序批式生物膜（SBBR）法和SBR法的对比研究

王亚宜¹，李探微²，彭永臻¹，王淑莹¹，祝贵兵¹
（1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090；2.浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州 31004）

　　摘　要：在序批式活性污泥（SBR）反应器中填充弹性立体填料，形成序批式生物膜反应器（SBBR），对SBBR和SBR去除CODcr和NH₃－N的效果进行对比研究。结果表明：SBBR对CODcr，NH₃－N及浊度的去除效果均高于相同试验条件下SBR，特别是在反应温度较低时，SBBR出水水质优于SBR。
　　关键词：污水处理；反应器；序批式生物膜反应器（SBBR）；填料
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009－2455（2002）06－0004－03

Comparisons between SBBR Method and SBR Method
WANG Ya-yi,LI Tan-wei2, PENG Yong-zhen1, WANG Shu-ying1, ZHU Gui-bing1
(1.Municipal Environmental Engineering Institute, Harbin University of Technology, Harbin 150090, China;2. Civil Engineering Instiute, Zhejiang University of Technology ,Hangzhou 310014, China)

　　Abstract:Elastic steric filler was fed into SBR reactor to get an SBBR and comparisons were made between the results of removal of CODcr and NH₃-N with SBBR and SBR. The test showed: the results of removal of CODcr, NH3-N as well as turbidity with SBBR were all better than those with SBR under the same test conditions. The quality of the effluent water with SBBR was highter than that with SBR especially when the reaction temperature was low.
　　Key words: Wastewater treatment; reactor; SBBREl；filler

　　序批式生物膜反应器（Sequencing Batch Biofilm　Reactor，简称SBBR）最早是由Wilderer提出的^[1]。1992年，Wilderer为解决进水水力负荷波动过大及防止生长速率小的微生物从反应器系统中淘洗出去等问题，同时针对传统活性污泥法不能处理某些工业废水的现状，首次提出了生物膜反应器的序批式运行模式，即SBBR艺；随后许多学者就SBBR抗冲击负荷、脱氮除磷等方面进行了大量的试验研究^[2]。国内对SBBR系统的研究非常少，只有原哈尔滨建筑大学的李军在1994年从事过用序批式生物膜法处理杂排水工艺的试验尝试^[3]。
　　将SBR的序批式运行模式引入生物膜系统，使其兼有活性污泥法和生物膜法的优点，有利于提高系统的抗冲击负荷能力^[1]。同时生物膜在加大反应器内生物量和生物种类方面有更优的条件，并能保证世代较长的微生物（如硝化菌）生存，利于硝化反应；另一方面生物膜载体从表面到内部存在溶解氧浓度的梯度现象，相应有好氧、缺氧和兼氧区状态，这又为直接脱氮提供了良好的环境。
　　本文主要研究介绍的是固定填料式SBBR艺在不同试验运行条件下对生活污水中有机物、氨氮及浊度的去除情况。

1 试验材料与方法

　　图1为SBR小试装置和SBBR的小试装置简图。有机玻璃制成的反应器高36cm，内径10cm，总有效容积1.80L，采用微孔鼓风曝气。SB－BR装置较SBR装置的不同之处是加入了弹性立体填料，并直接从填料底部曝气，从而在填料上产生上向流。SBBR运行过程与传统SBR工艺基本一致即依次经过进水、反应、沉淀、出水这4个步骤。

　　本试验以生活污水加适量自来水稀释配制原水，水温控制在18－20℃，污水取自化粪池。试验进水ρ（CODcr）为200－1400mg／L，ρ（氨氮）为30－100mg／L，浊度为100－400NTU。本试验中SBBR法的运行方式为：瞬时进水，曝气；待反应到设计终点时，沉淀10min，在上端出水口取足量混合液；混合液沉淀1.0h后取其上清液作为出水水样。
　　本试验在反应过程中控制反应器温度并保证微生物处于最佳活性状态。同时用溶氧仪测量溶解氧，验证反应器是否处于良好的好氧状态。

2 试验结果与分析

　　控制不同进水水质、不同反应时间、不同曝气量等运行条件，采用SBBR和SBR艺处理生活污水进行了一系列平行试验。其中在曝气量分别为0.02m³／h，0.06m³／h，反应时间在2.5h，4h，6h，10h这4种运行条件分别进行了4组不同进水水质的试验。由于进水直接采用的是化粪池中的污水，水质变化较大，与配制的水相比，较难控制，但从整体看对试验影响不大。
2.1 SBBR对CODcr的去除结果与分析
　　控制曝气量为0.02m³／h，SBR活性污泥（MLSS）的质量浓度为3000mg／L左右。SBBR活性污泥的质量浓度（悬浮部分）为1000mg／L左右，改变曝气时间，两反应器对CODcr的去除情况见图2、图3和图4。
　　从图4中可见，SBBR对CODcr平均去除率大于79％，在反应时间为10h时，去除率达到93.1％；而SBR的最大去除率为83.57％，出现在曝气时间6h时，当曝气时间延长至10h时，去除率降低为75.25％。分析其原因可能是曝气时间过长而导致污泥絮体细微化，引起出水水质变差CODcr值升高。

