預曝調節+SBR工藝在北方地區城鎮污水處理工程中的應用

謝新立

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司 濟南分公司，山東濟南250014)

目前我國正在大力發展美麗鄉鎮建設，但城鎮污水大部分不經處理直接排放，嚴重污染了水環境，制約了城鎮的發展，城鎮污水處理已成為擺在環保工作者面前的一大難題[1]。城鎮污水由于其水量小，水質單一，不能完全照搬市政污水處理工藝，應結合其自身特點和城鎮現狀選擇合適的處理工藝[2]。

北方地區某城鎮污水主要組成為該區內部分食品廠生產廢水、廠區生活污水、少量機械加工廢水以及城鎮居民生活污水，排放量約為500 t/d。污水總水量較小，間歇排放，水質可生化性較好，主要含有總氮、有機物等污染類物質。

1 工程概況

從該鎮的實際情況出發，結合水質特點，本著經濟、有效的原則，依照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B類標準[3]對該城鎮排放的污水進行設計。通過取樣檢測并結合類似污水處理經驗，確定其進水水質和排放標準見表1。

表1 設計水質和排放標準Tab.1 Design quality and discharge standard

2 處理工藝與構筑物

2.1 工藝流程

污水處理工藝的選擇主要由污水性質決定，由于該城鎮廢水具有水量小、水質波動較大、有機物濃度高、氨氮含量較高、可生化性好等特點，因此處理重點為去除氨氮和有機物。再結合目前小城鎮污水常用的處理工藝，初步對該污水進行模擬試驗。通過控制藥劑添加對工藝進行類比分析，確定工程采用靈活運行的間歇式活性污泥法，即預曝調節+SBR的污水處理工藝[4]，處理流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

污水首先進入格柵，其中的漂浮物、較大的懸浮物和固體雜物被格柵進行物理攔截處理，以免進入調節池，影響污水泵和曝氣設備的效能。預曝調節池主要用于儲存污水，調節進水水質、水量，防止波動太大對后續處理產生沖擊。調節池內設穿孔管對污水進行充氧曝氣，可降低BOD、COD濃度，避免污水處于厭氧環境，出水提升至SBR池進行生物處理。

SBR池采用懸浮生長活性污泥型的好氧生物法，同時通過合理控制運行方式，達到脫除氨氮的目的。在SBR池中，完成有機污染物的降解和泥水分離過程。在污水處理過程中隨著微生物的新陳代謝，污水中原有的有機物轉化為剩余活性污泥排出。剩余活性污泥經重力濃縮和加藥調質后，進入廂式壓濾機進行脫水處理，處理后的濾液回流至調節池，泥餅外運填埋。

2.2 構筑物與設備參數

2.2.1 格柵井

去除水中固體雜物、漂浮物和部分纖維雜質，1座，鋼筋混凝土結構，尺寸為2.0 m×0.6 m×0.8 m，內設B600D5型不銹鋼回轉式鋼格柵1臺。

2.2.2 預曝調節池

曝氣、混合、均衡水質和防止活性污泥沉淀，1座，鋼筋混凝土結構，尺寸為9.5 m×6.6 m×4.2 m，內設CT57.5-100型污水提升泵2臺，1用1備，Q=100 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW。池底安裝UPVC穿孔曝氣管55 m2，配置SSR-65型鼓風機2臺，1用1備，Q=2.02 m3/min，風壓=39.2 kPa，N=3 kW。

2.2.3 SBR池

實現污水中有機污染物的去除與氨氮的硝化，1座，鋼筋混凝土結構，尺寸為24.7 m×9.5 m×4.5 m，分2格，內設SH-215型散流曝氣器520套。SSR-125型鼓風機2臺， 1用1備，Q=8.85 m3/min，風壓為44.1kPa，N=11kW；XB-100型潷水器2臺，Q=100 m3/h，N=0.37 kW，1用1備。

2.2.4 污泥濃縮池

濃縮活性污泥，1座，鋼筋混凝土結構，尺寸3.0 m×3.0 m×4.5 m。

2.2.5 污泥處理系統

設G25-1型單螺桿泵1臺，Q=2.6 m3/h，H=60 m，N=1.5 kW，將污泥送至廂式壓濾機并保持壓力。XAYJ30/800-UB型廂式壓濾機1臺，過濾面積為30 m2，濾室容積為0.48 m3，N=1.5 kW，對污泥進行機械脫水，泥餅外運填埋處理。

2.2.6 加藥系統

投加藥劑對污水進行還原處理及堿度調整，對污泥進行調質處理。設1套，PVC材質，N=0.37 kW。

2.2.7 設備用房

1座，尺寸為11.5 m×6.5 m，內置鼓風機、加藥系統、污泥脫水系統、化驗室及電控系統等。

3 工程調試與運行

3.1 工程調試

該工程2019年1月通過施工竣工驗收，2019年3月開始調試運行。項目主要調試工作為活性污泥的接種和馴化，由于進水主要為生活污水，BOD5/COD約為0.47，可生化性較好，活性污泥較易馴化，因此采用培養和馴化同時進行的馴化方式。

