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譬如,若进水流量大,则需调节反应系统,从而增大投资;
而对出水水质有特殊要求,如脱除磷等,则还需对工艺进行适当改进。
因而在工程应用实践中,SBR传统工艺逐渐产生了各种新的变型,以下分别介绍几种主要的形式。
3.1ICEAS工艺
ICEAS(IntermittentCyclicExtendedAeratlonSystem)工艺的全称为间歇循环延时曝气活性污泥工艺。
它于20世纪80年代初在澳大利亚兴起,是变形的SBR工艺。
ICEAS与传统的SBR相比,最大的特点是:
在反应器的进水端增加了一个预反应区,运行方式为连续进水(沉淀期和排水期仍保持进水),间歇排水,没有明显的反应阶段和闲置阶段。
这种系统在处理市政污水和工业废水方面比传统的SBR系统费用更省、管理更方便。
但是由于进水贯穿于整个运行周期的每个阶段,沉淀期进水在主反应区底部造成水力紊动而影响泥水分离时间,因而,进水量受到了一定限制。
通常水力停留时间较长。
3.2CASS(CAST,CASP)工艺
CASS(CyclicActiavatedSludgeSystem)或CAST(-Technology)或CASP(--Process)工艺是一种循环式活性污泥法。
该工艺的前身为ICEAS工艺,由Goronszy开发并在美国和加拿大获得专利。
与ICEAS工艺相比,预反应区容积较小,是设计更加优化合理的生物反应器。
该工艺将主反应区中部分剩余污泥回流至选择器中,在运作方式上沉淀阶段不进水,使排水的稳定性得到保障。
CASS艺适用于含有较多工业废水的城市污水及要求脱氮除磷的处理。
3.3IDEA工艺
间歇排水延时曝气工艺(IDEA)基本保持了CAST艺的优点,运行方式采用连续进水、间歇曝气、周期排水的形式。
与CAST相比,预反应区(生物选择器)改为与SBR主体构筑物分立的预混合池,部分剩余污泥回流入预混合池,且采用反应器中部进水。
预混合池的设立可以使污水在高絮体负荷下有较长的停留时间,保证高絮凝性细菌的选择。
3.4DAT-IAT工艺
DAT-IAT艺是利用单—SBR池实现连续运行的新型工艺,介于传统活性污泥法与典型的SBR工艺之间,既有传统活性污泥法的连续性和高效性,又具有SBR的法灵活性,适用于水质水量大的情况。
DAT--IAT工艺主体构筑物由需氧池(DAT)和间歇曝气池(IAT)组成,一般情况下DAT连续进水,连续曝气,其出水进入IAT,在此可完成曝气、沉淀。
浇水和排出剩余污泥工序,是SBR的又一变型。
3.5UNITANK工艺
典型的UNITANK系统,其主体为三格池结构,三池之间为连通形式,每池设有曝气系统,既可采用鼓风曝气,也可采用机械表面曝气,并配有搅拌,外侧两池设出水堰以及污泥排放装置,两池交替作为曝气和沉淀池,污水可进人三池中的任何一个。
在一个周期内,原水连续不断进人反应器,通过时间和空间的控制,形成好氧、厌氧或缺氧的状态。
UNITANK系统除保持原有的自控以外,还具有海滗水、池子结构简单,出水稳定,不需回流等特点,而通过进水点的变化可达到回流和脱氮、磷等目的。
3.6其他新型SBR工艺的研究应用
3.6.1ASBR工艺
美国教授Dague等人把SBR运用于厌氧处理,开发了厌氧序批式活性污泥法(AnaerobicSequencingBatchTeactor),简称为ASBR。
ASBR具有SBR的优点,如工艺简单、运行方式灵活、生化反应推动力大并耐冲击负荷等。
ASBR通过间歇进料可以获得较低的出水浓度,同时利用间歇排水,不断排出沉降性能较差的污泥,可进一步优化污泥颗粒化过程。
3.6.2淤泥SS-SBR(SOILSLURRY-SBR)
R.L.Irine[2]等以土壤为反应器来处理难降解有机物。
利用埋在地下的空气渗透膜作为曝气器和生物生长的载体,使之具有固定生物膜的优点。
以保持生长缓慢及在悬浮法中易于冲走的沉降性能较差的微生物,从而消除了普通SBR的沉淀阶段延长反应时间(间接缩短了反应周期)。
这一新型反应器概念的提出不仅为污染土壤现场处理提供新的思路和方法,同时对污废水的人工湿地处理系统亦有很好的借鉴作用。
3.6.3PAC-SBR
陈郭建[3]用投加粉末活性炭PAC-SBR法来处理高浓度有机废水,运行周期为18h;
