SBR是序批式間歇活性污泥法的簡稱，它是近年來應用日趨廣泛的一種污水處理工藝，也是小城鎮(zhèn)、小企業(yè)污水處理的首選工藝。
近年來，隨著國家對水環(huán)境治理力度的加大，對污水排放標準中的氨氮指標提出了新的要求，而常規(guī)的生物接觸法，SBR，A/O工藝，對氨氮的去除率均不能滿足要求。因此，如何提高氨氮去除率成為目前研究的重點和熱點。將沸石以固定床或粉末狀應用到SBR法中，對提高SBR法的氨氮去除率將極為有利。
1、沸石
沸石是沸石族礦物的總稱，是一種含水的堿金屬和堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物。任何沸石都是由硅氧和鋁氧四面體組成，當硅氧四面體中的硅被鋁原子置換而構成鋁氧四面體時，由于鋁原子是三價的，所以在鋁氧四面體中有一個氧原子的電價沒有得到中和而產(chǎn)生電荷不平衡，使整個鋁氧四面體帶負電。為了保持電中性必須有帶正電的離子來抵消，一般是由堿金屬和堿土金屬來補償，如Na，Ca，Sr，Ba，K等。Na+，Ca2+，K+等陽離子、水分子與骨架結合得不緊，極易與其周圍水溶液里的陽離子發(fā)生交換作用，交換后的沸石晶格結構也不會被破壞。
天然沸石有許多種類，其中以絲光沸石和斜發(fā)沸石為主要成分的沸石，具有較高的陽離子交換容量。據(jù)查證，國內斜發(fā)沸石巖對NH4+的交換容量在50mmol/100g～220mmol/100g之間，而絲光沸石巖對NH4+的交換容量在50mmol/100g～188mmol/100g之間，故絲光沸石巖和斜發(fā)沸石巖的NH4+離子交換容量均較高，這是由其內部結構特點決定的。
據(jù)國內外某些文獻報道，沸石對NH4+的吸附交換作用可用下式表示：
RM+NH4+→RNH4+M
沸石作為離子交換體，具有特殊的離子交換特性，對離子的選擇交換順序如下：
Cs(Ⅰ)>Rb(Ⅰ)>K(Ⅰ)>NH4+>Sr(Ⅰ)>Na(Ⅰ)>Ca(Ⅱ)>Fe(Ⅲ)>Al(Ⅲ)>Mg(Ⅱ)>Li(Ⅰ)。
實驗表明，在NH4+和Na(Ⅰ)，Ca(Ⅱ)，Mg(Ⅱ)的共存溶液中，沸石對氨離子具有較高的選擇性。因此，采用沸石進行離子交換處理，從污水中去除氨氮是可行的。沸石除氨的運行方式通常是顆粒沸石固定床，如果將這種固定床放入SBR池中，或者將沸石直接加入到SBR池中形成投料活性污泥法。根據(jù)理論推斷，這兩種處理方法均可使氨氮的去除率明顯提高。
2、SBR法的基本原理及工藝流程
SBR法屬好氧生物處理法，其功能是去除水中呈溶解性的有機物。運行時，污水分批進入池中，依次經(jīng)過進水、反應、沉淀、排水和閑置完成一個周期。每個周期的5個過程都在同一反應器內進行，實現(xiàn)自動控制。圖1為SBR法工藝經(jīng)典的運行方式。
2.1進水工序
污水流入曝氣池前，該池處于操作周期的待機(閑置)工序，此時沉淀后的清液已排放，曝氣池內留有沉淀下來的活性污泥。
當污水流入的同時可進行曝氣，使曝氣池內的污泥再生和恢復活性，并對污水中有機物初步降解，進水同時緩速攪拌。
當污水流入的同時可不進行曝氣，而是緩速攪拌使之處于缺氧狀態(tài)，則可對污水進行脫氮與實現(xiàn)聚磷菌對磷的釋放。
2.2曝氣(反應)工序
在反應器內最大水量的情況下完成進水期已開始的反應。根據(jù)反應的目的進行曝氣或攪拌，不僅可以達到有機物降解的目的，而且可以取得脫氮、除磷的效果。如為達到脫氮的目的，通過好氧(曝氣)反應進行氧化、硝化，然后通過厭氧(攪拌)反應而脫氮。
2.3沉淀工序
使混合液處于靜止狀態(tài)，進行泥、水分離，沉淀時間一般為1.0h～1.5h，沉淀效果良好。
2.4出水工序
排除曝氣池沉淀后的上清液，留下活性污泥，作為下一個操作周期的菌種。
2.5待機(閑置)工序
待機階段池內污泥處于厭氧狀態(tài)，有利于反硝化反應的進行，NO2-N和NO3-N在反硝化菌的作用下，還原為N2，N2O。剩余污泥的排放可以放在這一階段。
3、沸石在SBR法中的應用
將沸石床和沸石放入SBR池，污水中的微生物和懸浮物就會吸附在載體表面，微生物利用營養(yǎng)物生長繁殖，在載體表面形成黏液狀微生物群落，這些微生物群落進一步吸附分解污水中的懸浮物、膠體和溶解態(tài)營養(yǎng)物，不斷增殖而形成一定厚度的生物膜。生物膜達到一定厚度，膜深處便供養(yǎng)不足，出現(xiàn)厭氧層。一般情況下生物膜由厭氧層和好氧層組成。隨著有機物的降解，細胞不斷合成，生物膜不斷增厚。達到一定厚度時，營養(yǎng)物和氧氣向深處擴散受阻，在深處的好氧微生物死亡，生物膜老化，老化的生物膜附著力減小，在水力沖刷下脫落，完成一個生長周期。“吸附—生長—脫落”的生長周期不斷交替循環(huán)，系統(tǒng)內活性生物膜量保持穩(wěn)定。
改造后的SBR法既具有活性污泥法的特性，又具備了接觸氧化法的特性。如果沸石的離子交換性能也能夠充分發(fā)揮作用，SBR法的除氨氮率將得到很大的提高。
4、沸石在生物脫氮中的作用
未經(jīng)處理的新鮮污水中，含氮化合物的存在形式主要為有機氮，其次為氨氮。含氮有機物在微生物的作用下，相繼發(fā)生氨化反應(有機氮NH4+-N)、亞硝化反應和硝化反應(NH4+-N→NO2–N→NO3–N)。
研究表明，硝化反應的速率主要取決于氨氮轉化為亞硝酸氮的反應速率。即氨氮轉化為亞硝酸氮的反應速率慢，如果加入沸石將污水中的NH4+交換和吸附下來，增加了NH4+的停留時間，以使亞硝酸菌有充足的時間進行亞硝化反應。這樣出水的氨氮含量自然降低。以下為生物脫氮過程：
有機氮→NH4+-N→NO2–N→NO3–N→N2，N2O最后在厭氧條件下，NO2–N和NO3–N在反硝化菌的作用下，還原為N2，N2O，擴散到空氣中。
5、討論
可能影響沸石交換性能的因素有以下幾點：一是因連續(xù)處理污水，沸石對NH4+-N的吸附交換能力逐漸下降，從而影響NH4+-N的去除率。二是在SBR池中加入沸石粉末會增加操作的難度。三是由于沸石表面生物膜的形成，會影響沸石交換性能的正常發(fā)揮，從而影響NH4+-N的去除率。四是絲光沸石和斜發(fā)沸石的純度也會影響到NH4+-N的去除率。
