改良SBR生化工藝在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

孟慶松

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030024)

引 言

某煤礦集團(tuán)化工有限公司屬于以合成氨為基礎(chǔ)的化工原料生產(chǎn)企業(yè)。2010年以來，先后兩次以清潔生產(chǎn)方法源頭控制水污染物排放量。隨著國家和地方各級(jí)人民政府實(shí)施“水污染防治行動(dòng)計(jì)劃”，建立“河長(zhǎng)制”，強(qiáng)化環(huán)境管理和污染減排，須在清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，同步實(shí)施末端治理。為此，該公司新建1套改良SBR工藝末端廢水處理設(shè)施，實(shí)現(xiàn)主要水污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

1 改良SBR生化工藝技術(shù)

改良SBR生化工藝技術(shù)，為傳統(tǒng)改良SBR生化工藝創(chuàng)新工藝技術(shù)，是近年來推廣應(yīng)用的預(yù)批式除磷脫氮污水處理實(shí)用技術(shù)[1-3]。該污水處理技術(shù)集反應(yīng)池、沉淀池為一體，間歇進(jìn)水，間歇反應(yīng)，停氣時(shí)，污水沉淀撇除上清液，并排出剩余污泥，成為一個(gè)周期，周而復(fù)始。反應(yīng)過程分7個(gè)階段：

a) 進(jìn)水階段：廢水進(jìn)入改良型SBR池階段，通常為1個(gè)運(yùn)行周期開始。

b) 反應(yīng)階段：分曝氣、攪拌時(shí)段，依次循環(huán)往復(fù)數(shù)次。

c) 曝氣階段：由曝氣系統(tǒng)向反應(yīng)池供氧，從而使得微生物在有氧狀態(tài)下氧化分解有機(jī)污染物，污水中NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3-N。

d) 攪拌階段：該階段停止曝氣，繼續(xù)攪拌使泥水充分混合，微生物耗費(fèi)水中溶解氧(DO)后，反應(yīng)池開始反硝化反應(yīng)。

e) 沉淀階段：停止攪拌，反應(yīng)池中泥水靜止分離。

f) 潷水階段：沉淀結(jié)束后，潷水器工作，逐步排出上清液，反應(yīng)池逐漸過渡到厭氧狀態(tài)，繼續(xù)反硝化。

g) 閑置階段：潷水器上升到原始位置階段，通常為1個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束。

2 改良SBR生化工藝的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)入、出水質(zhì)

a) 該公司末端廢水處理設(shè)施，設(shè)計(jì)進(jìn)水主要污染物濃度指標(biāo)：懸浮物ρ(SS)≤150 mg/L；化學(xué)需氧量(CODcr)≤350 mg/L；生化需氧量(BOD3)≤200 mg/L；總氮ρ(TN)≤350 mg/L；氨氮ρ(NH3-N)≤300 mg/L。

b) 該公司末端廢水處理設(shè)施，設(shè)計(jì)出水主要污染物濃度指標(biāo)：懸浮物ρ(SS)≤70 mg/L；化學(xué)需氧量(CODcr)≤60 mg/L；生化需氧量(BOD3)≤20 mg/L；總氮ρ(TN)≤20 mg/L；氨氮ρ(NH3-N)≤15 mg/L，夏季ρ(NH3-N)≤8 mg/L；ρ(石油類)≤3 mg/L。

2.2 污水處理工藝流程

該公司末端廢水處理設(shè)施，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是SBR生化處理工藝技術(shù)。

SBR處理工藝過程：采用多段A/O脫氮的序批式活性污泥技術(shù)，利用微生物分解有機(jī)物，凈化有機(jī)廢水；采用多級(jí)串聯(lián)硝化-反硝化生化處理技術(shù)(適時(shí)補(bǔ)充碳源)，去除氨氮和總氮，可以確保處理后廢水達(dá)標(biāo)排放[4-5]。

廢水處理設(shè)施設(shè)有3座SBR反應(yīng)池，進(jìn)行間歇多循環(huán)反應(yīng)；日操作3個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)8 h。改良SBR處理工藝技術(shù)，通過在單個(gè)池內(nèi)多次重復(fù)進(jìn)行曝氣、攪拌、沉淀、排放操作，創(chuàng)造好氧、缺氧、厭氧環(huán)境，利用微生物完成分解有機(jī)物CODCr、BOD3，脫除NH3-N、TN，包括氨氮、硝酸鹽亞硝酸鹽、有機(jī)氮等。

2.2.1 曝氣階段(好氧)

1) 有機(jī)物分解[反應(yīng)式(1)]

(1)

2) 硝化反應(yīng)

a) 亞硝化菌Ⅰ[反應(yīng)式(2)]

(2)

b) 亞硝化菌Ⅱ[反應(yīng)式(3)]

(3)

c) Ⅰ/Ⅱ合并[反應(yīng)式(4)]

(4)

2.2.2 攪拌階段(厭氧)

