SBR序批式活性污泥污水處理工藝技術(shù)運(yùn)行優(yōu)化

宋 濤，栗振翩，阮彩霞

（陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西 神木719319）

引 言

陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司60萬(wàn)t/a煤制甲醇項(xiàng)目污水處理裝置采用SBR序批式活性污泥工藝，一、二期污水處理裝置處理能力分別為52 m3/h和120 m3/h，其中一期裝置由清華同方股份有限公司設(shè)計(jì)建造，二期裝置由西安正德水處理有限公司設(shè)計(jì)建造，處理后的污水按照GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放。

本文對(duì)SBR序批式活性污泥污水處理裝置在運(yùn)行中出現(xiàn)的曝氣裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差、SBR池易受高濃度NH3-N沖擊、氣化裝置廢水溫度偏高等問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了改造和優(yōu)化方法，現(xiàn)介紹如下。

1 SBR序批式活性污泥污水處理工藝流程及原理

1.1 工藝流程

1.1.1 預(yù)處理

（1）氣化污水預(yù)處理

氣化污水進(jìn)入氣化水調(diào)節(jié)池，池中設(shè)有穿孔空氣管路，利用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)攪拌，防止懸浮物和顆粒物在池底沉積，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的均勻化。

調(diào)節(jié)池污水由提升泵送至濃密池后(二期為混凝沉淀器)，污水首先進(jìn)入混凝攪拌區(qū)，在攪拌機(jī)的作用下與磷酸、氫氧化鈉、絮凝劑和助凝劑充分混合，然后流入沉淀區(qū)，污水中的煤泥在此發(fā)生重力沉降，并由濃密機(jī)刮至泥斗，然后通過(guò)排泥泵排入污泥儲(chǔ)池，出水自流進(jìn)入均衡水池。

（2）生產(chǎn)廢水和生活污水預(yù)處理

廠區(qū)生產(chǎn)廢水與生活污水進(jìn)入生活污水管道，經(jīng)過(guò)一道機(jī)械格柵去除污水中較大的顆粒物和漂浮物后，自流進(jìn)入污水處理站的格柵井，然后由提升泵提升至綜合水池。

1.1.2 生化處理

上述幾股經(jīng)預(yù)處理后的污水混合后進(jìn)入均衡水池（中間一池），池內(nèi)設(shè)有預(yù)曝氣管網(wǎng)，并對(duì)污水進(jìn)行鼓風(fēng)攪拌，防止污泥沉淀。水質(zhì)均勻后，由提升泵提升至SBR反應(yīng)池進(jìn)行反應(yīng)。

一、二期裝置各設(shè)有2座SBR反應(yīng)池，2座SBR反應(yīng)池交替工作，按周期運(yùn)行。一個(gè)工作周期為8 h，包括進(jìn)水曝氣2 h、厭氧攪拌2 h、沉淀3 h和排水1 h（工作周期及各階段時(shí)間可根據(jù)運(yùn)行情況適當(dāng)調(diào)整），進(jìn)水的同時(shí)進(jìn)行曝氣。一期裝置每組SBR池內(nèi)設(shè)置4臺(tái)碟式射流曝氣機(jī)和1臺(tái)剩余污泥泵，二期裝置每座SBR池內(nèi)設(shè)置6臺(tái)碟式射流曝氣機(jī)和1臺(tái)剩余污泥泵，均利用離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣。

