工業(yè)園區(qū)污水處理廠SBR 系統(tǒng)提高脫氮效果實(shí)例

李卓軍

（聯(lián)熹水務(wù)（武漢）有限公司，湖北武漢430000）

近年來(lái)合肥市政府對(duì)巢湖流域水環(huán)境治理工作逐步重視，特別針對(duì)總氮指標(biāo)做出嚴(yán)格規(guī)定。 自2018 年7 月起，污水處理廠總氮排放指標(biāo)由“無(wú)要求”調(diào)整為DB 34/2710—2016《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》中要求的“≤15 mg/L”。

1 項(xiàng)目介紹

某化工園區(qū)有企業(yè)80 余家，以化工、冶煉企業(yè)為主， 各企業(yè)污水經(jīng)管道收集后集中排入污水處理廠。污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為30 000 m3/d，實(shí)際進(jìn)水量20 000~24 000 m3/d，出水執(zhí)行DB 34/2710—2016 排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 工藝流程

污水處理廠預(yù)處理單元采用化學(xué)反應(yīng)池+氣浮池工藝， 生化系統(tǒng)采用水解酸化池+傳統(tǒng)SBR 的組合工藝，深度處理單元采用氣浮濾池工藝。

預(yù)處理單元主要去除污水中的懸浮物、 總磷和金屬離子，保證后續(xù)生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在化學(xué)反應(yīng)池投加20~50 mg/L 聚合硫酸鐵和0.5~1 mg/L 陰離子聚丙烯酰胺，污染物形成絮體并沉淀，再經(jīng)過(guò)氣浮作用將大部分絮體轉(zhuǎn)化為浮渣去除。 氣浮池兼具沉砂功能，密度較大、難以形成浮渣的沉淀物進(jìn)入底泥排除。

針對(duì)園區(qū)廢水B/C 低的問(wèn)題， 在SBR 前設(shè)置水解酸化工藝，以提高污水可生化性。 水解酸化池采用復(fù)合形式，上部為填料層，下部為污泥床，中間留出一定空間以便懸浮狀態(tài)的絮狀污泥和顆粒污泥停留，增加了生物量，延長(zhǎng)了微生物與廢水的接觸時(shí)間。

深度處理單元可進(jìn)一步去除水中的懸浮物及總磷。氣浮濾池將氣浮與過(guò)濾相結(jié)合，大部分懸浮物轉(zhuǎn)化為浮渣去除， 部分顆粒沉淀物經(jīng)石英砂濾層截留去除。

該污水處理廠工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程

1.2 進(jìn)出水水質(zhì)

污水處理廠進(jìn)水執(zhí)行GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，出水執(zhí)行DB 34/2710—2016排放標(biāo)準(zhǔn)，如表1 所示。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

化工園區(qū)污水處理廠不同于城鎮(zhèn)污水處理廠及企業(yè)污水處理站，具有以下顯著特點(diǎn)：（1）園區(qū)納管企業(yè)數(shù)量較多且分屬不同行業(yè)，包含鹽化工、鋼鐵冶煉、精細(xì)化工、農(nóng)藥生產(chǎn)、垃圾滲濾液等，各企業(yè)排放污水量在50~4 000 m3/d 不等， 污水性質(zhì)多樣， 含有重金屬、揮發(fā)酚等生物毒性物質(zhì)；（2）部分企業(yè)自建污水處理站，已對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理甚至多級(jí)生化處理，導(dǎo)致排入綜合污水處理廠的廢水B/C 低，TN 以NO3-為主，BOD5/TN 嚴(yán)重失衡；（3）各企業(yè)污水經(jīng)總管匯集后進(jìn)入污水處理廠，偷排現(xiàn)象頻發(fā)，且難以查找源頭。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2017 年全年進(jìn)水COD 均值為223.8 mg/L，氨氮均值為6.78 mg/L，NO3-均值為38.675 mg/L，TN 均值為53.47 mg/L。按B/C=0.35 計(jì)算，進(jìn)水BOD5/TN≈1.5，遠(yuǎn)低于理論值（BOD5/TN≥4）。

1.3 SBR 系統(tǒng)技改前進(jìn)出水總氮

SBR 系統(tǒng)改造前，由于未營(yíng)造反硝化系統(tǒng)所需缺氧環(huán)境，且未投加碳源，出水TN 均值在37.32 mg/L，去除率僅為30.2%（見(jiàn)圖2）。

1.4 運(yùn)行難點(diǎn)分析

（1）傳統(tǒng)SBR 系統(tǒng)對(duì)總氮去除存在局限性，HJ 577—2010《序批式活性污泥法水處理工程技術(shù)規(guī)范》中提到SBR 系統(tǒng)理論總氮去除率約60%~85%。因此，需要建立缺氧/好氧多級(jí)交替脫氮環(huán)境〔1〕。

