SBR工藝的應用現狀與發展趨勢探討

史向榮

（河北環境工程學院 環境科學系，河北 秦皇島 066100）

SBR 工藝（Sequencing Batch Reactor）也稱間歇曝氣式活性污泥法或序批式活性污泥法.它是近年來在國內外引起廣泛重視，并且研究日趨增多的一種污水生物處理新技術.我國是近年來才開始對SBR污水生物處理工藝進行研究的.經過幾年的實際運行實踐，證明了其良好的處理效果.

1 SBR工藝的基本流程

SBR工藝去除污染物的機理與傳統活性污泥工藝完全一致，只是運行方式不同.

傳統活性污泥工藝采用連續運行方式，污水連續進入處理系統并連續直流式排出，在運行過程中系統內每一單元的功能保持不變，污水依次流過各處理單元，從而走完污水凈化處理的全過程.

而SBR工藝的處理工序是不連續的，污水通常是間歇式地、周期性地進入反應器.反應器進水后，依時間按順序進行不同的處理工序或功能狀態.

所以，SBR工藝是由按一定時間順序間歇式操作運行的反應器組成，一個完整的操作過程中，每個間歇反應器在處理污水時的操作過程包括如下5個階段：①進水期；②反應期；③沉淀期；④排水排泥期；⑤閑置期.

SBR工藝的運行工況以間歇操作為特征.其中自進水、反應、沉淀、排水排泥至閑置期結束為一個運行周期.在一個運行周期中，各個階段的運行時間、反應器內混合液體積的變化及運行狀態等都可以根據具體污水的性質、出水水質及運行功能要求等靈活掌握.

2 SBR工藝的主要性能特點

與傳統活性污泥工藝相比，SBR工藝的最顯著的區別是：

在空間方面，SBR系統內只有一個反應器（處理單元）.但在時間方面，在不同的時間段上適時地轉換功能角色，發揮不同的作用，以便完成不同的任務.空間上的同一個反應器集合了均和、初沉、生物降解、終沉等功能于一體，系統簡單，構筑物數量少.

與其它處理工藝相比，SBR工藝使污水處理構筑物大大簡化，具有以下特點：

（1）工藝流程簡單，節省建設費用，占地比較少：SBR系統除預處理外，只有綜合反應池一個處理單元，日常維護管理非常方便.SBR工藝無需配設初級沉淀池，更無需終極沉淀池，系統內構筑物數量少，節省建設費用，占地較少.

（2）運行方式靈活，除磷脫氮效果好，出水水質較好：SBR工藝進水時可曝氣，或不曝氣而僅進行攪拌；反應階段也可曝氣、攪拌，或兩者交替進行，為除磷脫氮創造厭氧、缺氧、好氧的有利環境，滿足了除磷脫氮的要求；SBR工藝在時間上為理想的推流式反應過程，反應推動力大，降解速度快，處理效率高；另外，SBR工藝為理想的靜止沉淀，固液分離效果好，因此出水水質優于傳統的活性污泥法.

（3）操作靈活、運行穩定：SBR工藝在時間上為理想的推流式反應過程，濃度梯度大且缺氧、好氧交替進行，有利于抑制絲狀菌的增殖，因此SBR工藝是防止污泥膨脹的好工藝；此外，SBR工藝為間歇非穩態反應，且無初沉池，SVI值較低，污泥沉降性較好，因此運行穩定可靠.

（4）可控性好，易于實現自動化控制操作：盡管SBR工藝控制較復雜，但易于實現自動控制，能根據進水水質和水量情況，靈活改變反應時間（包括好氧、缺氧、厭氧）和泥齡的長短，日常維護管理也非常方便.

（5）緩沖能力強，抗污泥膨脹性能較好：SBR反應池在空間上仍屬典型的完全混合式，污水逐漸進入反應池，逐漸反應；且進水一般只占反應池容積的1/3～1/5，有很大的稀釋均化作用，能處理有毒或高濃度有機污水，具有很強的抗沖擊負荷能力.

所以，SBR工藝具有投資省、占地少、動力消耗低、流程簡單、運行管理靈活、自動化程度高、剩余污泥少等諸多優點，尤其適合中小型的污水處理廠.

