SBR及其改良工艺

LOGOSBR及其改良工艺的特点分析及工程应用和存在的问题环境与市政工程系Ms.Xie2009年5月(SequencingBatchReator,SBR)工艺及发展序批式活性污泥法是由美国Irvine在20世纪70年代初开发的；80年代初出现了连续进水的ICEAS工艺；随之Goranzy教授开发了CASS和CAST工艺；90年代比利时的SEGHERS公司又开发了UNITANK系统，把经典SBR的时间推流与连续系统的空间推流结合了起来。序列间歇式的两种含义空间上是按序排列、间歇的如下图（处理生活污水的三池SBR系统）1时间上是按次序列的、间歇的如右图（SBR一个周期操作过程）2工艺的特点工艺简单，节省费用理想的推流过程使生化反应推力大运行方式灵活，脱氮除磷效果好防止污泥膨胀的最好工艺耐冲击负荷、处理能力强SBR的五大优点、工艺简单，节省费用。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、生化反应推动力大。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(plugflow)过程，并且呈现出理想的推流状态——从进水的最高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。3、脱氮除磷效果好。容易实现好氧、缺氧与厌氧状态交替的环境条件.而且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。经典SBR工艺的特点、防止污泥膨胀最好的工艺。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。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，且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,在低底物浓度的环境中(如完全混合式曝气池)往往占优势。d.泥龄短、比增长速率大。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。5、耐冲击负荷能力强。SBR工艺对水质变化并不敏感，一般在生化反应可接受范围内均能适应；但水量变化对工艺的影响则较大。因为水量的变化会带来系统曝气的不均匀性问题，或是影响到单系列的运行周期从而影响处理效果。经典SBR工艺的特点工艺的工程应用适用规模尽管SBR在大、中、小型污水处理厂中均有应用，但受工艺特点和设备性能参数的限制，SBR工艺反应池数量较多，监控、调节较复杂，对系统控制、设备维护保养要求较高。目前，从我国滗水器的性能质量、自控系统及运行管理水平的角度考虑，SBR工艺较适合处理规模在15万m3/d以下的中、小型污水厂。处理效果不增加化学处理，SBR工艺能达《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B标准。但若需采用化学除磷以达更好的出水水质，则该工艺不如其它具有独立二沉池的工艺易操作，主要问题是药剂投加和混合的均匀性较难实现，并且需要与运行周期的阶段控制相联动和连锁，增加了自控系统的难度和运行的不稳定性。设计规模5万m3/d10万~20万m3/d20万m3/d5万~10万m3/d至2006年底，我国投产并运行SBR工艺（包括CAST、DAT-IAT、ICEAS、CASS和MSBR等改良SBR工艺）的城市污水处理厂约有130座。工艺存在的问题理论课题•污泥的非稳定状态下,活性污泥中微生物的代谢理论;•SBR的需氧与供氧;•脱氮除磷的微生物机理研究;•SBR处理工业废水过程控制的基础研究等。•连续进水时，对于单一SBR反应器需要较大的调节池；•SBR法操作的实时控制在线取样、操作系统以及自动操作管理;•关键部件的质量不过关(曝气器、滗水器、自控仪表等)；•设备选型与工艺运行模式的协调性。实践课题工艺——连续进水、周期排水，延时曝气活性污泥法ICEAS工艺，每个池子分为预反应区和主反应区两部分,预反应区一般处于缺氧状态,主反应区是曝气反应的主体。采用连续进水系统,减少了运行操作的复杂性,故适用于较大规模的污水处理。ICEAS工艺简介研发背景：经典SBR反应器的间歇运行会带来曝气、搅拌、排水等设备的利用率不高的问题。考虑到其间歇进水给操作带来的麻烦因而进行了改进，工艺上采用连续进水、间歇排水的运行方式。沉淀性能：ICEAS的沉淀会受到进水扰动,破坏了其成为理想沉淀的条件。克服扰动的措施——将池设计成长方形。b.推流性能：由于连续进水,ICEAS部分丧失了SBR的理想推流和对难降解物质去除率高的优点,而且不易控制污泥膨胀的发生,应设置选择区。a.控制简单：连续进水，不用进水阀门之间切换,适用于较大型污水处理厂。与经典SBR工艺相比,ICEAS工艺的优缺点有：改良型SBR工艺之一ICEAS工艺缺点优点工艺的基础上开发出来的。一定程度上改进了ICEAS工艺污泥膨胀及沉淀扰动的问题。通常CASS分为三个反应区:生物选择器(DO0.2mg/L)、缺氧区(DO0.5mg/L)、好氧区(DO=(2~3)mg/L。CASS工艺包括充水-曝气、充水-泥水分离滗水和充水-闲置等四个阶段。