汽車行業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)汽保企業(yè)也得到了快速發(fā)展，但隨之而來(lái)的專利侵權(quán)等問(wèn)題也給汽保企業(yè)帶來(lái)一些困擾。本文整理了部分與汽保企業(yè)專利侵權(quán)及專利保護(hù)等相關(guān)的問(wèn)題，希望可以幫助汽保企業(yè)了解2018年專利保護(hù)政策，從而學(xué)會(huì)對(duì)自己的企業(yè)進(jìn)行專利保護(hù)，并且不侵犯其他企業(yè)的相關(guān)權(quán)利。

（2）BOD5/TN 嚴(yán)重失衡，需外加大量碳源，提升污水BOD5約130 mg/L， 做好外加碳源的藥劑選型工作，同時(shí)考慮控制運(yùn)行成本。

圖2 SBR 系統(tǒng)技改前進(jìn)出水TN

2 技術(shù)改造措施

為建立缺氧/好氧多級(jí)交替的脫氮環(huán)境，需保證SBR 系統(tǒng)同時(shí)具備缺氧攪拌、好氧曝氣、沉淀靜置功能。

2.1 現(xiàn)有SBR 池參數(shù)

SBR 池共4 座，并聯(lián)運(yùn)行，單池工藝尺寸44.0 m×20.0 m×7.0 m，有效容積5 500 m3。 池內(nèi)各安裝2臺(tái)5.6 kW 推流器，由于功率偏低，缺氧攪拌效果不佳。 用6 臺(tái)110 kW 羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)，采用微孔曝氣盤(pán)曝氣，單周期時(shí)間7 h，總曝氣時(shí)間2 h，污泥質(zhì)量濃度3 500~5 000 mg/L，BOD5污泥負(fù)荷0.15 kg/（kg·d）。

2.2 技改方案

（1）現(xiàn)有攪拌強(qiáng)度不足，攪拌功率需滿足5~8 W/m3。 每間SBR 池新增2 臺(tái)15 kW 推流器，提高缺氧攪拌效果。

（2）將現(xiàn)有6 臺(tái)工頻鼓風(fēng)機(jī)改造為變頻控制，防止過(guò)度曝氣，影響二次反硝化效果。改造前曝氣階段SBR 池溶解氧最高可達(dá)7~8 mg/L，改造后通過(guò)降低風(fēng)機(jī)頻率，將曝氣階段溶解氧控制在1.5~2.5 mg/L。

（3）增加碳源投加系統(tǒng)1 套，補(bǔ)充碳源，并在SBR 池進(jìn)水口增加CODCr、TN 在線分析儀， 實(shí)時(shí)監(jiān)控CODCr、TN，及時(shí)調(diào)整碳源投加量。

3 工藝參數(shù)優(yōu)化措施

3.1 調(diào)整運(yùn)行工序

傳統(tǒng)SBR 工藝由進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、待機(jī)5個(gè)工序組成， 無(wú)缺氧混合環(huán)境， 無(wú)法保證總氮的去除。 新增推流器后，對(duì)SBR 池運(yùn)行周期按表2 進(jìn)行調(diào)整，將曝氣工序調(diào)整為缺氧/好氧/缺氧/好氧交替。

表2 調(diào)整前后的運(yùn)行工序

SBR 系統(tǒng)單周期運(yùn)行時(shí)間為420 min，其中進(jìn)水時(shí)間固定為105 min，排水時(shí)間固定為105 min，反應(yīng)時(shí)間（推流和曝氣）可以微調(diào)，4 間SBR 池交替進(jìn)水排水，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。周期調(diào)整后前置推流時(shí)間設(shè)定為105 min，總氮負(fù)荷為0.042 kg/（kg·d），可滿足HJ 577—2010 中“≤0.05 kg/（kg·d）”的要求；BOD5負(fù)荷為0.084 kg/（kg·d），滿足HJ 577—2010 中“0.04~0.12 kg/（kg·d）”的要求。

表3 風(fēng)機(jī)電耗對(duì)比

各工序?qū)崿F(xiàn)的功能：（1）進(jìn)水&推流期設(shè)定時(shí)間105 min，DO 控制在0.2~0.5 mg/L， 為前置反硝化階段，輔助投加碳源，主要去除原水中的和BOD5；（2）一次曝氣設(shè)定時(shí)間30 min，DO 控制在1.5~2.5 mg/L，主要去除水中殘留氨氮和部分BOD5；（3）二次推流設(shè)定時(shí)間60 min，DO 控制在0.2~0.5 mg/L， 為后置反硝化階段，主要對(duì)進(jìn)水及一次曝氣階段新轉(zhuǎn)化的進(jìn)行去除；（4）二次曝氣設(shè)定時(shí)間30 min，DO 控制在1.5~2.5 mg/L，主要去除水中殘留BOD5。

