張大群 王秀朵
（天津市市政工程設計研究院）

1　前言

　　SBR(Sequence Batch Reactor) 工藝在同一反應池中，完成進水、反應、沉淀、潷水、排泥等工序，與其它處理工藝相比，SBR工藝使污水處理構筑物大大簡化。近年由于微機在自控方面的廣泛應用，同時也由于開發了在線溶解氧測定儀、水位計等精度高并且對過程控制比較經濟的水質檢測儀表，污水處理廠的運行管理逐漸實現了自動化，SBR工藝以其獨特優勢引起廣泛注意，近年來得以迅速推廣，成為目前世界上污水處理技術中的熱門工藝，澳大利亞近10多年來建成采用SBR工藝的污水處理廠近600座，中、大型的SBR污水處理廠也日益增多。我國目前在云南省昆明市已有兩座采用SBR工藝的大中型污水處理廠，運行情況良好。天津經濟技術開發區10萬噸／日采用SBR工藝的污水處理廠也于1999年底成功投入運行。撫順三寶屯污水處理廠25萬噸／日采用SBR工藝正在開工。工業廢水處理廠在國內外使用更為廣泛。
　　隨著SBR工藝在工程設計中的應用，其技術也得到了長足的發展。由傳統的SBR工藝發展了ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeration System )、CASS(Cyclic Activated Sludge System)、CAST(Cyclic Activated Sludge Technology)、DAT-IAT(Demand Aeration Tank-Intermittent Aeration Tank)、MSBR等工藝，這些工藝各有各的特點，大大豐富了SBR工藝的內容。各種SBR工藝的分類如下：
　　（1）按進水方式分為：連續進水和間歇進水；
　　（2）按負荷分為：高負荷和低負荷：
　　（3）按反應池型式分為：完全混合式和循環水渠式；
　　（4）按進水曝氣與否分為：限制曝氣、非限制曝氣、半限制曝氣；
　　下面主要介紹新型的DAT－IAT工藝及設備。

2　DAT－IAT系統工藝的工作原理

　　SBR法是活性污泥法的變法，是依靠活性污泥微生物的活動來凈化污水的，這一點SBR工藝與傳統活性污泥工藝完全一致，只是運行方式不同，傳統工藝采用連續運行方式，污水連續進入處理系統并連續排出，系統內每單元的功能不變，污水依次流過各單元，從而完成處理過程。SBR工藝一般采用間歇運行方式，污水間歇進入處理系統并間歇排出。系統內只設一個處理單元，該單元在不同時間發揮不同的作用，污水進入該單元后按時間順序進行不同功能的處理。
DAT－IAT系統的主體構筑物由一個連續曝氣池和一個間歇曝氣池串連而成。一般情況下，DAT連續進水、連續曝氣，其出水連續流入IAT，在IAT完成反應、沉淀、出水等工序。其典型工藝流程如圖1所示。

　　DAT－IAT系統是SBR工藝完善和發展的新型式，它的反應機理以及污染物去除機制與連續活性污泥法相同，DAT池為預反應池，也稱為連續曝氣區，池中水流呈完全混合流態，絕大部分有機物在這個池中降解。IAT相當一個傳統的SBR池。但進水為連續流。

3　DAT－IAT系統的工作過程

　　DAT池和IAT池串聯組成，DAT連續進水，連續曝氣（也可間歇曝氣），IAT也是連續進水，但間歇曝氣，清水和剩余活性污泥均由IAT池排出。和典型的SBR反應池一樣，IAT池運行操作由進水、反應、沉淀、出水和待機五個階段組成。
　　（1）進水階段
　　與典型的SBR工藝不同的是，DAT－IAT系統的處理水是連續進入DAT，然后進入IAT。連續進水使對進水的控制大大簡化，這樣的雙池系統也避免了水力短路。
　　（2）反應階段
　　反應階段分兩部分：在DAT中連續曝氣，池中水流呈完全混合流態，絕大部分有機物在這個池中降解。經DAT處理后的混合液通過兩池間的導流系統連續不斷進入 IAT，IAT間歇曝氣進一步去除有機物，使處理出水達到排放標準。
　　（3）沉淀階段
　　沉淀階段只發生在IAT。當IAT停止曝氣后，活性污泥絮體靜態沉淀與上清液分離，DAT注入IAT的混合液流速很低，對IAT不產生擾動，因而其沉淀效率顯著高于一般二沉池的動態沉淀。
　　（4）排水階段
　　排水階段只發生在IAT，當池水位上升到最高水位時，沉淀階段結束，設置在IAT末端的潷水器開動，將上清液緩慢地排出池外，當池水位降到最低水位停止潷水。
　　（5）待機階段
　　在IAT池潷水后完成了一個運行周期，兩周期間的間歇時間就是待機階段。該階段可視污水的性質和處理要求決定其長短或取消。