进水0.5h(限制曝气)、反应曝气15h、沉淀2h、诺水排泥0.5h。
试验发现:
PAC表面是高浓度基质、高浓度氧和高浓度污泥三相共存的,为生化反应创造了优于SBR的条件。
PAC与污泥之间存在着相互调节作用,作用增大了基质的利用率,延长了泥龄,提高了运转负荷,改善了出水水质,取得了优于SBR的生化效果。
3.6.4膜法SBR
将SBR和接触氧化法相结合可以组成新的膜法SBR称BSBR。
BSBR工艺启动快、效率高、管理简便。
詹伯军等[4]采用弹性立体填料的BSBR处理印染废水,使废水达标排放。
王乾扬等[5]用BSBR处理皮革废水,CODCr去除率达90.1%。
实验表明:
BS-BR处理效果好于普通SBR法,这是因为BSBR法结合了生物接触氧化法和SBR法的优点。
3.6.5多段SBR系统
二级SBR系统和三级SBR系统是目前应用较多的一种SBR串联工艺,主要是单级工艺对废水中的有机物处理为一个缺氧一好氧一厌氧的同步过程,因此在相同的运行条件下,当易降解的有机物降解殆尽时,较难降解的有机物几乎未被降解。
而在两个串联的SBR中,分别培养出适宜于不同有机物的专性菌,从而使不同种类的有机物在与各自相适应的生化条件下都得到充分降解。
3.6.6前处理+SBR
为缓冲工业废水中有毒有机物对微生物的抑制作用,在前设置预处理。
邓良伟[6]采用水解-SBR艺处理规模化猪场粪污,毕学军等[7]采用溶气气浮法(DAF)作为SBR反应器进水预处理,即溶气气浮一序批式活性污泥法(DAF-SBR法),处理肉食品加工废水,SBR反应器出水CODcr<60mg/L;
BOD5<15mg/L;
TN<5mg/L;
NH3-N<1.0mg/L;
TP<0.2mg/L。
完全达到我国肉类加工工业水污染物排放标准(GB13457-92)的一级排放标准。
3.6.7SBR序组合
由于SBR中可方便地实现各种工艺条件的组合,为此,针对特定的废水,许多学者研究了其最佳处理反应工序。
HangqingYu[8]等人研究了用SBR处理焦化废水的最佳模式为:
好氧反应加两个缺氧段:
一个在曝气前,一个在曝气后。
4h的缺氧进水使基质在生物中储存并在随后的缺氧反应段中反硝化,运行周期为24h,包括进水及反应16h,反硝化搅拌3-5h,沉淀2h,浇水及闲置3-6h。
其中的进水与反应是结合在一起的,分为曝气与不曝气。
进水中易降解有机物酚、邻一甲酚在反硝化中作为碳源而被消耗。
SBR工艺具有以下优点:
1、理想的推流过程使生化反应推动力增大,效率提高,池内厌氧、好氧处于交替状态,净化效果好。
2、运行效果稳定,污水在理想的静止状态下沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好。
3、耐冲击负荷,池内有滞留的处理水,对污水有稀释、缓冲作用,有效抵抗水量和有机污物的冲击。
4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整,运行灵活。
5、处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理。
6、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度,有效控制活性污泥膨胀。
7、SBR法系统本身也适合于组合式构造方法,利于废水处理厂的扩建和改造。
8、脱氮除磷,适当控制运行方式,实现好氧、缺氧、厌氧状态交替,具有良好的脱氮除磷效果。
9、工艺流程简单、造价低。
主体设备只有一个序批式间歇反应器,无二沉池、污泥回流系统,调节池、初沉池也可省略,布置紧凑、占地面积省。
SBR系统的适用范围
由于上述技术特点,SBR系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。
就近期的技术条件,SBR系统更适合以下情况:
1、中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水,尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
2、需要较高出水水质的地方,如风景游览区、湖泊和港湾等,不但要去除有机物,还要求出水中除磷脱氮,防止河湖富营养化。
