期開始對SBR進行研究，目前應用已比較廣泛。

1 工藝特點及分析

　　SBR工藝是通過在時間上的交替來實現傳統活性污泥法的整個運行過程，它在流程上只有一個基本單元，將調節池、曝氣池和二沉池的功能集于一池，進行水質水量調節、微生物降解有機物和固液分離等。經典SBR反應器的運行過程為：進水→曝氣→沉淀→潷水→待機。
1.1　 優點
　　通過分析可將SBR反應器的優點歸納如表1。

表1 　SBR工藝的優點 優 點 機 理 沉淀性能好 理想沉淀理論 有機物去除效率高 理想推流狀態 提高難降解廢水的處理效率 生態環境多樣性 抑制絲狀菌膨脹 選擇性準則 可以除磷脫氮，不需要新增反應器 生態環境多樣性 不需二沉池和污泥回流，工藝簡單 結構本身特點

1.2 理論分析
　　SBR反應器充分利用了生物反應過程和單元操作過程的基本原理。
　　① 流態理論
　　由于SBR在時間上的不可逆性，根本不存在返混現象，所以屬于理想推流式反應器。
　　② 理想沉淀理論?
　　其沉淀效果好是因為充分利用了靜態沉淀原理。經典的SBR反應器在沉淀過程中沒有進水的擾動，屬于理想沉淀狀態。?
　　③ 推流反應器理論?
　　假設在推流式和完全混合式反應器中有機物降解服從一級反應，那么在相同的污泥濃度下，兩種反應器達到相同的去除率時所需反應器容積比則為：?
　　V_完全混合／V_推流=［(1-(1／1-η)］／［ln(1-η)］　　　　(1)?
　　式中η——去除率?
　　從數學上可證明當去除率趨于零時V_完全混合/V_推流等于1，其他情況下(V_完全混合/V_推流)＞1，就是說達到相同的去除率時推流式反應器要比完全混合式反應器所需要的體積小，表明推流式的處理效果要比完全混合式好。?
　　④ 選擇性準則
　　1973年Chudoba等人提出了在活性污泥混合培養中的動力學選擇性準則，這個理論是基于不同種屬的微生物在Monod方程中的參數(KS、μmax)不同，并且不同基質的生長速度常數也不同。Monod方程可以寫成：?
　　　　　dX/Xdt=μ=μmax[S/(KS+S)] (2)?
　　式中 ?X——生物體濃度
　　　　　 S——生長限制性基質濃度?
　　　　　 Ks——飽和或半速度常數?
　　　　　 μ、μmax——分別為實際和最大比增長速率
　　按照Chudoba所提出的理論，具有低KS和μmax值的微生物在混合培養的曝氣池中，當基質濃度很低時其生長速率高并占有優勢，而基質濃度高時則恰好相反。Chudoba認為大多數絲狀菌的KS和μmax值比較低，而菌膠團細菌的KS和μmax值比較高，這也解釋了完全混合曝氣池容易發生污泥膨脹的原因。有機物濃度在推流式曝氣池的整個池長上具有一定的濃度梯度，使得大部分情況下絮狀菌的生長速率都大于絲狀菌，只有在反應末期絮狀菌的生長沒有絲狀菌快，但絲狀菌短時間內的優勢生長并不會引起污泥膨脹。因此，SBR系統具有防止污泥膨脹的功能。
　　⑤ 微生物環境的多樣性?
　　SBR反應器對有機物去除效果較好，而對難降解有機物降解效果好是因其在生態環境上具有多樣性，具體講可以形成厭氧、缺氧和好氧等多種生態條件，從而有利于有機物的降解。?
1.3 缺點
　　① 連續進水時，對于單一SBR反應器需要較大的調節池。
　　② 對于多個SBR反應器，其進水和排水的閥門自動切換頻繁。?
　　③ 無法達到大型污水處理項目之連續進水、出水的要求。?
　　④ 設備的閑置率較高。?
　　⑤ 污水提升水頭損失較大。?
　　⑥ 如果需要后處理，則需要較大容積的調節池。

2　新型SBR工藝及其特點

　　由于SBR工藝在時間和空間上的特點形成了其運行操作上的靈活性，故相繼開發了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工藝。?
2.1 工藝類型
　　① ICEAS工藝
　　ICEAS工藝的基本單元是兩個矩形池為一組的反應器。每個池子分為預反應區和主反應區兩部分，預反應區一般處于缺氧狀態，主反應區是曝氣反應的主體。?
　　ICEAS的優點是采用連續進水系統，減少了運行操作的復雜性，故適用于較大規模的污水處理，但其在工藝改進的同時也喪失了表1列出的5種優點，僅僅保留了SBR反應器的結構特征 。
　　與經典SBR工藝相比，ICEAS工藝具以下特點：
　　a.沉淀特性不同
　　ICEAS的沉淀會受到進水擾動，破壞了其成為理想沉淀的條件。為了減少進水帶來的擾動，一般將池子設計成長方形，使出水近似于平流沉淀池。?
　　b.理想推流性能和污泥膨脹的控制
　　由于連續進水，ICEAS喪失了經典SBR的理想推流和對難降解物質去除率高的優點，而且不能控制污泥膨脹的發生，所以需要設置選擇區。?
　　c.因連續進水而適用于較大型污水處理廠
　　連續進水不用進水閥門之間切換，控制簡單，從而可應用于較大型的污水廠。
　　② CASS工藝
　　CASS工藝是在ICEAS工藝的基礎上開發出來的。通常CASS分為三個反應區：生物選擇器、缺氧區、好氧區(見圖1)。生物選擇器是設置在CASS前端的小容積區，通常在厭氧或兼氧條件下運行，其基本功能是防止產生污泥膨脹，同時還具有促進磷的進一步 釋放和強化反硝化的作用，另外在這個區內的難降解大分子物質易發生水解作用，這對提高有機物的去除率具有一定的促進作用。主反應區則是去除有機底物的主場所，運行過程中通常將主反應區的曝氣強度加以控制以使反應區內主體溶液處于好氧狀態，完成降解有機物的過程。?

