SBR序批式活性污泥污水處理工藝技術運行優化

宋 濤，栗振翩，阮彩霞

（陜西神木化學工業有限公司，陜西 神木719319）

引 言

陜西神木化學工業有限公司60萬t/a煤制甲醇項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計建造，二期裝置由西安正德水處理有限公司設計建造，處理后的污水按照GB 8978—1996《污水綜合排放標準》二級標準進行排放。

本文對SBR序批式活性污泥污水處理裝置在運行中出現的曝氣裝置運行經濟性差、SBR池易受高濃度NH3-N沖擊、氣化裝置廢水溫度偏高等問題進行了分析，并提出了改造和優化方法，現介紹如下。

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 預處理

（1）氣化污水預處理

氣化污水進入氣化水調節池，池中設有穿孔空氣管路，利用鼓風機進行鼓風攪拌，防止懸浮物和顆粒物在池底沉積，實現水質的均勻化。

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

（2）生產廢水和生活污水預處理

廠區生產廢水與生活污水進入生活污水管道，經過一道機械格柵去除污水中較大的顆粒物和漂浮物后，自流進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

上述幾股經預處理后的污水混合后進入均衡水池（中間一池），池內設有預曝氣管網，并對污水進行鼓風攪拌，防止污泥沉淀。水質均勻后，由提升泵提升至SBR反應池進行反應。

一、二期裝置各設有2座SBR反應池，2座SBR反應池交替工作，按周期運行。一個工作周期為8 h，包括進水曝氣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間可根據運行情況適當調整），進水的同時進行曝氣。一期裝置每組SBR池內設置4臺碟式射流曝氣機和1臺剩余污泥泵，二期裝置每座SBR池內設置6臺碟式射流曝氣機和1臺剩余污泥泵，均利用離心風機進行鼓風曝氣。

污水在SBR池中經歷曝氣、好氧攪拌、厭氧攪拌、靜置和出水5個階段。在曝氣、好氧攪拌階段，啟動循環水泵、鼓風機，向水中補充溶解氧，水中COD、氨氮等在微生物的作用下被氧化，產物為CO2、H2O和硝酸鹽（NO3-）；在厭氧攪拌階段，循環水泵運行，并加入適量甲醇以彌補水中碳源的不足，水中的硝酸鹽（NO3-）在反硝化細菌的作用下，被還原為N2后從水中逸出，在此污染物被生物降解去除；處理后的污水經沉淀后，由安裝在反應池末端的潷水器將上層清水排出，一期裝置清水通過監測池逸流排放，二期裝置清水進入中間水池二，由過濾泵打入清水池進行排放，反應池內剩余污泥由污泥泵排至污泥濃縮池。

各構筑物及SBR池產生的剩余污泥首先進入污泥池混合，再由泵送至污泥脫水機房進行脫水，經帶式污泥壓濾機脫水后的污泥運至附近的垃圾處理廠填埋，濾液回流至生活污水進行循環處理。污水處理裝置物流狀態見表1。

表1 污水處理裝置物流狀態

1.2 工藝原理

與傳統污水處理工藝不同，SBR技術采用時間分割的操作方式替代傳統的空間分割的操作方式，非穩態生化反應替代穩態生化反應，靜置理想沉淀替代傳統的動態沉淀。SBR技術的核心是SBR池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統，主要特征是運行上的有序和間歇操作。

（1）SBR工藝去除有機物、COD的基本原理：有機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、厭氧作用下進行硝化和反硝化反應，其反應方程式分別見式（1）～（3）。

