工业园区污水处理厂SBR 系统提高脱氮效果实例

2020-08-25李卓军

工业水处理 2020年8期

李卓军

（联熹水务（武汉）有限公司，湖北武汉430000）

近年来合肥市政府对巢湖流域水环境治理工作逐步重视，特别针对总氮指标做出严格规定。自2018 年7 月起，污水处理厂总氮排放指标由“无要求”调整为DB 34/2710—2016《巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值》中要求的“≤15 mg/L”。

1 项目介绍

某化工园区有企业80 余家，以化工、冶炼企业为主，各企业污水经管道收集后集中排入污水处理厂。污水处理厂设计规模为30 000 m3/d，实际进水量20 000~24 000 m3/d，出水执行DB 34/2710—2016 排放标准。

1.1 工艺流程

污水处理厂预处理单元采用化学反应池+气浮池工艺，生化系统采用水解酸化池+传统SBR 的组合工艺，深度处理单元采用气浮滤池工艺。

预处理单元主要去除污水中的悬浮物、总磷和金属离子，保证后续生化系统的稳定运行。在化学反应池投加20~50 mg/L 聚合硫酸铁和0.5~1 mg/L 阴离子聚丙烯酰胺，污染物形成絮体并沉淀，再经过气浮作用将大部分絮体转化为浮渣去除。气浮池兼具沉砂功能，密度较大、难以形成浮渣的沉淀物进入底泥排除。

针对园区废水B/C 低的问题，在SBR 前设置水解酸化工艺，以提高污水可生化性。水解酸化池采用复合形式，上部为填料层，下部为污泥床，中间留出一定空间以便悬浮状态的絮状污泥和颗粒污泥停留，增加了生物量，延长了微生物与废水的接触时间。

深度处理单元可进一步去除水中的悬浮物及总磷。气浮滤池将气浮与过滤相结合，大部分悬浮物转化为浮渣去除，部分颗粒沉淀物经石英砂滤层截留去除。

该污水处理厂工艺流程见图1。

图1 工艺流程

1.2 进出水水质

污水处理厂进水执行GB 8978—1996《污水综合排放标准》三级标准，出水执行DB 34/2710—2016排放标准，如表1 所示。

表1 进出水水质标准

化工园区污水处理厂不同于城镇污水处理厂及企业污水处理站，具有以下显著特点：（1）园区纳管企业数量较多且分属不同行业，包含盐化工、钢铁冶炼、精细化工、农药生产、垃圾渗滤液等，各企业排放污水量在50~4 000 m3/d 不等，污水性质多样，含有重金属、挥发酚等生物毒性物质；（2）部分企业自建污水处理站，已对污水进行预处理甚至多级生化处理，导致排入综合污水处理厂的废水B/C 低，TN 以NO3-为主，BOD5/TN 严重失衡；（3）各企业污水经总管汇集后进入污水处理厂，偷排现象频发，且难以查找源头。

经统计，2017 年全年进水COD 均值为223.8 mg/L，氨氮均值为6.78 mg/L，NO3-均值为38.675 mg/L，TN 均值为53.47 mg/L。按B/C=0.35 计算，进水BOD5/TN≈1.5，远低于理论值（BOD5/TN≥4）。

1.3 SBR 系统技改前进出水总氮

SBR 系统改造前，由于未营造反硝化系统所需缺氧环境，且未投加碳源，出水TN 均值在37.32 mg/L，去除率仅为30.2%（见图2）。

1.4 运行难点分析

（1）传统SBR 系统对总氮去除存在局限性，HJ 577—2010《序批式活性污泥法水处理工程技术规范》中提到SBR 系统理论总氮去除率约60%~85%。因此，需要建立缺氧/好氧多级交替脱氮环境〔1〕。

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（2）BOD5/TN 严重失衡，需外加大量碳源，提升污水BOD5约130 mg/L，做好外加碳源的药剂选型工作，同时考虑控制运行成本。

图2 SBR 系统技改前进出水TN

2 技术改造措施

为建立缺氧/好氧多级交替的脱氮环境，需保证SBR 系统同时具备缺氧搅拌、好氧曝气、沉淀静置功能。

2.1 现有SBR 池参数

SBR 池共4 座，并联运行，单池工艺尺寸44.0 m×20.0 m×7.0 m，有效容积5 500 m3。池内各安装2台5.6 kW 推流器，由于功率偏低，缺氧搅拌效果不佳。用6 台110 kW 罗茨鼓风机进行鼓风，采用微孔曝气盘曝气，单周期时间7 h，总曝气时间2 h，污泥质量浓度3 500~5 000 mg/L，BOD5污泥负荷0.15 kg/（kg·d）。