1) 反硝化脫氮：末端廢水處理設(shè)施需補(bǔ)甲醇作為碳源。

a) 反硝化菌Ⅰ[反應(yīng)式(5)]

(5)

b) 反硝化菌Ⅱ[反應(yīng)式(6)]

(6)

c) Ⅰ/Ⅱ合并[反應(yīng)式(7)]

(7)

2) 因C/N低，需補(bǔ)充碳源，補(bǔ)加甲醇質(zhì)量濃度按式(1)計(jì)算。

Cm(mg/L)=2.47NO+1.53Nj+0.87DO

(1)

3 廢水處理設(shè)施運(yùn)行狀況

3.1 工程建設(shè)與環(huán)境經(jīng)濟(jì)分析

2015年5月，公司末端廢水處理設(shè)施由東華工程科技股份有限公司設(shè)計(jì)并建設(shè)，工程總投資2 707.49萬元，其中，固定資產(chǎn)投資2 683.79萬元。2016年11月，末端廢水處理設(shè)施建成進(jìn)水、單體試車和聯(lián)動(dòng)試車，同年12月投入菌種，培菌馴化。末端廢水處理總成本796.75萬元/a，其中，直接消耗666.58萬元/a，2017年5月6日，末端廢水處理后尾水調(diào)整到新排放口，減免排污費(fèi)233.37萬元/a。

3.2 末端廢水處理設(shè)施運(yùn)行狀況

截至2017年4月，該公司末端廢水處理設(shè)施運(yùn)行良好，根據(jù)鏡檢結(jié)果，菌膠團(tuán)密實(shí)，出現(xiàn)少量鐘蟲，活性污泥大量生長(zhǎng)，系統(tǒng)活性污泥MLSS達(dá)到25%左右。2017年4月底，因前段時(shí)間生產(chǎn)設(shè)備排水不穩(wěn)定，導(dǎo)致SBR反應(yīng)池大量浮泥和泡沫漂浮，通過鏡檢發(fā)現(xiàn)，大量鐘蟲死亡，菌膠團(tuán)松散。為此，調(diào)整末端廢水處理指標(biāo)和SBR反應(yīng)池內(nèi)相關(guān)污染物濃度，進(jìn)水NH3-N控制在70 mg/L～100 mg/L；調(diào)整后，末端廢水處理效果好轉(zhuǎn)，到目前為止，廢水處理設(shè)施運(yùn)行正常。

3.3 末端廢水原材料設(shè)計(jì)

該公司末端廢水處理設(shè)施原材料設(shè)計(jì)見表1所示。

表1 末端廢水處理原材料檢定結(jié)果

3.4 相關(guān)污染物濃度控制

溶解性總固體(TDS)超過3 000 mg/L時(shí)抑制微生物生長(zhǎng)，超過5 000 mg/L時(shí)生化活動(dòng)基本停滯。故須嚴(yán)格控制硫化物、氰化物、TDS濃度，即，硫化物質(zhì)量濃度低于2 mg/L，氰化物質(zhì)量濃度低于2 mg/L，TDS質(zhì)量濃度低于2 000 mg/L。

3.5 末端廢水處理效果

到2017年6月，該公司末端廢水處理設(shè)施進(jìn)水量120 m3/h，主要污染物濃度ρ(SS)為150 mg/L、ρ(NH3-N)為150 mg/L、CODCr為200 mg/L，處理后尾水ρ(SS)為70 mg/L、ρ(NH3-N)不超過5 mg/L，CODCr為不超過60 mg/L，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 末端廢水處理問題對(duì)策

1) 因該公司生產(chǎn)區(qū)水污染源復(fù)雜，水量、NH3-N、TDS變化大，須在合成緩沖池緩沖后再入末端廢水綜合水池，但不得以新鮮水稀釋。

2) 當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備排水不穩(wěn)定時(shí)，SBR反應(yīng)池將出現(xiàn)浮泥等問題。加之，污泥量少，抗沖擊能力不強(qiáng)，須改為低曝氣、高甲醇投加方法，增加污泥量，減少內(nèi)源分解，待污泥量合格后，恢復(fù)到正常操作。

3) 當(dāng)中間池至出水池過濾器出現(xiàn)反洗現(xiàn)象過濾器堵塞時(shí)，須在中間水池水泵出口配備1根管道至綜合水池和出水池，以方便清理過濾器，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

4) 當(dāng)SBR反應(yīng)池面出現(xiàn)浮泥和泡沫時(shí)，水黏度大，污泥量沉降時(shí)間長(zhǎng)。此時(shí)，菌種有中毒跡象，需要及時(shí)減少進(jìn)水量，調(diào)整SBR反應(yīng)池中污染物濃度，逐漸減少浮泥和泡沫，直至設(shè)施運(yùn)行好轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

2016年12月以來，該公司末端廢水處理設(shè)施運(yùn)行效果良好，末端廢水處理后尾水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，末端廢水處理設(shè)施運(yùn)行成本2.6元/m3，環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益較好。