　　SBBR系统中存在固定相污泥和悬浮相污泥，它们对系统内的有机物降解都起作用。特别是由于大部分活性污泥以生物膜附着在填料表面，更加分散，从而扩大了微生物与废水中有机物质的接触面，使有机质更易被吸附降解。在填料间空隙中，还有悬浮生长的微生物，所以微生物浓度高于SBR，有利于有机质降解。另一方面也说明加人生物膜，要达到同样的出水标准，SBBR的曝气时间比传统SBR短。SBBR在进水CODcr的质量浓度为200－1150mg／L时，出水基本小于100mg／L，且出水水质较稳定。
2.2 SBBR对NH3－N的去除结果与分析
　　从图5、图6及图7看出SBBR对NH₃－N的去除率高。由于生物膜附着填料表面，其生物固体平均停留时间（即污泥龄）较长，因此在生物膜上能够生长世代时间较长、增殖速率慢的微生物，如硝化菌。同时SBBR较SBR具有较高的氧利用率。
　　SBBR系统中，由于空气泡在填料中曲折穿过，产生气泡切割，缩小了气泡体积，增加了停留时间，从而提高了氧从气相向液相的转移效率^[4]。从图5中可发现，当反应时间10h时，SBBR对NH₃－N平均去除率已达到86.31％，出水的NH₃－N质量浓度均小于10mg/L，已达到国家二级排放标准。
2.3 SBBR抗低温能力
　　控制温度为10℃，曝气量0.06m³外，反应时间4h时，研究系统对污染物质的去除率，运行情况见表1。

表1 SBBR，SBR抗低温能力对比 分析水样 SBBR系统 SBR系统 ρ（CODcr）/（mg.L^-1) ρ(NH₃-N)/(mg.L^-1) 浊度/NTU ρ（CODcr）/（mg.L^-1) ρ(NH₃-N)/(mg.L^-1) 浊度/NTU 进水 722 90.88 350 540 47.65 375 出水 20 34.79 30 132 45.44 55 去除率/% 97.23 61.72 91.43 75.56 4.64 85.33

　　显然，在低温状态下，两种系统对CODcr仍保持较好的去除效果，单从SBBR和SBR出水来看，去除率分别为97.23％和75.56％，说明SBBR系统抗低温能力高于SBR系统。在该低温状态下，两系统去除氨氮的能力和在适温条件的运行结果相比都有所下降。因为大部分硝化细菌合适的生长温度在25－30℃之间，低于25℃或高于30℃生长缓慢^[5]。但SBBR对氨氮去除率仍达到61.72％；相反，SBR在该状态下去除率为4.64％，反差较大。

3 结论

　　①SBBR是有效的生物处理新技术，在反应器中活性污泥大部分以生物膜形式附着在载体表面，在填料空隙悬浮生长的污泥量少，总的微生物浓度高于SBR法，故对有机物的去除效果优于SBR。
　　②生物膜附着在填料表面，其泥龄较长，与污水停留时间无关，因而即使硝化菌世代时间长，生长速度慢，也可以在生物膜法反应器中大量繁殖。故SBBR与传统SBR相比，去除NH₃－N能力有所增加。
　　③SBBR系统内存在着复杂的生物相，即存在大量细菌。原生动物和后生动物，形成了较为稳定的生态系统，因此使SBBR具有更强的抗低温能力。
　　④在满足相同的去除率要求下，采用SBBR工艺可缩短反应时间，节省运行费用。

参考文献：

　　[1] Robert L Irvine，Peter A Wilderer, Hans-Curt Flemming.Con trolled unsteady state Processes and technologies and technologies－an overview[J].Wat Sci Tech，1997，35(1）：1－10
　 ［2］Peter A Wilderer.Thchnology of membrane bilfilm reactors operat edunder periodically changing process condition[J]. Wat Sci Tech，1995，31（1）：173-183
　　[3] 李军，赵红静，王宝贞，等.序批式生物膜法处理杂排水工艺探讨[J] 城市环境与城市生态，1994，7（4）：1--7.
　　[4] 徐亚同.生物膜系统的微生物特征和运行管理[J].上海环境科学，1997，16（3）：20－23
　 ［5］马雁林 焦化废水生物脱氮处理开工调试[J] 给水排水，2000，26（12）：50－53

　　作者简介：王亚宜（1977－），女，浙江上虞人，在读博土，研究污水生物处理的自动控制，哈尔滨工业大学二校区2307＃，yayiwang＠163.com