2 工藝運行存在的問題及優化

2.1 曝氣裝置運行經濟性差

原SBR曝氣攪拌裝置示意圖見圖1（a）。SBR工藝中的好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌裝置中1臺循環泵對應1臺碟式射流曝氣器，這種技術的優點是操作相對簡單，但也存在明顯缺點：一是當SBR池好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌時，所有的循環泵都需要啟動，能源浪費較大；二是由于每臺循環泵都需要頻繁啟動，磨損量增加，檢修工作量增大，而且當1臺循環泵檢修時，對應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SBR池去除NH3-N、COD的效果影響很大，導致SBR池出水指標經常超標，影響SBR工藝處理工業污水的效果。針對污水攪拌裝置存在的問題，實施了優化改造，在每組循環泵出口到碟式射流曝氣器之間的管線上，增加與相鄰循環泵出口的連通管線，中間加切斷閥隔離，改造后的示意圖見圖1（b）。改造后可以利用1臺投運的循環泵同時對應2臺碟式射流曝氣器，完成好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌過程。

圖1 優化改造前后SBR曝氣攪拌裝置示意圖

優化改造效果（以二期裝置為例）：（1）二期裝置2座SBR池原設計12臺循環泵（每座SBR池6臺），經過改造后，僅需6臺循環泵（每座SBR池3臺），以每臺循環泵額定功率15 kW計算，每小時可節能90 kWh，節能效果明顯。（2）由于2座SBR池僅需6臺循環泵，運行的循環泵數量明顯減少，循環泵磨損量也相應減少，設備運行周期達到了原來的2倍，有效減少了檢修工作量。（3）由于2座SBR池僅需6臺循環泵運行，剩余的6臺循環泵可作為備用設備，當投運循環泵因故障檢修時，備用循環泵可以馬上投入運行，不影響SBR池好氧曝氣攪拌及厭氧攪拌效果。改造實施后，經測定：SBR池出水NH3-N平均質量濃度為2.21 mg/L，COD平均含量為74.1 mg/L，遠低于GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準（NH3-N質量濃度≤15 mg/L、COD≤100 mg/L），保證了SBR池出水指標的合格。

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定，容易導致SBR污水處理系統受到高濃度NH3-N的沖擊，導致SBR池出水指標超標。傳統的SBR池受到沖擊后，主要通過降低SBR池的運行負荷來恢復，這種調整措施存在明顯缺點，即恢復周期長，特別是在冬季。這主要是因為降低負荷后，反應池內水溫更低，一般需要1～2個月才能恢復，甚至更久，如果未能及時恢復，高濃度NH3-N在低溫下會使污泥失去活性和膨脹流失，甚至導致整個SBR污水處理系統崩潰。

針對SBR池易受高濃度NH3-N沖擊的問題進行了優化改造：（1）在SBR池內增設低壓蒸汽盤管，在冬季運行時，提高SBR池內水溫，將水溫控制在15℃～30℃。（2）延長進水周期，強化硝化反應：將原先的每周期進水1次改為2周期進水1次，對已進入SBR池的嚴重影響硝化反應的高濃度NH3-N進行脫除，使SBR池中NH3-N質量濃度降至50 mg/L以下，并通過硝化脫氮反應脫除。（3）通過增設管道，使中間水池二的水通過過濾器后回流到中間水池一，利用回流水對中間水池一中的NH3-N進行稀釋，以控制SBR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池進水的可生化性，同時在生活污水中補入大量SBR池恢復所需的菌種。

優化改造措施實施15 d后，二期污水處理系統出水NH3-N質量濃度由受沖擊時的最高254.94 mg/L降到了10.33 mg/L，達到了國家排放標準，實現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。

2.3 氣化廢水溫度偏高，影響裝置整體運行

近年來，隨著裝置運行時間的延長，氣化廢水冷卻器結垢嚴重，加之循環水系統熱負荷逐年增加，導致氣化裝置廢水溫度逐漸升高，尤其是在夏季，來水水溫可達53℃（見表2），嚴重超出了SBR池進水溫度的指標要求（＜35℃）。為了保證SBR池的正常運行，被迫使用生活水對來水稀釋降溫，這樣一來，一方面大大增加了SBR池的處理水量，提高了水處理負荷，不利于裝置的運行；另一方面造成了生活水用量的增加，導致整個系統的水耗增加。