　　在池末端設有潛水泵，污泥通過潛水泵不斷從主曝氣區抽送至生物選擇器中。CASS生物選擇器及缺氧區的設置和污泥回流的措施保證了活性污泥不斷地在選擇器中經歷一個高絮體負荷(S₀/X₀)階段，從而有利于系統中絮凝性細菌的生長，進一步有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖。CASS工藝在沉淀階段不進水以保證污泥沉降無水力干擾，可以進一步保證系統有良好的分離作用。
　　CASS工藝與ICEAS工藝相類似，但是通過設置選擇器、預反應區和污泥回流等措施可以起到控制污泥膨脹、增大有機物的去除率和除磷脫氮的作用，同時通過多個反應器的組合創造了靜止沉淀的條件。?
　　③ UNITANK工藝?
　　UNITANK的通用形式是采用三個池子的標準系統，這三個池子通過共壁上的開孔實現水力連接，無需用泵輸送(見圖2)。?

　　每個池中都裝有曝氣系統(可以是表曝也可以是鼓風曝氣)，同時外面的兩個池子都裝有溢流堰用于排水，既可以用作反應區也可以用作沉淀池。每個池子都可以進水，剩余污泥也是從邊緣兩個作沉淀池的池子排出。與傳統活性污泥法一樣，UNITANK系統是連續運行的，但是其單個池子是按一定周期運行的。?
　　UNITANK系統可在恒定水位下連續運行，此時從整個系統來看它已經不屬于SBR了，與交替運轉的三溝式氧化溝非常相似，更接近于傳統的活性污泥法，這是該工藝最為顯著的一個特點；UNITANK也可在恒水位下交替運行，出水采用固定堰而不是潷水器，在任一時刻總有一個池子作為沉淀池，這個沉淀池相當于平流式沉淀池，所以在設計上需要滿足平流沉淀池的功能，
　　這是UNITANK的第二個特點；標準的UNITANK系統是由三個正方形池所組成，彌補了單個反應器完全混合的不足，這是其第三個特點。?
　　④ 其他SBR工藝
　　UNITANK最突出的問題是由于中池和邊池的位置不同而使邊池總有一段時間兼作沉淀池，而中池總是作為曝氣池，從而造成邊池污泥濃度遠遠高于中池，為此提出LUCAS工藝。?
　　LUCAS工藝最為顯著的特點是四個反應器(也可采用兩個或三個反應器)的作用完全對等，采用輪換的方式分別作為曝氣池和沉淀池(見圖3)，所以可避免中池污泥濃度過低而邊池污泥濃度過高所造成的設備利用率降低等一系列問題。另外，采用四個池子串聯運行使反應器的流態接近推流式曝氣池。LUCAS工藝既保留了UNITANK工藝的優點又克服了其缺點，是新一代反應器。

　　還有一些其他類型的SBR工藝，如MSBR、DAT—IAT、IDEA、膜法SBR等。
2.2 工藝比較
　　大部分新型SBR仍然擁有經典SBR的主要特點，并且還形成了一些獨特的優點(見表2)。

表2 不同類型SBR工藝的特點 特 點 經典SBR ICEAS CASS UNITANK 沉淀性能好，處于理想沉淀狀態 是 不 不 不 抑制污泥膨脹(選擇性準則) 強 弱(設選擇池改善) 弱(設預反應段改善) 弱 處理難降解廢水效率高(生態多樣性) 強 弱 弱(設預反應段改善) 非常弱 除磷脫氮性能(厭氧、缺氧和好氧等多種狀態) 除N、P 除N 除N、P 　 理想推流狀態，有機物去除率高 是 不 不 不 不需二沉池和污泥回流，工藝簡單 是 是 僅需回流 是 連續進水 不 是 是 是 連續出水 不 不 不 是 注： UNITANK的布置比較緊湊，但是流程比其他的SBR要復雜。

　　由表2可見在新型SBR中經典SBR的優點在一定程度上被弱化，同時由于改進的SBR吸收了傳統活性污泥的特點，出現了連續進水、連續出水和帶回流污泥的SBR反應器以及UNITANK新型綜合性工藝。不同類型的SBR反應器的優點是不同的，因此在進行工藝選擇和設計計算時應當注意。

參考文獻：

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　　收稿日期：2001-11-29