3 SBR工藝的發展

隨著SBR工藝技術的不斷發展和在工程應用的增多，SBR工藝也逐步得到了實踐的檢驗，得到了很大發展，形成了SBR系列改進型工藝，例如ICEAS工藝、UNITANK工藝、ASBR工藝、BSBR工藝、CAST工藝等.而其中的CAST工藝是近年來國際社會公認的處理生活污水及工業廢水的先進工藝之一.下面就對其做進一步介紹.

CAST工藝（Cyclic Activated Sludge Technology）是一種循環式活性污泥法，整個工藝為一間歇式反應器，在此反應器中活性污泥法過程接曝氣和非曝氣階段不斷重復，將生物反應過程和泥水分流過程結合在一個池子中進行.CAST工藝是一種“充水和排水”活性污泥法處理系統，污水按照一定的時限周期和階段得到處理，是SBR工藝的改進改良型工藝.該工藝的前身為ICEAS工藝.與ICEAS工藝相比，預反應區容積較小，是設計更加優化合理的生物反應器.

CAST工藝由于投資和運行費用低，污水處理性能較強，尤其，優異的脫氧除磷功能而越來越得到認可并重視，目前已廣泛應用于除磷脫氮要求較高、土地比較緊缺的地區的城鎮污水和各種工業廢水處理領域.

CAST工藝的主要優點是：

（1）工藝流程簡單，占地面積小，管理簡單易行，便于實現自動化控制.

CAST的核心構筑物為綜合反應池，不需要配設二沉池及污泥回流設備，一般情況下還可不設調節池及初沉池.因此，污水處理設施布置緊湊、占地面積小、投資低.尤其在整個污水處理系統可以采用全自動控制，減少操作管理人員；主要耗電設備風機采用變頻控制，有壓力傳感器傳輸信號給變頻器，控制風機電機轉數，以降低運行費.

（2）生化反應推動力大.

在完全混合式連續流曝氣池中，基質濃度等于二沉池出水基質濃度，基質流入曝氣池的速率即為基質降解速率.根據生化動力反應學原理，由于曝氣池中的有機物基質濃度很低，其生化反應推動力也就很小，反應速率和有機物去除效率都比較低.在理想的推流式曝氣池中，污水和回流污泥形成的混合液從池首端進入，呈推流狀態沿曝氣池流動，直至池末端流出.

對于CAST工藝，從污染物的降解過程來看，當污水以相對較低的水量連續進入CAST池時即被混合液稀釋，因此，在空間上CAST工藝屬于變體積的完全混合式活性污泥法范疇.作為生化反應推動力的基質濃度，從進水區的最高濃度逐漸降低至出水時的最低濃度，在整個反應過程中，基質濃度沒被稀釋，此間在曝氣池的各斷面上只有橫向混合，不存在縱向的返混.而從工藝開始曝氣到排水結束整個周期來看，基質濃度由高到低，濃度梯度從高到低，基質利用速率由大到小.因此，CAST工藝屬理想的時間順序上的推流式反應器，保持了盡可能較大的生化反應推動力.

（3）沉淀效果好.

CAST工藝在其沉淀階段（沉淀工序段），幾乎整個反應器均起沉淀作用.沉淀階段的池體表面負荷比普通二次沉淀池要小得多，雖然有進水的干擾，但其影響很小，所以沉淀效果較好.

實踐證明，冬季溫度較低，污泥沉降性能差時，或在處理某些特種工業廢水污泥凝聚性能差時，均不會影響CAST工藝的正常運行.實驗和工程中曾遇到了SVI高達96%的情況，但只要將沉淀階段的時間稍作延長，系統運行就可不受影響.

（4）水質水量的變化適應性強，抗沖擊負荷性能高.

CAST工藝在設計時已充分考慮到進水水量水質變化的因素，可通過調節運行周期來適應進水水量和進水水質的變化.當進水濃度較高時，也可通過延長曝氣時間的方法實現達標排放，達到抗沖擊負荷的目的.當進水水量增大時，也能確保污水在系統內停留預定的處理時間后經沉淀排放.即使在出現暴雨的情況下，可經受平常平均水量達6倍以上高峰水量的沖擊，而不需要增設獨立的調節池.

