SBR工藝在化肥裝置污水處理中的應用

劉金武

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

1 污水處理現(xiàn)狀

某石化公司化肥裝置污水處理單元，為上世紀80年代從國外引進的大化肥裝置配套而建，設計能力為50 m3/h，原設計采用“調(diào)節(jié)池—初沉池—曝氣池—二沉池”處理工藝。該裝置已運行近30年，設備老化腐蝕嚴重，初沉池和調(diào)節(jié)池技術(shù)改造作為污水回用裝置的調(diào)節(jié)池，現(xiàn)在只剩下一個曝氣池和沉淀池進行簡單的生化處理，勉強達標后排入市政污水處理廠。

隨著政府對環(huán)保指標的要求越來越嚴格，外排污水中NH3-N含量從60 mg/L 降到30 mg/L，為了保證達標排放，決定對原有污水處理設施拆除，新建一座具有生物脫氮功能的處理裝置，處理化肥裝置排出的含氨氮生產(chǎn)廢水和生活污水。

2 設計基礎(chǔ)

2.1 設計水量及裝置規(guī)模

根據(jù)化肥裝置各單元的設計參數(shù)和現(xiàn)場實際排水數(shù)據(jù)統(tǒng)計，確定進入新建污水處理裝置的污水量為生產(chǎn)污水21.6 m3/h，生活污水40.0 m3/h，總水量61.6 m3/h。考慮異常工況下的排水情況，設計規(guī)模按70 m3/h進行設計。

2.2 設計進水水質(zhì)

根據(jù)近三年全廠排水水質(zhì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并參考目前國內(nèi)同類廠家的實際運行情況，確定氨氮設計進水指標為150 mg/L，COD設計進水指標為500 mg/L，并根據(jù)現(xiàn)場實際條件，綜合確定進水水質(zhì)，見表1。

2.3 設計出水水質(zhì)

新建污水處理裝置的出水作為污水回用裝置的進水，經(jīng)處理后水質(zhì)參考《煉油化工企業(yè)污水回用管理導則》的要求，滿足初級再生水用于循環(huán)冷卻水補水的水質(zhì)要求。主要出水水質(zhì)指標見表2。

表1 新建污水處理裝置設計進水水質(zhì) mg/L

表2 新建污水處理裝置設計出水水質(zhì) mg/L

2.4 工藝及技術(shù)路線選擇

2.4.1 污水水質(zhì)分析

各單元進入污水處理裝置的污水屬于可生化性較好的污水，含有醇類等物質(zhì)，無氰化物，且氨氮濃度相對較高。根據(jù)循環(huán)水場補水情況，要求污水處理裝置的出水氨氮在5 mg/L以內(nèi)。因此，工藝選擇的主要環(huán)?？刂浦笜藶镃OD、氨氮及懸浮物。污水水質(zhì)情況如下：

1）BOD5/CODcr（B/C）≈ 0.5，污水可生化性良好，適合采用生物方法去除有機物。B/C指標體現(xiàn)了污水的可生化程度，是決定工藝主體參數(shù)的重要指標，一般認為B/C＞0.4可生化性較好，B/C＜0.4較難生化，B/C＜0.2不易生化。

2）CODcr/TKN（C/N）≈ 2.5，污水脫氮碳源不足，需要額外投加碳源。C/N指標反映反硝化過程碳源是否充足，是決定反硝化程度的主要指標，從理論上講，C/N≥2.86就能進行脫氮，但考慮到硝酸鹽氮攜帶的溶解氧會消耗一部分碳源等因素，一般認為C/N≥3.6才能進行有效脫氮。

3）污水中存在一定濃度的堿度，根據(jù)生物脫氮機理，硝化過程需要消耗大量的堿度，而反硝化過程會釋放一定量的堿度，但整個硝化反硝化過程對堿度的需求量仍較大。根據(jù)氨氮濃度和實際經(jīng)驗，原水中的堿度尚不足以滿足污水整個生物脫氮的需求，需要在硝化段投加一定量的堿度。

4）CN-≤0.5mg/L，無需特殊處理。

5）生物處理對C、N、P的基本比例要求大致為100∶5∶1，由于污水中基本不含P（除了少量的生活污水），因此需要額外投加營養(yǎng)鹽以滿足微生物的需要。

通過上述分析，該工程污水可生化性良好，適宜采用生化處理工藝，但需額外投加碳源、堿度及P營養(yǎng)鹽，以保證脫氮碳源及微生物生長的需要。

2.4.2 主體生化工藝選擇

針對化肥裝置污水氨氮濃度高的特點，污水處理應采用高效生化脫氮工藝，通過營造適應高營養(yǎng)物環(huán)境的微生物生態(tài)群落，并強化硝化自養(yǎng)菌和反硝化異養(yǎng)菌的生理活性，依賴這些微生物的酶促降解作用，達到凈化水質(zhì)的目的。

所有的生物脫氮工藝都包括缺氧和好氧兩個不同過程的交替和循環(huán)，目前處理化工污水的常用生化工藝有SBR創(chuàng)新工藝及A/O工藝，兩種工藝的實質(zhì)均是“缺氧—好氧”的工藝原理。

1）A/O工藝

通常所說的A/O工藝為連續(xù)進水、連續(xù)排水的缺氧反應池與好氧反應池分別獨立的活性污泥系統(tǒng)或接觸氧化系統(tǒng)。其特征是缺氧池與好氧池分別設置（空間分隔），相互隔離互不干涉，通常缺氧池設置在好氧池前，稱為“前置反硝化工藝”。為達到反硝化的目的，A/O脫氮工藝需要大量好氧池出水回流至缺氧池前端。簡要工藝過程見圖1。