改良型SBR工艺之二CASS工艺反应器特点：与ICEAS相比，预反应区容积较小，并设计成更加优化合理的生物选择器，而且增加了活性污泥的回流。运行特点：CASS工艺运行时边进水边曝气，同时将主反应区的污泥回流至生物选择器。在沉淀阶段停止曝气，但是在沉淀过程中不仅不停止进水，而目污泥回流系统也不停止。CyclicActivatedSludgeSystem(循环式活性污泥法)CASS反应池图、稳定性2、污泥回流3、经济性比较与经典SBR相比，CASS工艺设污泥回流，增加了系统运行费用。且CASS工艺要求的自动化程度更高。在主反应池末端设有潜水泵，污泥通过潜水泵不断从主曝气区抽送至生物选择器中。污泥回流可以有效防止污泥膨胀的产生。生物选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用，增加了系统运行的稳定性。与经典SBR相比，CASS工艺特点：改良型SBR工艺之二CASS工艺研发背景:UNITANK工艺是1987年INTERBREW与KULeuven基于三沟式氧化沟结构提出的一种活性污泥法污水处理新技术，该工艺集合了传统活性污泥法和SBR运行模式的优点，把连续系统的空间推流与SBR法的时间推流生化处理过程合二为一，整个系统连续进水和连续出水，而单个池子相对为间歇进水和间歇排水，通过灵活的时间和空间控制，适当改变曝气搅拌方式和增大水力停留时间，可达到脱氮除磷效果。改良型SBR工艺之三UNITANK工艺典型的单段UNITANK系统由一个矩形反应池组成，此矩形反应池被分为三格方池结构。三池之间通过隔墙开口实现水力导通，每个单元池中设有曝气系统和搅拌器，在两侧单元池设固定溢流出水堰和剩余污泥排放口，该二池交替作为曝气池和沉淀池，但中间单元池只作曝气池。反应器结构工艺单段好氧运行过程：每个运行周期包括两个主体运行阶段，这两个阶段的运行过程完全相同，是相互对称的。第一个主体运行阶段包括以下过程:1、自污水首先进入左侧池内，因该池在上个主体运行阶段作为沉淀池运行时积累了大量经过再生、具有较高吸附及活性的污泥，污泥浓度较高，因而可以高效降解污水中的有机物；2、混合液同时自左向右通过始终作曝气池使用的中间池，继续曝气，有机物得到进一步降解，同时在推流过程中，左侧池内活性污泥进入中间池，再进入右侧池，使污泥在各池内重新分配；3、混合液进入作为沉淀池的右侧池，处理后出水通过溢流堰排放，也可在此排放剩余污泥。第一个主体运行阶段结束后，通过一个短暂的过渡段，即进入第二个主体运行阶段。第二个主体运行阶段过程改为污水从右侧池进入系统，混合液通过中间池再进入作为沉淀池的左侧池，水流方向相反，操作过程相同。与其它SBR最大不同之处：可在恒定水位下连续运行。（右图为好氧处理系统）高效性：系统中反应池有效容积能得到连续使用，不需设置闲置阶段，出水堰是固定的，不需设置浮式撇水器。经济性：（1）三个矩形池之间水力相通，中间池壁不受单向水压，所以土建省，占地也很省；（2）各池之间采用渠道配水，并在恒水位下交替运行，减少管道、阀门、水泵等设备的数量，水头损失小，降低了运行成本。改良型SBR工艺之三UNITANK工艺UNITANK工艺存在的问题：UNITANK工艺优点：•无专门的厌氧区，磷去除效果不理想；•系统管道布置复杂，需要大量的电动进水与空气阀门以及剩余污泥阀门，切换过于频繁，故需要较高的自动监测和自动控制水平；•边池总有一段时间兼作沉淀池，而中池总作为曝气池，污水从池子第一池朝第三池流动时，把大量污泥带入到第三池中，从而造成边池污泥浓度远远高于中池，导致池容利用率和处理能力降低。•缺乏准确的数学模型来实现UNITANK系统更高层次的自动控制；个串联的反应池组成，即需氧池(DemandAerationTank简称DAT池和间歇曝气池(IntermittentAerationTank简称IAT池)组成，一般情况DAT池连续进水、连续曝气，其出水进入IAT池，在此可完成曝气、沉淀、滗水和排出剩余污泥。一部份剩余污泥由IAT池回流到DAT池。1、SBR工艺是间歇进水、间歇曝气，这不仅使曝气阶段反应池的利用率降低，而目鼓风曝气机由于间歇运转，其额定风量和功率也比较高，整个工艺的运行变得不够稳定;2、原污水间歇进入反应池，需要安装较为复杂的顺序进水闸阀及自控系统;3、当进水量较大时，SBR工艺需要多套反应池并联运行，增加了系统的复杂性;4、对于一些高浓度的难降解有机废水需要较长的反应时间。（为解决经典SBR存在的以下问题）增加了工艺处理的稳定性。DAT起到了水力均衡和防止连续进水对出水水质的影响，特别是在处理高浓度工业废水时，DAT连续曝气加强了系统对难降解有机物的降解，也使整个系统更接近于完全混合式。提高了池容的利用率。由于DAT-IAT中DAT池连续曝气和IAT的间歇曝气，使该工艺方法的曝气容积比是最高的，达66.7%。提高了设备的利用率。由于DAT池连续进水，因此不需要增设进水的闸阀及自控装置；DAT池连续曝气，减少了整个系统的曝气强度，提高了曝气装置的利用率，所需鼓风机的功率也减小了。改良型SBR工艺之四DAT-IAT工艺DAT-IAT工艺优点：增加了整个系统的灵活性。DAT-IAT系统可以根据进出水量，水质变化来调整DAT池与IAT池的工作状态和IAT池的运转周期；同时也可根据脱氮除磷要求，调整曝气时间，调整缺氧、厌氧状态。