浅析SBR法及其变型与脱氮除磷相关问题

摘要：生物脱氮除磷的工艺较多，一般在工艺上设置缺/好/厌三阶段，即可满足要求。本文主要在分析污水的生物脱氮除磷的基础上，重点对于SBR法及其变形工艺进行探讨，最后还对于SBR工艺的自控技术进行探讨分析，对于提高污水站处理工艺改进具有一定帮助。

关键词：污水处理；SBR；工艺变形；生物脱氮除磷

随着经济的发展，用水的需求也日益扩大，由此产生了大量污水。部分富含氮、磷营养成分的污水未经完全处理就直接排入受纳水体，带来严重污染及引起富营养化现象。为避免富营养化加剧，彻底控制污染源，世界各国都相应制定了严格的行业出水氮磷排放标准。由此极大地推动了一些脱氮除磷工艺及技术的发展[1,2]。本文主要探讨了SBR法及其变型与脱氮除磷相关内容的研究情况。

1. 污水的生物脱氮除磷

1.1 生物脱氮除磷机理

一般认为，生物脱氮由硝化和反硝化两个生物阶段完成。在好氧条件下，通过硝化作用将污水中的含氮有机物分解为氨态氮，进一步再转化为硝酸盐；在缺氧环境中，硝酸盐还原为氮气溢出，从而得以脱氮。生物除磷由污水中的聚磷菌(PAOs)完成，首先厌氧释磷，在后续好氧环境中过量吸磷，然后通过排除含磷污泥达到除磷目的。在厌氧条件下，聚磷菌分解细胞内的聚磷酸盐，产生的能量将污水中的脂肪酸等有机物摄入细胞内，并以PHB(聚-B-羟基丁酸盐)的形式储存。在好氧条件下，聚磷菌又利用氧化分解PHB获得的能量，过量吸收污水中的溶解性磷，以聚磷酸盐的形式积累于体内。

1.2 生物脱氮除磷的影响因素

(1)进水有机物的影响。有机碳源对脱氮的影响作用很大。高有机质浓度限制了硝化过程，而过低有机质的浓度也将抑制反硝化反应的进行。一般理论计算得出，当时，基本上能满足反硝化对碳源的需求；而曹国民等人研究认为，当时，TN去除率会随C/N比增大而增加；而当时，影响较小。

(2)DO的影响。DO是硝化反硝化的主要限制性因子。硝化过程中要求较高的DO。而反硝化过程又受DO抑制，故要求在缺氧反硝化过程中DO低于0.5mg/L，而硝化过程DO一般控制在2～3mg/L。

(3)泥龄的影响。硝化细菌世代周期较长，比增长速率较小，故对于泥龄(SRT)控制应重视。SRT过短会影响硝化菌的繁殖，从而不利于氨氮去除。SRT对除磷也有直接影响。一般来说短泥龄，排泥高，除磷效果好。但泥龄过短硝化将会受抑制。综合脱氮除磷，一般研究认为SRT在15d左右为宜。

(4)温度的影响。温度对于系统的稳定性以及对硝化作用和脱氮均具有重要的影响。大多数硝化细菌的适宜生长温度为15～35℃，大于20℃时，硝化细菌活性较高；但超过38℃，硝化作用将完全停止小于20℃时，氨转化会受到影响。

(5)氧化还原电位的影响。氧化还原电位(ORP)与污水生物脱氮除磷过程也具有直接联系。ORP能间接反映处理系统中氧化还原态物质特性。如在硝化过程中，ORP随着氧化态的硝酸盐含量的增多而上升。而反硝化过程中则随其浓度降低而减少。

(6)其它影响因素。pH等其它因素也制约了脱氮除磷的效果。一般系统pH维持在6～7.5之间即可满足脱氮除磷微生物要求。此外，通过工艺改进，实现缺/厌/好氧交替运行环境，可强化脱氮除磷功效。

2. SBR法及其变形工艺

2.1 SBR工艺流程及特点

间歇式活性污泥法SBR(又称序批式反应器)，是近年来国内外普遍关注和研究的一种生物处理技术。SBR工艺为变容积运行，在单体构筑物内实现生物降解、沉淀等功能。且根据不同的脱氮除磷工艺要求，通过缺氧、好氧、厌氧时段的设置，较好地实现了营养物的去除。典型SBR工艺的一个完整的运行周期由进水、反应、沉淀、排水和闲置五个工序组成。

(1)进水阶段―加入基质，均衡水质、水量；(2)反应阶段一完成基质的降解； (3)沉淀阶段―静态沉淀，实现泥水分离；(4)撇水阶段―排除上清液。水位逐渐降至最低水位，同时进行剩余污泥的排放；(5)闲置阶段―生物恢复活性。

SBR的工艺流程简单，节省基建与运行费用；处于理想推流状态，生化反应推动力大。处理效率高，运行方式灵活，脱氮除磷效果及可控性好，不易发生污泥膨胀：静JL沉淀，出水效果好无需污泥同流，可维持较高的污泥浓度耐冲击负荷，有利于提高难降解有机物的处理效率。但处理较大水量时，对于单--SBR反应池要较大的容积或多个SBR池联用，故难于适应大型污水处理厂要求；设备和反应器有效容积的利用率较低；对自动化控制及设备要求较高等。