3、水资源紧缺的地方。
SBR系统可在生物处理后进行物化处理,不需要增加设施,便于水的回收利用。
4、用地紧张的地方。
5、对已建连续流污水处理厂的改造等。
6、非常适合处理小水量,间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
SBR设计要点、主要参数
1、运行周期(T)的确定
SBR的运行周期由充水时间、反应时间、沉淀时间、排水排泥时间和闲置时间来确定。
充水时间(Tv)应有一个最优值。
如上所述,充水时间应根据具体的水质及运行过程中所采用的曝气方式来确定。
当采用限量曝气方式及进水中污染物的浓度较高时,充水时间应适当取长一些;
当采用非限量曝气方式及进水中污染物的浓度较低时,充水时间可适当取短一些。
充水时间一般取1~4h。
反应时间(Tr)是确定SBR反应器容积的一个非常主要的工艺设计参数,其数值的确定同样取决于运行过程中污水的性质、反应器中污泥的浓度及曝气方式等因素。
对于生活污水类易处理废水,反应时间可以取短一些,反之对含有难降解物质或有毒物质的废水,反应时间可适当取长一些。
一般在2~8h。
沉淀排水时间(Ts)一般按2~4h设计。
闲置时间(Td)一般按2h设计。
一个周期所需时间T≥Tv﹢Tr+Ts﹢Td
周期数n﹦24/Tc
2、反应池容积的计算
一般按BOD容积负荷率确定,即:
V=n.Q.S0/Nv(或Nv=n.Q.S0/V)
V---反应池有效容积。
m3
n—在一日内的运行周期数。
Q—一个周期内进入反应器的废水量。
S0---原废水的平均BOD5值,kgBOD5/m3
Nv--BOD5的容积负荷率。
kgBOD5/m3.d(此值介于0.1-1.3kgBOD5/m3.d之间),为安全起见,一般限低值,即0.1kgBOD5/m3.d左右。
专家建议:
当S0大于1000mg/l时,V=2Q.S0
当S0小于1000mg/l时,V=2Q
3、最高水量与最低水量:
最高水量(Vmax)为在反应工序时的水量,也就是曝气池的容积:
Vmax=V
最低水量(Vmin)为在排放工序后,在反应器残存的包括活性污泥在内的水量。
Vmin=Vmax-Q
6、曝气系统
序批式活性污泥法中,曝气装置的能力应是在规定的曝气时间内能供给的需氧量,在设计中,高负荷运行时每单位进水BOD为0.5~1.5kgO2/kgBOD,低负荷运行时为1.5~2.5kgO2/kgBOD。
在序批式活性污泥法中,由于在同一反应池内进行活性污泥的曝气和沉淀,曝气装置必须是不易堵塞的,同时考虑反应池的搅拌性能。
常用的曝气系统有气液混合喷射式、机械搅拌式、穿孔曝气管、微孔曝气器,一般选射流曝气,因其在不曝气时尚有混合作用,同时避免堵塞。
4、排水系统
上清液排除出装置应能在设定的排水时间内,活性污泥不发生上浮的情况下排出上清液,排出方式有重力排出和水泵排出。
为预防上清液排出装置的故障,应设置事故用排水装置。
在上清液排出装置中,应设有防浮渣流出的机构。
序批式活性污泥的排出装置在沉淀排水期,应排出与活性污泥分离的上清液,并且具备以下的特征:
1)应能既不扰动沉淀的污泥,又不会使污泥上浮,按规定的流量排出上清液。
(定量排水)
2)为获得分离后清澄的处理水,集水机构应尽量*近水面,并可随上清液排出后的水位变化而进行排水。
(追随水位的性能)
3)排水及停止排水的动作应平稳进行,动作准确,持久可*。
(可*性)
排水装置的结构形式,根据升降的方式的不同,有浮子式、机械式和不作升降的固定式。
5、排泥设备
设计污泥干固体量=设计污水量×
设计进水SS浓度×
污泥产率/1000
在高负荷运行(0.1~0.4kg-BOD/kg-ss·
d)时污泥产量以每流入1kgSS产生1kg计算,在低负荷运行(0.03~0.1kg-BOD/kg-ss·
d)时以每流入1kgSS产生0.75kg计算。
在反应池中设置简易的污泥浓缩槽,能够获得2~3%的浓缩污泥。
由于序批式活性污泥法不设初沉池,易流入较多的杂物,污泥泵应采用不易堵塞的泵型。
SBR设计主要参数
序批式活性污泥法的设计参数,必须考虑处理厂的地域特性和设计条件(用地面积、维护管理、处理水质指标等)适当的确定。
用于设施设计的设计参数应以下值为准:
项目参数
BOD-SS负荷(kg-BOD/kg-ss·
d)0.03~0.4
MLSS(mg/l)1500~5000
排出比(1/m)1/2~1/6
安全高度ε(cm)(活性污泥界面以上的最小水深)50以上
序批式活性污泥法是一种根据有机负荷的不同而从低负荷(相当于氧化沟法)到高负荷(相当于标准活性污泥法)的范围内都可以运行的方法。
序批式活性污泥法的BOD-SS负荷,由于将曝气时间作为反应时间来考虑,定义公式如下:
QS:
污水进水量(m3/d)
CS:
进水的平均BOD5(mg/l)
CA:
曝气池内混合液平均MLSS浓度(mg/l)
V:
曝气池容积
e:
曝气时间比e=n·
TA/24
n:
周期数TA:
一个周期的曝气时间
序批式活性污泥法的负荷条件是根据每个周期内,反应池容积对污水进水量之比和每日的周期数来决定,此外,在序批式活性污泥法中,因池内容易保持较好的MLSS浓度,所以通过MLSS浓度的变化,也可调节有机物负荷。
进一步说,由于曝气时间容易调节,故通过改变曝气时间,也可调节有机物负荷。
在脱氮和脱硫为对象时,除了有机物负荷之外,还必须对排出比、周期数、每日曝气时间等进行研究。
在用地面积受限制的设施中,适宜于高负荷运行,进水流量小负荷变化大的小规模设施中,最好是低负荷运行。
因此,有效的方式是在投产初期按低负荷运行,而随着水量的增加,也可按高负荷运行。
不同负荷条件下的特征
有机物负荷条件高负荷运行低负荷运行
进水条件间歇进水间歇进水、连续
运行条件(负荷)0.1~0.4kg-BOD/kg-ss·
d0.03~0.1kg-BOD/kg-ss·
d
周期数大(3~4)小(2~3)
排出比大小
脱氮较低高
脱磷高较低
污泥产量多少
维护管理抗负荷变化性能比低负荷差对负荷变化的适应性强,运行的灵活性强
用地面积反应池容积小,省地反应池容积较大
适用范围能有效地处理中等规模以上的污水,适用于处理规模约为2000m3/d以上的设施适用于小型污水处理厂,处理规模约为2000m3/d以下,适用于不需要脱氮的设施
SBR调试程序及注意事项
(一)活性污泥的培养驯化
SBR反应池去除有机物的机理与普通活性污泥法基本相同,主要大量繁殖的微生物群体降解污水中的有机物。
活性污泥处理系统在正式投产之前的首要工作是培养和驯化活性污泥。
活性污泥的培养驯化可归纳为异步培驯法、同步培驯法和接种培驯法,异步法为先培养后驯化,同步法则培养和驯化同时进行或交替进行,接种法系利用其他污水处理厂的剩余污泥,再进行适当的培驯。
培养活性污泥需要有菌种和菌种所需要的营养物。
对于城市污水,其中的菌种和营养都具备,可以直接进行培养。
对于工业废水,由于其中缺乏专性菌种和足够的营养,因此在投产时除用一般的菌种和所需要营养培养足够的活性污泥外,还应对所培养的活性污泥进行驯化,使活性污泥微生物群体逐渐形成具有代谢特定工业废水的酶系统,具有某种专性。
(二)试运行
活性污泥培养驯化成熟后,就开始试运行。
试运行的目的使确定最佳的运行条件。
在活性污泥系统的运行中,影响因素很多,混合液污泥浓度、空气量、污水量、污水的营养情况等。
活性污泥法要求在曝气池内保持适宜的营养物与微生物的比值,供给所需要的氧,使微生物很好的和有机物相接触,全体均匀的保持适当的接触时间。
对SBR处理工艺而言,运行周期的确定还与沉淀、排水排泥时间及闲置时间有关,还和处理工艺中所设计的SBR反应器数量有关。
运行周期的确定除了要保证处理过程中运行的稳定性和处理效果外,还要保证每个池充水的顺序连续性,即合理的运行周期应满足运行过程中避免两个或两个以上的池子同时进水或第一个池子和最后一个池子进水脱节的现象。
同时通过改变曝气时间和排水时间,对污水进行不同的反应测试,确定最佳的运行模式,达到最佳的出水水质、最经济的运行方式。
(三)污泥沉降性能的控制
活性污泥的良好沉降性能是保证活性污泥处理系统正常运行的前提条件之一。
如果污泥的沉降性能不好,在SBR的反应期结束后,污泥难以沉淀,污泥的压密性差,上层清液的排除就受到限制,水泥比下降,导致每个运行周期处理污水量下降。
如果污泥的絮凝性能差,则出水中的悬浮固体(SS)含量将升高,COD上升,导致处理出水水质的下降。
导致污泥沉降性能恶化的原因是多方面的,但都表现在污泥容积指数(SVI)的升高。
