改良SBR生化工藝在工業廢水處理中的應用

孟慶松

(山西焦煤集團有限責任公司，山西 太原 030024)

引 言

某煤礦集團化工有限公司屬于以合成氨為基礎的化工原料生產企業。2010年以來，先后兩次以清潔生產方法源頭控制水污染物排放量。隨著國家和地方各級人民政府實施“水污染防治行動計劃”，建立“河長制”，強化環境管理和污染減排，須在清潔生產的基礎上，同步實施末端治理。為此，該公司新建1套改良SBR工藝末端廢水處理設施，實現主要水污染物穩定達標排放。

1 改良SBR生化工藝技術

改良SBR生化工藝技術，為傳統改良SBR生化工藝創新工藝技術，是近年來推廣應用的預批式除磷脫氮污水處理實用技術[1-3]。該污水處理技術集反應池、沉淀池為一體，間歇進水，間歇反應，停氣時，污水沉淀撇除上清液，并排出剩余污泥，成為一個周期，周而復始。反應過程分7個階段：

a) 進水階段：廢水進入改良型SBR池階段，通常為1個運行周期開始。

b) 反應階段：分曝氣、攪拌時段，依次循環往復數次。

c) 曝氣階段：由曝氣系統向反應池供氧，從而使得微生物在有氧狀態下氧化分解有機污染物，污水中NH3-N轉化為NO3-N。

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

e) 沉淀階段：停止攪拌，反應池中泥水靜止分離。

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

g) 閑置階段：潷水器上升到原始位置階段，通常為1個運行周期結束。

2 改良SBR生化工藝的應用

2.1 設計入、出水質

a) 該公司末端廢水處理設施，設計進水主要污染物濃度指標：懸浮物ρ(SS)≤150 mg/L；化學需氧量(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施，設計出水主要污染物濃度指標：懸浮物ρ(SS)≤70 mg/L；化學需氧量(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施，關鍵環節是SBR生化處理工藝技術。

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，利用微生物分解有機物，凈化有機廢水；采用多級串聯硝化-反硝化生化處理技術(適時補充碳源)，去除氨氮和總氮，可以確保處理后廢水達標排放[4-5]。

廢水處理設施設有3座SBR反應池，進行間歇多循環反應；日操作3個循環，每個循環8 h。改良SBR處理工藝技術，通過在單個池內多次重復進行曝氣、攪拌、沉淀、排放操作，創造好氧、缺氧、厭氧環境，利用微生物完成分解有機物CODCr、BOD3，脫除NH3-N、TN，包括氨氮、硝酸鹽亞硝酸鹽、有機氮等。

2.2.1 曝氣階段(好氧)

1) 有機物分解[反應式(1)]

(1)

2) 硝化反應

a) 亞硝化菌Ⅰ[反應式(2)]

(2)

b) 亞硝化菌Ⅱ[反應式(3)]

(3)

c) Ⅰ/Ⅱ合并[反應式(4)]

(4)

2.2.2 攪拌階段(厭氧)

1) 反硝化脫氮：末端廢水處理設施需補甲醇作為碳源。

a) 反硝化菌Ⅰ[反應式(5)]

(5)

b) 反硝化菌Ⅱ[反應式(6)]

(6)

c) Ⅰ/Ⅱ合并[反應式(7)]

(7)

2) 因C/N低，需補充碳源，補加甲醇質量濃度按式(1)計算。

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

(1)

3 廢水處理設施運行狀況

3.1 工程建設與環境經濟分析

2015年5月，公司末端廢水處理設施由東華工程科技股份有限公司設計并建設，工程總投資2 707.49萬元，其中，固定資產投資2 683.79萬元。2016年11月，末端廢水處理設施建成進水、單體試車和聯動試車，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整到新排放口，減免排污費233.37萬元/a。

3.2 末端廢水處理設施運行狀況

截至2017年4月，該公司末端廢水處理設施運行良好，根據鏡檢結果，菌膠團密實，出現少量鐘蟲，活性污泥大量生長，系統活性污泥MLSS達到25%左右。2017年4月底，因前段時間生產設備排水不穩定，導致SBR反應池大量浮泥和泡沫漂浮，通過鏡檢發現，大量鐘蟲死亡，菌膠團松散。為此，調整末端廢水處理指標和SBR反應池內相關污染物濃度，進水NH3-N控制在70 mg/L～100 mg/L；調整后，末端廢水處理效果好轉，到目前為止，廢水處理設施運行正常。

3.3 末端廢水原材料設計

該公司末端廢水處理設施原材料設計見表1所示。

表1 末端廢水處理原材料檢定結果

3.4 相關污染物濃度控制

溶解性總固體(TDS)超過3 000 mg/L時抑制微生物生長，超過5 000 mg/L時生化活動基本停滯。故須嚴格控制硫化物、氰化物、TDS濃度，即，硫化物質量濃度低于2 mg/L，氰化物質量濃度低于2 mg/L，TDS質量濃度低于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施進水量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，達到設計要求。

4 末端廢水處理問題對策

1) 因該公司生產區水污染源復雜，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) 當生產設備排水不穩定時，SBR反應池將出現浮泥等問題。加之，污泥量少，抗沖擊能力不強，須改為低曝氣、高甲醇投加方法，增加污泥量，減少內源分解，待污泥量合格后，恢復到正常操作。

3) 當中間池至出水池過濾器出現反洗現象過濾器堵塞時，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，不影響系統運行。

4) 當SBR反應池面出現浮泥和泡沫時，水黏度大，污泥量沉降時間長。此時，菌種有中毒跡象，需要及時減少進水量，調整SBR反應池中污染物濃度，逐漸減少浮泥和泡沫，直至設施運行好轉。

5 結論

2016年12月以來，該公司末端廢水處理設施運行效果良好，末端廢水處理后尾水達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級標準，末端廢水處理設施運行成本2.6元/m3，環境經濟效益較好。