污水在SBR池中經(jīng)歷曝氣、好氧攪拌、厭氧攪拌、靜置和出水5個(gè)階段。在曝氣、好氧攪拌階段，啟動(dòng)循環(huán)水泵、鼓風(fēng)機(jī)，向水中補(bǔ)充溶解氧，水中COD、氨氮等在微生物的作用下被氧化，產(chǎn)物為CO2、H2O和硝酸鹽（NO3-）；在厭氧攪拌階段，循環(huán)水泵運(yùn)行，并加入適量甲醇以彌補(bǔ)水中碳源的不足，水中的硝酸鹽（NO3-）在反硝化細(xì)菌的作用下，被還原為N2后從水中逸出，在此污染物被生物降解去除；處理后的污水經(jīng)沉淀后，由安裝在反應(yīng)池末端的潷水器將上層清水排出，一期裝置清水通過(guò)監(jiān)測(cè)池逸流排放，二期裝置清水進(jìn)入中間水池二，由過(guò)濾泵打入清水池進(jìn)行排放，反應(yīng)池內(nèi)剩余污泥由污泥泵排至污泥濃縮池。

各構(gòu)筑物及SBR池產(chǎn)生的剩余污泥首先進(jìn)入污泥池混合，再由泵送至污泥脫水機(jī)房進(jìn)行脫水，經(jīng)帶式污泥壓濾機(jī)脫水后的污泥運(yùn)至附近的垃圾處理廠填埋，濾液回流至生活污水進(jìn)行循環(huán)處理。污水處理裝置物流狀態(tài)見(jiàn)表1。

表1 污水處理裝置物流狀態(tài)

1.2 工藝原理

與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采用時(shí)間分割的操作方式替代傳統(tǒng)的空間分割的操作方式，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沉淀。SBR技術(shù)的核心是SBR池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無(wú)污泥回流系統(tǒng)，主要特征是運(yùn)行上的有序和間歇操作。

（1）SBR工藝去除有機(jī)物、COD的基本原理：有機(jī)物由好氧型異氧菌在水中供氧的條件下，直接作用生成CO2和H2O。

（2）SBR工藝去除NH3-N的基本原理：污水中含有的NH3-N先后在好氧、厭氧作用下進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)，其反應(yīng)方程式分別見(jiàn)式（1）～（3）。

2 工藝運(yùn)行存在的問(wèn)題及優(yōu)化

2.1 曝氣裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差

原SBR曝氣攪拌裝置示意圖見(jiàn)圖1（a）。SBR工藝中的好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌裝置中1臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)1臺(tái)碟式射流曝氣器，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作相對(duì)簡(jiǎn)單，但也存在明顯缺點(diǎn)：一是當(dāng)SBR池好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌時(shí)，所有的循環(huán)泵都需要啟動(dòng)，能源浪費(fèi)較大；二是由于每臺(tái)循環(huán)泵都需要頻繁啟動(dòng)，磨損量增加，檢修工作量增大，而且當(dāng)1臺(tái)循環(huán)泵檢修時(shí)，對(duì)應(yīng)的碟式射流曝氣器也不得不停止工作，影響SBR池好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌效果，對(duì)SBR池去除NH3-N、COD的效果影響很大，導(dǎo)致SBR池出水指標(biāo)經(jīng)常超標(biāo)，影響SBR工藝處理工業(yè)污水的效果。針對(duì)污水?dāng)嚢柩b置存在的問(wèn)題，實(shí)施了優(yōu)化改造，在每組循環(huán)泵出口到碟式射流曝氣器之間的管線上，增加與相鄰循環(huán)泵出口的連通管線，中間加切斷閥隔離，改造后的示意圖見(jiàn)圖1（b）。改造后可以利用1臺(tái)投運(yùn)的循環(huán)泵同時(shí)對(duì)應(yīng)2臺(tái)碟式射流曝氣器，完成好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌過(guò)程。

