SBBR工藝研究進(jìn)展

陳輔強(qiáng)

(山西省建設(shè)信息中心，山西太原 030013)

SBBR工藝，英文名稱(chēng)有多種，如Sequencing Batch Biofilm Reactor，Periodic Submerged Filter等，中文名稱(chēng)序批式生物膜反應(yīng)器或周期性懸浮填料反應(yīng)器等。SBBR工藝是SBR工藝的一種改良，因此每個(gè)運(yùn)行周期仍保留了傳統(tǒng)SBR工藝的三個(gè)階段:進(jìn)水階段、反應(yīng)階段、排水階段［1］，是一種可控制的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工藝。由于SBBR可根據(jù)不同水質(zhì)選擇不同的填充固定填料、流化填料或微孔膜(見(jiàn)圖1)，從而在微生物環(huán)境、微生物群體的優(yōu)勢(shì)組分及活性等方面具有傳統(tǒng)活性污泥法SBR工藝不可比擬的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型廢水的高效去除。本文從SBBR的特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用和機(jī)理等方面展開(kāi)討論。

圖1 SBBR分類(lèi)圖

1 SBBR工藝特點(diǎn)

SBBR工藝結(jié)合了SBR工藝、生物膜工藝以及膜分離技術(shù)的特點(diǎn)，既具有SBR優(yōu)點(diǎn)，又具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)［2］。1)多樣的生物相:SBBR中的微生物附著在填料上生長(zhǎng)，易于生長(zhǎng)繁殖，通過(guò)進(jìn)水、反應(yīng)、排水三個(gè)間歇式的運(yùn)行階段使得生物膜上的微生物均勻分布，這樣增殖速度慢，世代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌和較高級(jí)的微生物能棲息在不同膜層上。同時(shí)多種微生物的棲息，在生物膜上形成較長(zhǎng)的食物鏈，使工藝具有較強(qiáng)的脫氮除磷效果。2)耐沖擊負(fù)荷。間歇式的運(yùn)行方式造成膜層間微生物生物活性更高，生長(zhǎng)速率更快，單位反應(yīng)器容積內(nèi)的生物量高，可達(dá)活性污泥法的5倍～20倍，這使得微生物對(duì)進(jìn)水底物具有較強(qiáng)的快速吸附作用，提高了系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)水量變化的應(yīng)變能力，增強(qiáng)了工藝整體的穩(wěn)定性。3)節(jié)省工藝流程和運(yùn)行費(fèi)用。由于反應(yīng)器的間歇停止起到了二沉池的作用，因此不需要建設(shè)普通活性污泥法處理中的二沉池，減少了占地面積，降低了基建投資。在運(yùn)行過(guò)程中，SBBR工藝不設(shè)污泥回流，降低了運(yùn)行費(fèi)用;生物膜系統(tǒng)也避免了污泥膨脹，而且產(chǎn)生的剩余污泥產(chǎn)量少，降低了污泥處理與處置費(fèi)用。