4　DAT－IAT系統的特點

4.1傳統SBR工藝的特點
　　SBR工藝是一種控制的非穩態系統，即采用某些方法將系統的非穩態行為限制在一定范圍內。傳統的活性污泥法則是一種無控制的非穩態系統。
　　存在于生活、工業污水，垃圾填埋滲出液，地下水以及土壤中的污染物，可以分為有機物或無機物，有毒物或無毒物，密度高于水或低于水的物質，易溶于水或難溶于水的物質以及可生物降解或不可生物降解的物質。這些自然地而且非常劇烈地隨著時間或空間的改變而改變，具有非穩態的特性。這些自然地而且非常劇烈的變化常常與環境的不穩定性相關。傳統的理論認為：穩態是保證出水水質穩定并低于一定標準的必要條件。因此，在設計處理工藝時，人們常把這些隨機的變化和潛在的非穩態行為假設為穩態。許多工程人員在設計處理構筑物時，采用流量平衡并不能有效地抵消質量流速的變化。這種做法使這些系統變為無控制的非穩態系統。實際運行中，無控制的非穩態系統只能滿足簡單的處理要求，如去除COD和SS等，而對于去除N、P等則無能為力。N 、P 等物質的去除要求更好地控制水污染物的不穩定性。這在無控制的非穩態系統，是無法實現的。
　　SBR相對于連續流系統還有許多其它方面的優點。首先，這種反應器運行靈活簡潔。它可以配合不同的進水水質調整運行模式。第二，SBR流態上屬于完全混合，而在有機物降解方面卻是時間上推流。因此為了達到較高去除率而只需調整反應時間。這樣大大減少了占地，特別適合中小型水廠。第三，SBR的沉淀階段使泥水有效分離，出水懸浮物濃度低，無需另設澄清池。第四，SBR工藝中無二沉池及回流污泥系統，很多情況還可不設初沉池，因而基建費用低，占地少。
　　SBR工藝經過近年10多年的深入研究和發展已經基本完善，但仍存在著一些不盡人意的地方。首先，間歇進水使處理工藝缺乏連續性。若使水處理連續運行，需要設多池系統，增加投資。其次，對于一些高濃度難降解的有機廢水則需要較長的反應時間。再次，SBR工藝操作運行較為復雜，必須采用自動控制，附屬設施較多。
4.2 DAT－IAT系統的特點
　　DAT－IAT系統是普通活性污泥法與傳統SBR同有機結合的一種型式，整個系統有SBR工藝的優點，又改進了SBR工藝的不足，具有以下特點：
　　（1）增加了工藝處理的穩定性：DAT起到了水力均衡和防止連續進水對出水水質的影響，特別是在處理高濃度工業廢水時，DAT連續曝氣加強了系統對難降解有機物的降解，相對縮短了運行周期。DAT池連續曝氣也使整個系統更接近于完全混合式，更有利于消除高濃度工業廢水中毒性物質或COD濃度過高積累而帶來的不良影響。
　　（2）提高了池容的利用率：對于曝氣池和二沉池合建的污水處理構筑物來說，在保留沉淀分離效果的前提下，盡可能提高曝氣容積比，與傳統SBR法及其它變型方法來比，由于DAT－IAT中DAT池連續曝氣和IAT的間歇曝氣，使該工藝方法的曝氣容積比是最高的。
　　（3）提高了設備的利用率：由于DAT池連續進水，因此不需要增設進水的閘閥及自控裝置；DAT池連續曝氣，減少了整個系統的曝氣強度，提高了曝氣裝置的利用率，所需鼓風機的額定風量和功率也減小了。
　　（4）增加了整個系統的靈活性：DAT－IAT系統可以根據進、出水量、水質變化來調整DAT池與IAT池的工作狀態和IAT池的運轉周期，使之處于最佳工況，同時也可以根據脫氮除磷要求，調整曝氣時間，創造缺氧或厭氧環境。

5　主要工藝設計參數

序號 設計參數名稱 取 值 備 注 1 池子個數 3座以上 小規模時取3～6座大規模時取若干組，每組3池 2 有效水深 3～7m 3 回流比 50%～200% 4 污泥負荷 0.05～0.1kg BOD/kg MLSS·d 采用低負荷運行 5 混合液污泥深度 3～5g/l 6 泥齡 20～30d 7 耗氧量 1.3～2.0 kg O2/kg BOD 8 周期工作時間 3. 4. 6. 負荷小時，周期時間長 9 排出比 1/3～1/6