經運行資料表明，在水量沖擊和有機物負荷沖擊超過設計值2—3倍時，處理效果仍然能令人滿意.（而傳統處理工藝如果設有輔助的流量平衡調節設施，很可能因水力負荷變化導致活性污泥流失，嚴重影響排出水的水質.）

（5）脫氮除磷功能較強.

由于設置了生物選擇器，能有效地防止了污泥膨脹和大大提高生物除磷效果；同時還能硝化反硝化，取得較好的除磷脫氮效果.

（6）有效防止污泥膨脹，污泥產出量小.

污泥膨脹是活性污泥法運行過程中所遇到的常見問題.發生污泥膨脹時，由于污泥沉降性能變差，活性污泥與處理出水無法在二沉池中進行有效分離，造成污泥流失，使出水水質變差，嚴重時會使污水處理廠無法正常運行.而控制并消除污泥膨脹，則需要相當長的時間，具有一定的滯后性.因此，選擇不易發生污泥膨脹的污水處理工藝是污水處理廠設計中必須考慮的問題.

而絲狀菌的異常增殖，是發生污泥膨脹的直接原因.由于絲狀菌具有的長絲結構和細絲結構，使其不同于菌膠團細菌的生物性能.長絲結構有利于其在固相上附著生長，并保持一定的細胞密度，不會被微型動物所吞食.細絲結構使其比表面積比菌膠團細菌大，因此，有利于攝取低濃度物.

在一般情況下，在高濃度底物下菌膠團和絲狀菌都以較大速度降解底物并增殖，但由于菌膠團細菌的增殖速率比絲狀菌的增殖速率大，其增殖量也較大，從而較絲狀菌占據優勢.此時活性污泥的沉降性能較好，不會出現污泥膨脹.但是，當絲狀菌的增殖速率比菌膠團細菌大，絲狀菌占據優勢時，污泥的沉降性能變差，必然導致污泥膨脹.

而CAST反應池中存在著較大的濃度梯度，而且處于缺氧、好氧狀態交替變化之中，這樣的環境條件可以選擇性地培養菌膠團細菌，使其成為曝氣池中的優勢菌屬，從而有效地抑制了絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹，從而提高系統的運行穩定性.

（7）節省投資、節省用地面積，適合分期建設，適用范圍廣.

CAST工藝可以應用于大型、中型及小型污水處理工程，比SBR工藝適用范圍更廣泛；連續進水的設計和運行方式，一方面便于與前處理構筑物相匹配，另一方面控制系統比SBR工藝更簡單.

在處理水量增加，超過設計水量不能滿足處理要求時，可以把同樣的CAST系統綜合反應池單元模式進行復制式的擴建.因此CAST工藝污水處理廠的建設可隨污水量規模的發展而分步建設，它的分期建造和后期擴建均較傳統活性污泥法簡單方便得多.

（8）CAST工藝非常適合我國北方城鎮污水處理廠的建設.我國北方地區冬季寒冷干旱，在旱季CAST系統可以采用4h循環周期.此外，還可以調整循環中各個階段的時間分配以適應此時的水力和有機負荷；CAST工藝可以供氧方式采用鼓風曝氣，污泥處理采用加藥帶式污泥濃縮脫水，能有效減小低溫給生物處理和污泥濃縮帶來的影響，確保冬季出水達標.

結語

當然，相對于傳統活性污泥法，SBR工藝尚處于發展、完善階段，在基礎研究和工程設計等方面的研究工作剛剛起步，缺乏科學的設計依據和方法以及成熟的運行管理經驗，另外，SBR自身的特點也更加深了解決問題的難度.

但是，SBR工藝是一種理想的間歇式活性污泥處理工藝，它具有的工藝優點是其它工藝所不具備的，隨著我國經濟社會的不斷發展及研究的不斷深入，在不久的將來SBR工藝及在其基礎上開發的ICEAS和CAST等工藝在工業廢水和生活污水的凈化處理中的應用將必然會出現重大的突破.