2.2 SBR法的变形工艺

由于传统SBR法自身存在着一定的局限性，随着技术的改进，后又衍生了SBR的各种变种工艺，如ICEAS、CAST、UNITANK、MSBR等．

(1)间歇循环延时曝气系统(ICEAS)。ICEAS一般由两个矩形反应器组成，单池由预反应区和主反应区两部分组成。预反应区一般处于缺/厌氧状态。主反应区是曝气反应的主体。该工艺可连续进水。

(2)需氧．间歇曝气法(DAT-IAT)。该工艺由需氧池(DAT)和间歇曝气池(IAT)组成。在DAT内连续进水、曝气，其出水进入认T池，在次进行曝气、沉淀、滗水、排泥等过程。

(3)循环活性污泥CAST(CASS/CASP)工艺。CAST(CASS/CASP)工艺为一变容积反应池。一般分为生物选择区、预反应区、主反应区，容积比一般为1:5:30。按曝气/非曝气阶段运行。生物选择区作为絮状菌的选择器。可有效避免污泥膨胀的发生。预反应区是一个水力缓冲区，如果在非曝气阶段停止进水则可省去该区．主反应区作为反应的主体，再依次进行生物降解及泥水分离，该工艺具有同步脱氮除磷功能。

(4)一体化活性污泥(UNITANK)工艺

UNITANK工艺由中间池和两边池构成。两边池既做反应池，又可作为沉淀池；中间池只作曝气用。该工艺与交替运转的三沟式氧化沟相似。通过将传统SBR的时间推流与连续系统的空间推流相结合，保证了系统的连续运行。

(5)改良型SBR(MSBR)工艺。MSBR是目前集约化程度较高的一体化SBR处理新技术，由SBR与A2/O串联而成。一般由厌氧池、缺氧池、曝气池、泥水分离池、两个SBR池等6个功能池组成。污水依次经过厌，缺，好氧池，有效地实现了脱氮除磷。两SBR池交替作为反应池与沉淀池，保证了系统稳定的出水。

(6)其它新型SBR工艺。随着SBR法的不断发展，又出现了一些改良工艺。如在UNITANK工艺上发展的AICS、LUCAS工艺，与膜生物反应器相结合的BSBR，SBR的串联工艺(多段SBR系统)，满足连续进水要求的TCBS工艺等。

3. SBR工艺的自控技术

SBR法中的PLC系统主要由中控室主站和现场子站组成，系统的控制主要为“远程控制”与“现场控制”。远程控制是位于控制室的PLC通过各分控制PLC实现对现场设备的远程监控功能。远程控制有三种方式：全自动远程控制、联动控制、单动控制。“现场控制”功能是任一现场工艺设备的最基本的控制功能。现场控制的优先级最高，用于操作人员在现场单机调试或设备维修时使用。

手动与自动控制方式的切换，主要是调整各分PLC就地控制柜上的自动／手动开关。生物污水处理系统的操作模式主要为以下三种：(1)正常运行方式：PLC远程自动控制；(2)维修方式：手动现场控制： (3)紧急方式：远程自动控制、联动控制、手动现场控制相结合。

对于SBR或CAST工艺的计算机控制系统的设计，既要求自控系统具有良好的安全、可靠、稳定，还要在传统的过程控制的基础上综合以优化处理效果和节省运行费用为目标的优化控制。王淑莹等SBR自控方式分为两个层次：普通自动控制与以处理水质为目标的自动控制。前者是根据水量与设定的时间，实现SBR法自动控制；后者是在前者基础上。根据进水和反应器内的有机物浓度的变化来灵活地控制反应时间的自动控制。张本龙等在CAST自控系统的设计中，也认为其鹿能实现如下两个功能：时序控制与反馈控制。时序控制是通过当前时间和设定好的时序进行比较，判断当前需要运行哪些时序，从而在特定时间启动相应的设备。而反馈控制包括维持反应器正常运行的控制(如液位控制、泥位控制等)和优化系统运行的控制(如DO、ORP、pH单因素或多因素关联控制等)，利用某些间接指标的动态反馈来调整CAST的相关运行参数，以达到强化处理效果和节省运行费用的目的。

4. 结语

经济利益的过度追求和国民环保意识的淡薄，人为地肆意排放，使得排污量日益加大，污水中富含的氮磷成分，给水体造成沉重的负担。为改变“先污染，再治理”的传统思维，政府加大了对各行业排污的控制力度，欲在源头上监控。本文主要就SBR法及其变型与脱氮除磷相关问题进行探讨，对于提高污水处理机构的改进工艺，从而达到节能减耗，具有一定帮助。

参考文献：

[1] 赵俊明, 周琪. SBR工艺处理城市污水的应用与发展[J]. 贵州环保科技, 2004,10(4).

[2] 程晓如, 魏娜. SBR工艺研究进展[J]. 工业水处理, 2005,25(5).