圖1 優(yōu)化改造前后SBR曝氣攪拌裝置示意圖

優(yōu)化改造效果（以二期裝置為例）：（1）二期裝置2座SBR池原設(shè)計(jì)12臺(tái)循環(huán)泵（每座SBR池6臺(tái)），經(jīng)過(guò)改造后，僅需6臺(tái)循環(huán)泵（每座SBR池3臺(tái)），以每臺(tái)循環(huán)泵額定功率15 kW計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)能90 kWh，節(jié)能效果明顯。（2）由于2座SBR池僅需6臺(tái)循環(huán)泵，運(yùn)行的循環(huán)泵數(shù)量明顯減少，循環(huán)泵磨損量也相應(yīng)減少，設(shè)備運(yùn)行周期達(dá)到了原來(lái)的2倍，有效減少了檢修工作量。（3）由于2座SBR池僅需6臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行，剩余的6臺(tái)循環(huán)泵可作為備用設(shè)備，當(dāng)投運(yùn)循環(huán)泵因故障檢修時(shí)，備用循環(huán)泵可以馬上投入運(yùn)行，不影響SBR池好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌效果。改造實(shí)施后，經(jīng)測(cè)定：SBR池出水NH3-N平均質(zhì)量濃度為2.21 mg/L，COD平均含量為74.1 mg/L，遠(yuǎn)低于GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（NH3-N質(zhì)量濃度≤15 mg/L、COD≤100 mg/L），保證了SBR池出水指標(biāo)的合格。

2.2 SBR池易受高濃度NH3-N的沖擊

由于前工序中NH3-N等污染物的排放量不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致SBR污水處理系統(tǒng)受到高濃度NH3-N的沖擊，導(dǎo)致SBR池出水指標(biāo)超標(biāo)。傳統(tǒng)的SBR池受到?jīng)_擊后，主要通過(guò)降低SBR池的運(yùn)行負(fù)荷來(lái)恢復(fù)，這種調(diào)整措施存在明顯缺點(diǎn)，即恢復(fù)周期長(zhǎng)，特別是在冬季。這主要是因?yàn)榻档拓?fù)荷后，反應(yīng)池內(nèi)水溫更低，一般需要1～2個(gè)月才能恢復(fù)，甚至更久，如果未能及時(shí)恢復(fù)，高濃度NH3-N在低溫下會(huì)使污泥失去活性和膨脹流失，甚至導(dǎo)致整個(gè)SBR污水處理系統(tǒng)崩潰。

針對(duì)SBR池易受高濃度NH3-N沖擊的問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化改造：（1）在SBR池內(nèi)增設(shè)低壓蒸汽盤(pán)管，在冬季運(yùn)行時(shí)，提高SBR池內(nèi)水溫，將水溫控制在15℃～30℃。（2）延長(zhǎng)進(jìn)水周期，強(qiáng)化硝化反應(yīng)：將原先的每周期進(jìn)水1次改為2周期進(jìn)水1次，對(duì)已進(jìn)入SBR池的嚴(yán)重影響硝化反應(yīng)的高濃度NH3-N進(jìn)行脫除，使SBR池中NH3-N質(zhì)量濃度降至50 mg/L以下，并通過(guò)硝化脫氮反應(yīng)脫除。（3）通過(guò)增設(shè)管道，使中間水池二的水通過(guò)過(guò)濾器后回流到中間水池一，利用回流水對(duì)中間水池一中的NH3-N進(jìn)行稀釋?zhuān)钥刂芐BR池中NH3-N的濃度。（4）將生活污水用泵送入中間水池一，以改善SBR池進(jìn)水的可生化性，同時(shí)在生活污水中補(bǔ)入大量SBR池恢復(fù)所需的菌種。

優(yōu)化改造措施實(shí)施15 d后，二期污水處理系統(tǒng)出水NH3-N質(zhì)量濃度由受沖擊時(shí)的最高254.94 mg/L降到了10.33 mg/L，達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了在冬季低溫條件下SBR池受到高濃度NH3-N沖擊后的快速恢復(fù)。