2.2 技改方案

（1）现有搅拌强度不足，搅拌功率需满足5~8 W/m3。每间SBR 池新增2 台15 kW 推流器，提高缺氧搅拌效果。

（2）将现有6 台工频鼓风机改造为变频控制，防止过度曝气，影响二次反硝化效果。改造前曝气阶段SBR 池溶解氧最高可达7~8 mg/L，改造后通过降低风机频率，将曝气阶段溶解氧控制在1.5~2.5 mg/L。

（3）增加碳源投加系统1 套，补充碳源，并在SBR 池进水口增加CODCr、TN 在线分析仪，实时监控CODCr、TN，及时调整碳源投加量。

3 工艺参数优化措施

3.1 调整运行工序

传统SBR 工艺由进水、曝气、沉淀、排水、待机5个工序组成，无缺氧混合环境，无法保证总氮的去除。新增推流器后，对SBR 池运行周期按表2 进行调整，将曝气工序调整为缺氧/好氧/缺氧/好氧交替。

表2 调整前后的运行工序

SBR 系统单周期运行时间为420 min，其中进水时间固定为105 min，排水时间固定为105 min，反应时间（推流和曝气）可以微调，4 间SBR 池交替进水排水，可实现连续运行。周期调整后前置推流时间设定为105 min，总氮负荷为0.042 kg/（kg·d），可满足HJ 577—2010 中“≤0.05 kg/（kg·d）”的要求；BOD5负荷为0.084 kg/（kg·d），满足HJ 577—2010 中“0.04~0.12 kg/（kg·d）”的要求。

表3 风机电耗对比

各工序实现的功能：（1）进水&推流期设定时间105 min，DO 控制在0.2~0.5 mg/L，为前置反硝化阶段，辅助投加碳源，主要去除原水中的和BOD5；（2）一次曝气设定时间30 min，DO 控制在1.5~2.5 mg/L，主要去除水中残留氨氮和部分BOD5；（3）二次推流设定时间60 min，DO 控制在0.2~0.5 mg/L，为后置反硝化阶段，主要对进水及一次曝气阶段新转化的进行去除；（4）二次曝气设定时间30 min，DO 控制在1.5~2.5 mg/L，主要去除水中残留BOD5。

3.2 制定碳源投加方案

3.2.1 确定碳源种类

根据相关文献，葡萄糖作碳源时反硝化作用不够彻底，TN 去除率只有60%，而乙酸钠和厨余发酵液的反硝化作用明显，TN 去除率可达到80%〔3〕。

2018 年5 月该污水处理厂针对液体乙酸钠、固体乙酸钠、液体多核碳源进行中试比对，结果见表4。

表4 碳源基本情况

由表4 可见，液体乙酸钠的优势较明显，且工人劳动强度低，决定选用。

3 种碳源的试用情况对比见图3。

图3 3 种碳源试用效果对比

3.2.2 确定碳源投加量

碳源投加浓度通常有2 种计算方式，一是理论上满足反硝化所需m（BOD5）∶m（TN）=4，二是根据生物脱氮机理得出m（BOD5）∶m（）=2.86〔3〕，根据2种计算方式得出的碳源投加浓度差异较大。2018 年6 月污水处理厂分别在2 间SBR 池进行了2 种计算方式对比试验，对比结果见表5。

表5 2 种碳源投加方式效果对比

表5 显示，按方式2 计算的碳源投加量仅为方式1 的46%，但氨氮、总氮去除率相差不大，因此确定碳源投加量按m（BOD5）∶m（NO3-）=2.86 计算。

3.2.3 确定投加时机

由于园区污水处理厂进水水质特殊，m（NH4+）∶m（TN）仅为12.68%，碳源投加点选择在SBR 池进水渠道上。在进水推流期间最大程度地实现反硝化，前置反硝化阶段总氮去除率达到52.68%，后置反硝化阶段总氮去除率达到23.92%，总体去除率约76.6%，接近传统SBR 系统总氮去除率的上限值85%。

2018 年8 月SBR 池各阶段氮、COD 变化如图4所示。

图4 SBR 系统各阶段氮质量浓度梯度

污水处理厂正常运行期间BOD5较低，较小，曝气时间可适当缩减，表2 中的运行周期可满足COD、TN 的去除效果。但特殊情况下，在园区企业自建污水处理站运行不正常期间，进入污水处理厂的水质会发生显著变化，主要表现为COD 和升高，若SBR 池继续维持表2 所示运行周期，将无法保证氨氮达标，需要调整工序和碳源投加时机。