SBR工艺中由于反复出现高浓度基质,在菌胶团菌和丝状菌共存的生态环境中,丝状菌一般是不容易繁殖的,因而发生污泥丝状菌膨胀的可能性是非常低的。
SBR较容易出现高粘性膨胀问题。
这可能是由于SBR法是一个瞬态过程,混合液内基质逐步降解,液相中基质浓度下降了,但并不完全说明基质已被氧化去除,加之许多污水的污染物容易被活性污泥吸附和吸收,在很短的时间内,混合液中的基质浓度可降至很低的水平,从污水处理的角度看,已经达到了处理效果,但这仅仅是一种相的转移,混合液中基质的浓度的降低仅是一种表面现象。
可以认为,在污水处理过程中,菌胶团之所以形成和有所增长,就要求系统中有一定数量的有机基质的积累,在胞外形成多糖聚合物(否则菌胶团不增长甚至出现细菌分散生长现象,出水浑浊)。
在实际操作过程中往往会因充水时间或曝气方式选择的不适当或操作不当而使基质的积累过量,致使发生污泥的高粘性膨胀。
污染物在混合液内的积累是逐步的,在一个周期内一般难以马上表现出来,需通过观察各运行周期间的污泥沉降性能的变化才能体现出来。
为使污泥具有良好的沉降性能,应注意每个运行周期内污泥的SVI变化趋势,及时调整运行方式以确保良好的处理效果。
SBR设计需特别注意的问题
(一)主要设施与设备
1、设施的组成
本法原则上不设初次沉淀池,本法应用于小型污水处理厂的主要原因是设施较简单和维护管理较为集中
为适应流量的变化,反应池的容积应留有余量或采用设定运行周期等方法。
但是,对于游览地等流量变化很大的场合,应根据维护管理和经济条件,研究流量调节池的设置。
2、反应池
反应池的形式为完全混合型,反应池十分紧凑,占地很少。
形状以矩形为准,池宽与池长之比大约为1:
1~1:
2,水深4~6米。
反应池水深过深,基于以下理由是不经济的:
①如果反应池的水深大,排出水的深度相应增大,则固液分离所需的沉淀时间就会增加。
②专用的上清液排出装置受到结构上的限制,上清液排出水的深度不能过深。
反应池水深过浅,基于以下理由是不希望的:
①在排水期间,由于受到活性污泥界面以上的最小水深限制,上清液排出的深度不能过深。
②与其他相同BOD—SS负荷的处理方式相比,其优点是用地面积较少。
反应池的数量,考虑清洗和检修等情况,原则上设2个以上。
在规模较小或投产初期污水量较小时,也可建一个池。
3、排水装置
排水系统是SBR处理工艺设计的重要内容,也是其设计中最具特色和关系到系统运行成败的关键部分。
目前,国内外报道的SBR排水装置大致可归纳为以下几种:
⑴潜水泵单点或多点排水。
这种方式电耗大且容易吸出沉淀污泥;
⑵池端(侧)多点固定阀门排水,由上自下开启阀门。
缺点操作不方便,排水容易带泥;
⑶专用设备滗水器。
滗水器是是一种能随水位变化而调节的出水堰,排水口淹没在水面下一定深度,可防止浮渣进入。
理想的排水装置应满足以下几个条件:
①单位时间内出水量大,流速小,不会使沉淀污泥重新翻起;
②集水口随水位下降,排水期间始终保持反应当中的静止沉淀状态;
③排水设备坚固耐用且排水量可无级调控,自动化程度高。
在设定一个周期的排水时间时,必须注意以下项目:
上清液排出装置的溢流负荷——确定需要的设备数量;
活性污泥界面上的最小水深——主要是为了防止污泥上浮,由上清液排出装置和溢流负荷确定,性能方面,水深要尽可能小;
随着上清液排出装置的溢流负荷的增加,单位时间的处理水排出量增大,可缩短排水时间,相应的后续处理构筑物容量须扩大;
在排水期,沉淀的活性污泥上浮是发生在排水即将结束的时候,从沉淀工序的中期就开始排水符合SBR法的运行原理。
SBR工艺的需氧与供氧
SBR工艺有机物的降解规律与推流式曝气池类似,推流式曝气池是空间(长度)上的推流,而SBR反应池是时间意义上的推流。
由于SBR工艺有机物浓度是逐渐变化的,在反应初期,池内有机物浓度较高,如果供氧速率小于耗氧速率,则混合液中的溶解氧为零,对单一的微生物而言,氧气的得到可能是间断的,供氧速率决定了有机物的降解速率。
随着好氧进程的深入,有机物浓度降低,供氧速率开始大于耗氧速率,溶解氧开始出现,微生物开始可以得到充足的氧气供应,有机物浓度的高低成为影响有机物降解速率的一个重要因素。
从耗氧与供氧的关系
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