表2 2016年—2018年氣化廢水運行數據

針對氣化裝置廢水溫度高的問題，進行了優化改造：（1）在氣化廢水冷卻器后增設小型冷卻塔（見圖2），依靠塔頂的電力風機，把塔外的冷空氣從塔底吸入塔內；待降溫的廢水由布水系統均勻分布到各霧化器，經噴頭使污水向上噴射霧化，同塔內向上的冷空氣進行同向的傳質、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，最終濕熱空氣經塔頂排出，冷卻后的污水通過集水池排出。（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備。當廢水冷卻器結垢，嚴重影響污水SBR池運行時，將原廢水冷卻器切出停用，投用備用冷卻器，再盡快對原廢水冷卻器進行檢修清理。（3）對氣化廢水水質進行工藝優化調整，嚴格控制廢水總堿、Ca2+含量、總硬度等指標，盡可能優化廢水指標，遏制廢水結垢。（4）增加氣化廢水的水質分析頻次，及時根據水質指標情況作出工藝調整；此外，在原廢水冷卻器上增加水質監測掛片，根據掛片結垢情況，作出廢水冷卻器的檢修清理計劃。

圖2 氣化廢水降溫改造示意圖

通過優化改造措施的實施，大大降低了氣化廢水溫度，夏季經氣化廢水冷卻器處理后的廢水溫度有效控制在47℃以下，經過新增冷卻塔處理后的廢水溫度降低到了33℃以下，達到了SBR池的進水溫度指標，完全停止采用生活水進行稀釋，系統水耗大大降低，SBR池的運行負荷降低，自優化改造后裝置運行正常，至今已滿1 a。

2.4 進水管線調節的優化

污水處理站原先的氣化進水管線為一期的氣化廢水進入一期氣化廢水調節池，在濃密池沉降后，經均衡池進入SBR池進行處理；二期的氣化廢水進入二期氣化廢水調節池，在混凝沉淀器沉降后，經中間水池一進入SBR池進行處理。這樣的進水管線布置，在裝置正常運行時可滿足要求，但當一期或二期的某個SBR池處理效果較差或者一、二期負荷需要調整時，就不能將廢水調整到處理效果較好的SBR池進行處理。

對進水管線的調節進行優化：在污水處理站增加1臺氣化廢水冷卻塔和2臺氣化廢水提升泵。將一、二期氣化廢水均先送往一期氣化廢水調節池，再經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，經均衡池進入SBR池進行處理，另一路進入二期的混凝沉淀器，經中間水池一進入二期的SBR池進行處理，通過調節一、二期裝置冷卻塔塔底集水池出口閥的開度，達到調節一、二期裝置SBR池運行負荷的目的。

經過改造優化后，一、二期的氣化廢水進入SBR池的水量可隨時調節，如一期的SBR池處理效果較差時，則廢水可進入處理效果較好的二期的SBR池進行處理，若二期的SBR池處理效果較差時，則廢水可大量進入一期的SBR池進行處理，達到了隨時切換一、二期污水處理站運行負荷的目的。

2.5 運行周期的優化

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

從根據池容大小調節一、二期污水處理站的運行周期時間入手，保持一期SBR池的運行周期不變，即延續原先的每周期8 h運轉，各階段用時分別調整為進水曝氣120 min、好氧曝氣120 min、厭氧攪拌100 min、靜置沉淀60 min、排水80 min；對二期SBR池的運行周期進行調整，由每周期8 h調整為每周期6 h，即進水曝氣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池由每天運行6個周期延長到8個周期，相當于每天多處理2個周期的水量。二期污水處理站運行周期調整后，SBR池運行效率得到了明顯提升，與調整之前相比，每天多處理水量960 m3，相當于多處理40 m3/h的廢水量，進一步滿足了前系統生產的正常運行要求。

3 結 語

SBR序批式活性污泥污水處理工藝作為起源于20世紀70年代的成熟工藝，在運行過程中雖然出現了一些問題，但是經過對工藝、設備、運行操作的優化，尤其是對曝氣器攪拌裝置與氣化廢水預處理裝置的技術改造和運行周期的優化，成功解決了裝置瓶頸問題，有效提升了裝置運行的經濟性和效率。