6　DAT－IAT工藝的6種專用機械設備及潷水器開發

　　DAT－IAT工藝處理系統中主要用6種專用機械設備，這是：進水泵房粗格柵機；旋流或平流除砂機；沉砂池細格柵機；曝氣系統設備（中大型用鼓風機帶微孔曝氣、小型廠用浮動式大行程曝氣機）；潷水器；濃縮脫水機。潷水器是研究開發的重點。
　　由于SBR反應池排水的不連續性，決定了排水裝置應具備有：當排水時能將上清液均勻地排出池外，而不攪動活性污泥；而在進水，反應、沉淀工序階段不影響工藝進行。潷水器是SBR工藝最常采用的排清水設備，它能從靜止的池表面將澄清水潷出而不攪動沉池，確保出水水質。潷水器具備有對水量變化的可調節性，有良好的水力機械性能，又能隨水位變化而自動、平穩的升降。
　　目前國內外污水處理設備專家對潷水器作了大量的研究工作，研究出了多種動力形式的潷水器，但歸納起來主要可分三種類型：①機械式潷水器 ②虹吸式潷水器 ③自力（浮力）式潷水器。簡述如下：
　　(1)機械式潷水器
　　機械式潷水器國內現主要有兩種形式，旋轉式和套筒式。旋轉式潷水器由電動機、減速機執行裝置，四連桿機構，載體管道，浮子箱（攔渣器），淹沒出流堰口，回轉接頭等組成。通過電動機帶動減速機及執行裝置和四連桿機構，使堰口繞出水管做旋轉運動，潷出上清液，液面也隨之同步下降。浮子箱（攔渣器），可在堰口上方和前后端之間形成一個無浮渣或泡沫的出流區域，并可調節的堰口之間的距離，以適應堰口淹沒深度的微小變化。

　　　

　　套筒式潷水器有絲杠式和鋼絲繩式兩種，都是在一個固定的池內平臺上，通過電動機帶動絲杠或滾筒上的鋼絲繩，牽引出流堰口上下移動。堰口下的排水管插在有橡膠密封的套筒中，可以隨出水堰上下移動，套筒連結在水總管上，將上清液潷出池外。在堰口上也有一個攔浮渣和泡沫用的浮箱，采用剪刀式鉸鏈和堰口連接，以適應堰口淹沒深度的微小變化。
　　（2）虹吸式潷水器
　　虹吸式潷水器實際是一組淹沒出流堰，是由一組垂直的短管組成，短管吸口向下，上端用總管連接，總管與U形管相通，U形管一端高出水面一端低于反應池的最低水位，高端設自動閥與大氣相通，低端接出水管以排出上清液。運行時通過控制進排氣閥的開閉，采用U型管水封，來形成潷水器中循環間斷的真空和充氣空間，達到開關潷水器和防止混合液流入的目的。潷水的最低水面限制在短管吸口以上，以防浮渣或泡沫進入。

　　（3）自力（浮力）式潷水器
　　自力（浮力）式潷水器也有多種形式，如前所述的兩種機械式潷水器也都可以制成自力式潷水器，不同的是它只依靠堰口上方的浮箱本身的浮力，使堰口隨液面上下運動而不需外加機械動力。按堰口形狀可分為條形堰式、圓盤堰式和管道式等。堰口下采用柔性軟管或肘式接頭來適應堰口的位移變化，將上清液潷出池外。浮箱本身也起攔渣作用。為了防止混合液進入管道，在每次潷水結束后，采用電磁閥，自力式閥關閉堰口，或采用氣水置換浮箱，將堰口抬出水面。

　　

　　

7　工程實例

　　天津經濟技術開發區污水處理廠日處理污水10萬噸，污水主要來源于區內生活污水和工業園區生產廢水，設計進水水質為：BOD5 150mg/L，COD 400mg/L，SS 200mg/L，出水水質BOD5 30mg/L，COD 120mg/L，SS 30mg/L，同時要求去除NH3－N 10mg/L由于開發區污水受區內工業生產影響，水質水量變化幅度較大，通過方案比選，結合貸款國技術特點，選擇了DAT－IAT工藝。該廠已于1999年正式投產使用。
　　DAT－IAT系統共設六組池，每組池容積為：11000m3每組池長L＝80m，池寬B＝32m，有效水深H＝4.3m，反應池最低水位時水深3.75m，污泥負荷0.052kgBOD/kgMLSS·d，混合液濃度（MLSS）5g/L，IAT運行周期T＝3h（曝氣、沉淀、潷水各1h）每組反應池中DAT和IAT體積相同，各長40m，中間設兩道導流墻，為保持DAT內足夠的混合液濃度，需從IAT將混合液回流到DAT，混合液回流比最大可達R=4.0在IAT兩側距導流墻8米處設2臺潛污泵，每臺流量0.55-0.6m3/s，揚程2米。回流泵的開停由PLC按預設程序自動控制，停泵的時間安排在潷水階段。兩臺泵的回流污泥管在DAT內分為四個出口，位于池的四個角，它們以高速沿池底噴向池中心，對全池起強烈攪拌作用，形成完全混合流態，混合液經兩道導流墻進入IAT。經過導流墻的混合液以很低的流速從底部進入IAT，不會對IAT沉淀的污泥產生攪動。
　　采用鼓風曝氣，曝氣設備為膜片式微孔曝氣器。曝氣器總數19838個。廠內設4臺單級高速離心風機，單臺供氣量Q＝18000m3/h，風壓P＝0.5bar。電機功率N＝400kw。
　　污泥產率系數為YT＝1.1，泥齡tDS=22d，每日污泥總產量體積V＝
2400m3/d，每池設有SS計，可根據污泥濃度值隨時調整開泵的時間和周期，確保反應池的正常運行。本工程排水選用虹吸式潷水器，每池3臺，每臺潷水能力為700m3/h。潷水器在最高水位時自動開動，最低水位時自動停止，潷水器安裝在IAT尾部。