2 SBBR工藝研究進(jìn)展

1)國(guó)外研究現(xiàn)狀。國(guó)外學(xué)者研究SBBR工藝主要用于處理有毒、有害、難降解廢水。C．Di Iaconi等［3］利用SBBR工藝結(jié)合臭氧工藝處理高濃度制革廢水。實(shí)驗(yàn)進(jìn)水COD濃度不小于3 500 mg/L，NH4-N濃度在200 mg/L～300 mg/L之間。反應(yīng)實(shí)驗(yàn)控制在常溫20℃，填料選用具有歐洲專(zhuān)利的KMT填料，長(zhǎng)7 mm，直徑11 mm，表面積450 m2/m3，密度0．95 g/cm3，通過(guò)外循環(huán)來(lái)保證底物和生物體在反應(yīng)器內(nèi)的一致分布，曝氣使用純?nèi)芙庋跻员泐A(yù)處理水體中的脂肪、碳水化合物等雜質(zhì)，臭氧量固定在0．8 A和100 L/h。實(shí)驗(yàn)反應(yīng)控制在8 h，進(jìn)水、缺氧、好氧及出水時(shí)間控制在不同時(shí)間。當(dāng)反應(yīng)負(fù)荷從1．6 kg COD/(m3·d)提高到3 kg COD/(m3·d)，COD、氨氮和TSS的去除率分別在92%，98%和100%，顯示出SBBR工藝在處理高濃度制革廢水時(shí)，具有良好的耐沖擊負(fù)荷能力及高效的處理能力。S．Venkata Mohan等利用顆粒活性炭(GAC)［4］作為填料，處理由10個(gè)化工廠收集到的混合廢水，廢水進(jìn)水水質(zhì)COD 6 000 mg/L，BOD 2 600 mg/L，硫酸鹽1 750 mg/L。反應(yīng)器采用的高與直徑比(H=0．22 m，d=0．07 m)H/d ＞3，實(shí)驗(yàn)水力停留時(shí)間(HRT)24 h，反應(yīng)溫度在(26±2)℃。初始容積負(fù)荷控制在1．7 kg COD/(m3·d)，COD濃度已表現(xiàn)出較高的去除率，達(dá)到78%，即使容積負(fù)荷達(dá)到3．5 kg COD/(m3·d)，5．5 kg COD/(m3·d)時(shí)，COD去除率仍然達(dá)到49%和39%。提高容積負(fù)荷雖然使得COD去除率降低，但整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)程抑制，表明GAC作為緩沖劑和填料，對(duì)有毒化學(xué)物質(zhì)侵害的降低作用是明顯的。2)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)學(xué)者主要集中在工業(yè)廢水和城市生活污水處理效果等方面。唐維彬等［6］結(jié)合 SBBR和曝氣生物濾池(BAF)處理豬皮制革廢水，SBBR裝置有效容積5 L，BAF裝置有效容積2．5 L，兩裝置內(nèi)置有機(jī)玻璃彈性填料。進(jìn)水COD在200 g/L ～40 000 g/L，TDS在200 mg/L ～46 000 mg/L，pH=4．0 ～12。SBBR單元運(yùn)行周期控制在12 h，其中曝氣10 h，靜置1 h，換水1 h，COD去除率在88%～94%，但對(duì)氨氮去除率稍低，因此SBBR可作為COD去除的主要單元，有效緩解氨氮去除對(duì)微生物的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)。常風(fēng)民等研究了SBBR處理腈綸生產(chǎn)廢水，廢水進(jìn)水水質(zhì) COD 600 mg/L～1 300 mg/L，BOD 350 mg/L～450 mg/L，TN 190 mg/L～225 mg/L，NH－4-N 80 mg/L～105 mg/L。在曝氣時(shí)間3 h，溶解氧 4．5 mg/L ～5．5 mg/L，補(bǔ)充無(wú)機(jī)碳源碳酸氫鈉0．5 mg/L，缺氧停留時(shí)間為2 h后的處理效果為:COD處理率為75%，BOD為98%，TOC為70%，NH+4-N為94%，TN為80%，顯示出SBBR在處理高濃度腈綸廢水的優(yōu)勢(shì)。張立秋等［7］利用SBBR系統(tǒng)處理低碳城市污水。在進(jìn)水TN為25．6 mg/L～32．1 mg/L，COD 為50mg/L～100mg/L，pH值為7．1～7．6，溫度為24 ℃ ～29 ℃的條件下，發(fā)現(xiàn)曝氣量為100 L/h～200 L/h范圍內(nèi)，氨氧化速率隨著曝氣量的增加而增大;在曝氣量為100 L/h～120 L/h條件下能夠?qū)崿F(xiàn)NO－2-N的穩(wěn)定積累和高效短程硝化，且有較明顯的同步硝化反硝化(SND)過(guò)程，對(duì)TN的去除率在48．1%～60．1%之間。可見(jiàn)SBBR工藝拓展了微生物菌群，滿足了低碳城市污水的脫氮需求。

3 機(jī)理研究

SBBR工藝在高濃度有機(jī)物污染物去除、低濃度C/N比情況下脫氮除磷等方面已經(jīng)體現(xiàn)出其高效的去除能力，這與其膜填料表面豐富的生物相關(guān)系密切。多樣的生物相使得微生物在高濃度污染物環(huán)境下耐受性增強(qiáng)，從而有效實(shí)現(xiàn)了高濃度COD污染物的去除。而在低濃度環(huán)境下，雖然有機(jī)污染物質(zhì)缺乏，但由于生物鏈條長(zhǎng)，亞硝化細(xì)菌、厭氧氨氧化細(xì)菌、硝酸細(xì)菌及反硝化細(xì)菌等世代時(shí)間長(zhǎng)的微生物在曝氣階段積極參與氮素轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了硝化反應(yīng)，將有機(jī)氮和氨氮轉(zhuǎn)化為NO－2-N和NO－3-N。而厭氧氨氧化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌在厭氧、缺氧階段又會(huì)發(fā)揮作用，促進(jìn)反硝化和同步硝化反硝化(SND)反應(yīng)，將好氧層產(chǎn)生的NO－2-N和轉(zhuǎn)化為此外，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸菌、聚磷菌又會(huì)協(xié)同作用，通過(guò)厭氧、好氧兩個(gè)階段主動(dòng)過(guò)量吸收污水中的正磷酸鹽，以聚合磷酸鹽的形式積聚于體內(nèi)，形成高磷污泥以污泥排放的形式去除磷。

4 結(jié)語(yǔ)

作為一種將SBR周期操作和生物膜技術(shù)相結(jié)合的工藝，SBBR拓展了普通SBR技術(shù)和傳統(tǒng)生物膜工藝的處理能力。由于獨(dú)特的微生物環(huán)境，使得SBBR在處理高濃度有機(jī)物、高負(fù)荷氮磷等污染物方面效果顯著，SBBR是應(yīng)用于廢水處理最具潛力的污水生物處理技術(shù)之一。

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