2.3 氣化廢水溫度偏高，影響裝置整體運(yùn)行

近年來(lái)，隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，氣化廢水冷卻器結(jié)垢嚴(yán)重，加之循環(huán)水系統(tǒng)熱負(fù)荷逐年增加，導(dǎo)致氣化裝置廢水溫度逐漸升高，尤其是在夏季，來(lái)水水溫可達(dá)53℃（見(jiàn)表2），嚴(yán)重超出了SBR池進(jìn)水溫度的指標(biāo)要求（＜35℃）。為了保證SBR池的正常運(yùn)行，被迫使用生活水對(duì)來(lái)水稀釋降溫，這樣一來(lái)，一方面大大增加了SBR池的處理水量，提高了水處理負(fù)荷，不利于裝置的運(yùn)行；另一方面造成了生活水用量的增加，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的水耗增加。

表2 2016年—2018年氣化廢水運(yùn)行數(shù)據(jù)

針對(duì)氣化裝置廢水溫度高的問(wèn)題，進(jìn)行了優(yōu)化改造：（1）在氣化廢水冷卻器后增設(shè)小型冷卻塔（見(jiàn)圖2），依靠塔頂?shù)碾娏︼L(fēng)機(jī)，把塔外的冷空氣從塔底吸入塔內(nèi)；待降溫的廢水由布水系統(tǒng)均勻分布到各霧化器，經(jīng)噴頭使污水向上噴射霧化，同塔內(nèi)向上的冷空氣進(jìn)行同向的傳質(zhì)、傳熱；小霧滴上升至一定高度后在重力作用下回落，與上升冷空氣二次逆向接觸換熱，最終濕熱空氣經(jīng)塔頂排出，冷卻后的污水通過(guò)集水池排出。（2）合理利用廢舊換熱器，將其作為原氣化廢水冷卻器的備用設(shè)備。當(dāng)廢水冷卻器結(jié)垢，嚴(yán)重影響污水SBR池運(yùn)行時(shí)，將原廢水冷卻器切出停用，投用備用冷卻器，再盡快對(duì)原廢水冷卻器進(jìn)行檢修清理。（3）對(duì)氣化廢水水質(zhì)進(jìn)行工藝優(yōu)化調(diào)整，嚴(yán)格控制廢水總堿、Ca2+含量、總硬度等指標(biāo)，盡可能優(yōu)化廢水指標(biāo)，遏制廢水結(jié)垢。（4）增加氣化廢水的水質(zhì)分析頻次，及時(shí)根據(jù)水質(zhì)指標(biāo)情況作出工藝調(diào)整；此外，在原廢水冷卻器上增加水質(zhì)監(jiān)測(cè)掛片，根據(jù)掛片結(jié)垢情況，作出廢水冷卻器的檢修清理計(jì)劃。

圖2 氣化廢水降溫改造示意圖

通過(guò)優(yōu)化改造措施的實(shí)施，大大降低了氣化廢水溫度，夏季經(jīng)氣化廢水冷卻器處理后的廢水溫度有效控制在47℃以下，經(jīng)過(guò)新增冷卻塔處理后的廢水溫度降低到了33℃以下，達(dá)到了SBR池的進(jìn)水溫度指標(biāo)，完全停止采用生活水進(jìn)行稀釋?zhuān)到y(tǒng)水耗大大降低，SBR池的運(yùn)行負(fù)荷降低，自優(yōu)化改造后裝置運(yùn)行正常，至今已滿1 a。

2.4 進(jìn)水管線調(diào)節(jié)的優(yōu)化

污水處理站原先的氣化進(jìn)水管線為一期的氣化廢水進(jìn)入一期氣化廢水調(diào)節(jié)池，在濃密池沉降后，經(jīng)均衡池進(jìn)入SBR池進(jìn)行處理；二期的氣化廢水進(jìn)入二期氣化廢水調(diào)節(jié)池，在混凝沉淀器沉降后，經(jīng)中間水池一進(jìn)入SBR池進(jìn)行處理。這樣的進(jìn)水管線布置，在裝置正常運(yùn)行時(shí)可滿足要求，但當(dāng)一期或二期的某個(gè)SBR池處理效果較差或者一、二期負(fù)荷需要調(diào)整時(shí)，就不能將廢水調(diào)整到處理效果較好的SBR池進(jìn)行處理。