為節省工期，縮短培養馴化時間，接種污泥取自該市污水處理廠的生污泥(含水率為99.5%)。采用間歇培養方法，培養馴化過程中適當投加無機鹽補充氮、磷營養元素，通過調節SBR反應池的曝氣時間抑制絲狀菌的過度繁殖和生長，控制污泥膨脹發生。如此反復運行7 d左右時系統開始表現出脫氮效果，COD和氨氮的去除率分別為37.2%和11.6%。此次啟動過程中由于該鎮電網改造，白天斷電，夜間間歇性供電，造成系統調試運行失敗。

在此之后該污水處理站新增備用發電機組1臺，并于2019年3月底開始重新調試，反復運行14 d后系統基本可以按照設計參數穩定運行。系統穩定運行15 d后取樣檢測，出水水質指標均達到設計要求，MLSS為3 000～4 000 mg/L，污泥有土腥氣味，呈黃褐色絮絨狀顆粒，SV為20%左右，鏡檢觀察發現有大量的鐘蟲、線蟲和少量輪蟲，認為培養馴化結束。

3.2 運行效果

該工程于2019年5月初通過環境監測部門的竣工監測驗收，運行一年來處理效果始終保持穩定。其中2020年3月至6月，環境監測部門對該項目進、出水水質的監測結果見表2。

表2 污水處理效果Tab.2 Treatment effect of the wastewater

由表2可以看出，采用預曝調節+SBR工藝處理該城鎮污水的效果較好，對COD、BOD5、SS和氨氮的平均去除率分別為92.3%、95.6%、92.8%和86.0%。工藝對各污染因子都取得了較好的去除效果，處理后出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級B排放標準，滿足排放要求。

3.3 處理效果分析

① 針對該城鎮污水的水質特點，在生化池前段增加預曝調節池，不但可以調節污水的水質、水量，而且對提高污泥活性也能發揮一定的作用。通過對池內污水不斷地曝氣攪拌，使池內的活性污泥處于懸浮狀態，與池內污水充分接觸，最大程度去除污水中的溶解性有機物，預曝調節池的曝氣也對后續的泥水分離、提高活性污泥的沉淀率發揮了重要作用[5]。實際運行情況表明，預曝調節的選擇對該工程有重要的影響，可有效去除污水中的部分污染因子，對COD的去除率為40%左右，為后續處理單元高效、穩定運行創造了良好的水質條件。

② 主體采用SBR工藝，將進水、反應、沉淀、排水和閑置等工序集于一體，既無混合液回流也無污泥回流。在一個運行周期中，各個工序的運行時間、反應池內混合液體積的變化以及運行狀況都可根據具體的污水性質、出水水質和運行功能等要求靈活控制。在實際工程中，可以通過調節鼓風機的曝氣量使池內污水處于厭氧、缺氧和好氧狀態，達到去除污水中氮磷的目的，使工藝操作方便、運行簡潔。SBR系統適于生長速率高、適應性強的微生物生長，池內生長大量的好氧及兼性的微生物(包括細菌、真菌、原生動物和后生動物)，是對有機物能取得較高的去除率的原因所在。通過調控系統內微生物的生長環境，實現對微生物的優勝劣汰，使其更適宜于SBR系統的運行方式，從而獲得較好的去除效果[6]。

4 技術經濟指標

4.1 工程投資

該工程位于城鎮西北側，占地約600 m2，其中土建部分投資為40.73萬元，設備部分投資為54.11萬元，其它部分投資為11.47萬元，工程總造價為106.31萬元。

4.2 運行費用

電費：總裝機容量為48.11 kW，常用負荷為21.50 kW，按當地電價0.5元/kW·h計，則每日電費為258.0元，折合噸水電費為0.52元。

藥劑費：陽離子PAM投加量為0.000 1 kg/m3，日消耗量為0.05 kg，藥劑單價按50元/kg計算，則每日藥費為2.5元，折合噸水藥費為0.005元。

人工費：該操作站設操作管理人員1人，每日人工費為100元，折合噸水人工費為0.20元。

綜合計算得出，噸水處理成本總費用為0.72元，其中運行費用主要為電費。

5 結論

采用“預曝調節+SBR”工藝處理城鎮污水，具有工藝簡單、處理流程短、操作靈活、抗負荷沖擊能力強、運行費用低等優點。運行實踐表明，該工藝用于城鎮廢水處理具有可行性，能獲得優質而穩定的出水，對COD、BOD5、SS和氨氮的平均去除率達到92.3%、95.6%、92.8%和86.0%。工藝出水水質符合《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準，對于目前城鎮污水的處理是一種較為理想的選擇。