圖1 A/O處理工藝流程

由圖1可知，要提高A級池反硝化脫氮效率，回流液提供的硝態(tài)氮越多越好。提高硝態(tài)氮量有兩種方法，一是增加回流比，二是提高硝態(tài)氮濃度。提高回流比有可能造成A級池的富氧化，破壞反硝化環(huán)境，降低反硝化率，同時也增加了動力消耗。O級池排至沉淀池和回流至A級池的水質(zhì)相同，提高硝態(tài)氮濃度則意味著出水含氮（主要為硝態(tài)氮）升高，直接導致出水指標超標。因此，A/O工藝脫氮有限度，脫氮效率通常不超過85%。新建污水處理裝置污水要求脫氮效率達到97%以上，顯然，采用一級A/O工藝無法保證達標排放。

從目前運行的工程實例來看，傳統(tǒng)A/O工藝通常成功應用于低濃度含氨氮污水的處理，如生活污水、城市污水處理廠等，應用于氨氮濃度超出100 mg/L污水時的成功先例不多，且投資較高，突出的問題是一級A/O工藝氨氮去除率難以達到85%，同時系統(tǒng)不太穩(wěn)定，在出現(xiàn)硝態(tài)氮累積時易造成污泥體系各菌群的比例失調(diào)。

2）SBR工藝

SBR工藝是近年發(fā)展起來的一種先進的序批式活性污泥法，該工藝具有良好的脫氮處理功能。在SBR處理工藝中，硝化和反硝化在同一池內(nèi)進行，不需要好氧污水的回流，因此理論上脫氮效率可無限接近于100%。SBR工藝運行方式十分靈活，通過控制供氧量使運行環(huán)境在缺氧和好氧之間不斷變換，這時可以將SBR工藝看成多個A/O工藝的串聯(lián)組合體，所以能夠保證很高的脫氮效果。

一般的周期安排方式為：

進水階段：污水進入SBR池的階段，通常為一個運行周期的開始。

曝氣階段：通過曝氣系統(tǒng)向SBR池供給氧氣，微生物利用體內(nèi)生物酶降解有機污染，同時污水中的NH3-N通過微生物的硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3-N。

攪拌階段：停止曝氣而繼續(xù)攪拌，使泥水充分混合，水中溶解氧逐漸降低。同時通過投加甲醇等外部碳源，為微生物反硝化反應提供易降解基質(zhì)，NO3-N轉(zhuǎn)化為N2等氣態(tài)物質(zhì)而脫離水相，污水中總氮含量降低。

沉淀階段：停止攪拌，也不曝氣，混合液逐漸轉(zhuǎn)入靜止沉淀狀態(tài)，泥水分層分離。

潷水階段：沉淀結(jié)束后，置于反應池末端的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液。

閑置階段：閑置階段即是潷水器上升到原始位置階段，通常為一個運行周期的結(jié)束。池底污泥的降解活性在此階段得到恢復。SBR池設計參數(shù)見表3。工藝流程見圖2。

表3 SBR池設計參數(shù)

圖2 污水處理廠SBR工藝流程

3 運行效果

新建污水處理裝置于2016年5月工程中交，進行活性污泥培養(yǎng)與馴化試運行，至8月整個裝置基本趨于正常，并投入自動運行。2016年8月至2017年12月以來各月平均運行數(shù)據(jù)見圖3、4。

從SBR池進出口的NH3-N和COD監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，NH3-N和COD的去除率平均在93%和88%，超過了原始設計的90%和84%。

4 存在問題和解決措施

圖3 污水處理廠SBR工藝氨氮進出情況

圖4 污水處理廠SBR工藝COD處理情況

1）試運行初期，曝氣頭有部分脫落和破損，造成曝氣系統(tǒng)不均勻，影響了SBR池的處理效果。

2）鼓風機房內(nèi)曝氣風機噪音超標，為了壓縮工程投資，采購的曝氣風機噪音超標達到90分貝以上，經(jīng)過和廠家溝通，加了隔音罩，基本控制到正常范圍內(nèi)。

3）潷水器在試運行期間出現(xiàn)過電機燒損，程序控制器故障，起降不到正常液位的情況，經(jīng)過更換電機和程控器內(nèi)備件，問題得到了解決。

4）2017年2月出現(xiàn)過NH3-N和COD處理效果下降的情況，經(jīng)過查找，發(fā)現(xiàn)給SBR池加藥的管線（PVC材質(zhì)）和蒸汽伴熱管線在地溝內(nèi)靠的太近，被烤薄變形泄漏，移位到安全距離，加藥正常后處理效果得以恢復。

5）由于化肥裝置生產(chǎn)的特殊性，加上裝置已運行了近30年，許多設備和管線存在老化腐蝕現(xiàn)象，經(jīng)常有漏氨和漏甲醇等有機物的情況發(fā)生，造成調(diào)節(jié)罐出水NH3-N和COD超過設計進水指標，解決措施有：①加強主裝置工藝指標控制，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整；②裝置內(nèi)的廢水收集池人工分析從每天一次調(diào)整到一班一次。發(fā)現(xiàn)超標及時切入事故應急池，防止對污水處理系統(tǒng)造成沖擊。

5 結(jié)論

SBR工藝在處理化肥裝置高氨氮污水方面應用效果較好，NH3-N和COD的去除率分別達到了93%和88%，目前當?shù)卣谖鬯馀诺目偟矫孢€未正式監(jiān)測，下一步將對SBR池的總氮去除效率進行監(jiān)測，以更好地評價SBR工藝在化肥裝置污水處理中的應用。