對(duì)進(jìn)水管線的調(diào)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化：在污水處理站增加1臺(tái)氣化廢水冷卻塔和2臺(tái)氣化廢水提升泵。將一、二期氣化廢水均先送往一期氣化廢水調(diào)節(jié)池，再經(jīng)提升泵提升至冷卻塔冷卻，冷卻后的廢水利用位差自流，一路流入一期濃密池，經(jīng)均衡池進(jìn)入SBR池進(jìn)行處理，另一路進(jìn)入二期的混凝沉淀器，經(jīng)中間水池一進(jìn)入二期的SBR池進(jìn)行處理，通過(guò)調(diào)節(jié)一、二期裝置冷卻塔塔底集水池出口閥的開(kāi)度，達(dá)到調(diào)節(jié)一、二期裝置SBR池運(yùn)行負(fù)荷的目的。

經(jīng)過(guò)改造優(yōu)化后，一、二期的氣化廢水進(jìn)入SBR池的水量可隨時(shí)調(diào)節(jié)，如一期的SBR池處理效果較差時(shí)，則廢水可進(jìn)入處理效果較好的二期的SBR池進(jìn)行處理，若二期的SBR池處理效果較差時(shí)，則廢水可大量進(jìn)入一期的SBR池進(jìn)行處理，達(dá)到了隨時(shí)切換一、二期污水處理站運(yùn)行負(fù)荷的目的。

2.5 運(yùn)行周期的優(yōu)化

一、二期污水處理站自建成后，SBR池一直采用8 h為一個(gè)運(yùn)行周期，其中一期SBR池進(jìn)水量50 m3/h，二期SBR池進(jìn)水量120 m3/h，合計(jì)廢水處理量170 m3/h。但隨著甲醇產(chǎn)量的逐步增加，氣化廢水的產(chǎn)生量也隨之增加，再加上生活污水等其他廢水量也不斷增加，原有的進(jìn)水周期及進(jìn)水量已明顯不能滿足廢水處理要求。

從根據(jù)池容大小調(diào)節(jié)一、二期污水處理站的運(yùn)行周期時(shí)間入手，保持一期SBR池的運(yùn)行周期不變，即延續(xù)原先的每周期8 h運(yùn)轉(zhuǎn)，各階段用時(shí)分別調(diào)整為進(jìn)水曝氣120 min、好氧曝氣120 min、厭氧攪拌100 min、靜置沉淀60 min、排水80 min；對(duì)二期SBR池的運(yùn)行周期進(jìn)行調(diào)整，由每周期8 h調(diào)整為每周期6 h，即進(jìn)水曝氣120 min、好氧曝氣55 min、厭氧攪拌55 min、靜置沉淀60 min、排水70 min，二期2座SBR池由每天運(yùn)行6個(gè)周期延長(zhǎng)到8個(gè)周期，相當(dāng)于每天多處理2個(gè)周期的水量。二期污水處理站運(yùn)行周期調(diào)整后，SBR池運(yùn)行效率得到了明顯提升，與調(diào)整之前相比，每天多處理水量960 m3，相當(dāng)于多處理40 m3/h的廢水量，進(jìn)一步滿足了前系統(tǒng)生產(chǎn)的正常運(yùn)行要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

SBR序批式活性污泥污水處理工藝作為起源于20世紀(jì)70年代的成熟工藝，在運(yùn)行過(guò)程中雖然出現(xiàn)了一些問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)對(duì)工藝、設(shè)備、運(yùn)行操作的優(yōu)化，尤其是對(duì)曝氣器攪拌裝置與氣化廢水預(yù)處理裝置的技術(shù)改造和運(yùn)行周期的優(yōu)化，成功解決了裝置瓶頸問(wèn)題，有效提升了裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和效率。