3.2 制定碳源投加方案

3.2.1 確定碳源種類

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)， 葡萄糖作碳源時(shí)反硝化作用不夠徹底，TN 去除率只有60%，而乙酸鈉和廚余發(fā)酵液的反硝化作用明顯，TN 去除率可達(dá)到80%〔3〕。

2018 年5 月該污水處理廠針對(duì)液體乙酸鈉、固體乙酸鈉、液體多核碳源進(jìn)行中試比對(duì)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 碳源基本情況

由表4 可見(jiàn)，液體乙酸鈉的優(yōu)勢(shì)較明顯，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，決定選用。

3 種碳源的試用情況對(duì)比見(jiàn)圖3。

圖3 3 種碳源試用效果對(duì)比

3.2.2 確定碳源投加量

碳源投加濃度通常有2 種計(jì)算方式， 一是理論上滿足反硝化所需m（BOD5）∶m（TN）=4，二是根據(jù)生物脫氮機(jī)理得出m（BOD5）∶m（）=2.86〔3〕，根據(jù)2種計(jì)算方式得出的碳源投加濃度差異較大。2018 年6 月污水處理廠分別在2 間SBR 池進(jìn)行了2 種計(jì)算方式對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 2 種碳源投加方式效果對(duì)比

表5 顯示， 按方式2 計(jì)算的碳源投加量?jī)H為方式1 的46%，但氨氮、總氮去除率相差不大，因此確定碳源投加量按m（BOD5）∶m（NO3-）=2.86 計(jì)算。

3.2.3 確定投加時(shí)機(jī)

由于園區(qū)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)特殊，m（NH4+）∶m（TN）僅為12.68%，碳源投加點(diǎn)選擇在SBR 池進(jìn)水渠道上。在進(jìn)水推流期間最大程度地實(shí)現(xiàn)反硝化，前置反硝化階段總氮去除率達(dá)到52.68%，后置反硝化階段總氮去除率達(dá)到23.92%， 總體去除率約76.6%，接近傳統(tǒng)SBR 系統(tǒng)總氮去除率的上限值85%。

2018 年8 月SBR 池各階段氮、COD 變化如圖4所示。

圖4 SBR 系統(tǒng)各階段氮質(zhì)量濃度梯度

污水處理廠正常運(yùn)行期間BOD5較低，較小，曝氣時(shí)間可適當(dāng)縮減，表2 中的運(yùn)行周期可滿足COD、TN 的去除效果。 但特殊情況下，在園區(qū)企業(yè)自建污水處理站運(yùn)行不正常期間， 進(jìn)入污水處理廠的水質(zhì)會(huì)發(fā)生顯著變化，主要表現(xiàn)為COD 和升高，若SBR 池繼續(xù)維持表2 所示運(yùn)行周期，將無(wú)法保證氨氮達(dá)標(biāo)，需要調(diào)整工序和碳源投加時(shí)機(jī)。

4 技改效果

該污水處理廠SBR 系統(tǒng)經(jīng)過(guò)技術(shù)改造和工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)整后，2018 年7 月至2019 年6 月的進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)如圖5 所示。 出水總氮均值為8.85 mg/L，去除率為75.1%，達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)要求（≤15 mg/L）。

調(diào)整期間，SBR 系統(tǒng)雖然縮減了曝氣時(shí)間，但COD、氨氮負(fù)荷仍滿足規(guī)范要求，出水指標(biāo)亦在正?？刂品秶?，如圖6 所示。

5 結(jié)論

（1）將傳統(tǒng)SBR 系統(tǒng)改造為缺氧/好氧/缺氧/好氧交替運(yùn)行，通過(guò)工藝參數(shù)優(yōu)化，并輔助投加適量的碳源，SBR 系統(tǒng)對(duì)氨氮、總氮的去除率較高，分別達(dá)到90%、75%以上。

（2）進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整前需分析總氮組成，判斷總氮是凱氏氮為主還是硝態(tài)氮為主，以合理調(diào)整SBR 工序。

（3）SBR 系統(tǒng)技改后好氧時(shí)間由2.0 h 縮短為1.0 h， 且風(fēng)機(jī)由工頻改造為變頻， 節(jié)能降耗效果明顯，經(jīng)測(cè)算SBR 系統(tǒng)電耗可降低約0.07 元/t。

圖5 SBR 系統(tǒng)技改后進(jìn)、出水TN 變化情況

圖6 SBR 系統(tǒng)技改后出水COD、氨氮變化情況