SBR污水處理技術應對復雜來水運行研究

楊光東　王小英　賀旺盛

摘要：陜西某煤化工企業污水處理廠利用批序式活性污泥法（SBR）作為污水處理主工藝，主要處理在生產運行期間會產生大量火炬富氫凝液、渣場滲濾液、濃鹽水等復雜廢水，以及廠區產生的生活污水。為解決各類復雜廢水，在原工藝運行的基礎上，通過對復雜來水的有效均質，控制SBR生化系統營養比例、調節不同種類污水進水量等方法優化運行，實現對各類復雜廢水的有效處理以及廢水零排放，結果顯示，SBR工藝可以將化學需氧量（COD）位800mg/L左右，氨氮為100mg/L左右的污水降低到60mg/L和15mg/L以下。從而降低了公司危廢處理和運行成本費用。

關鍵詞：SBR；復雜廢水；零排放；煤化工廢水

中圖分類號：X703.1 文獻標志碼：B

前言

煤炭在中國的能源結構中具有重要地位，煤化工業作為主流部分，既發揮了煤炭資源的優勢，又緩解了化工行業的能源短缺問題。隨著國家對環保要求的提高和水資源形勢的嚴峻，煤化工企業面臨越來越高的水處理成本壓力，尤其是在處理生產過程中產生的廢水方面存在著一系列復雜的問題，經濟有效地處理和回用這些廢水是當前煤化工企業所面臨的關鍵挑戰。

序批式反應器（SBR）是一種高效的污水處理工藝，利用活性污泥法，可以有效的脫氮除磷、同時抑制絲狀菌膨脹。此外，SBR工藝對COD的沖擊符合耐受性高且流程簡單、占地面積小的要求，被很多污水處理廠采納．寧夏某污水廠使用SBR工藝處理城鎮污水，進水COD為700mg/L，BOD5為350mg/L，NH3-N為35mg/L，處理后COD、BOD5和NH3-N的去除率分別為92.9%、97.1%和85.7%。河南某30萬噸／年煤化工合成氨項目污水處理工程使用SBR工藝處理煤氣化合成氨廢水，可使進水NH3-N含量300mg/L降至15mg/L，進水TN含量350mg/L降至20mg/L，TN去除率高達95%以上，其他出水指標滿足《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的一級排放要求。

陜西某煤化工企業采用SBR工藝處理生產運行期間產生的火炬富氫凝液、渣場滲濾液、濃鹽水等復雜廢水和廠區的生活污水。經過處理，廢水可達到回用水指標，實現了廢水零排放。

1 材料及方法

1.1 污水廠裝置

污水廠設計混合污水平均水量900t/h，最大量1600m3/h，污水處理采用序批式活性污泥法（SBR），主要步驟包括粗格柵井、細格柵井、旋流沉砂池、初沉池、均質調節池、SBR反應池、出水檢測池和物化污泥濃縮池等。

1.2 污水來源與情況

污水廠處理的工業廢水主要有三種：火炬富氫凝液、渣場濾液和濃鹽水。火炬富氫凝液為煤制甲醇裝置氣化洗滌塔倒塔時泄漏氣中夾帶的水蒸氣凝結而成。火炬富氫凝液儲存在污水廠火炬凝液收集池內。由于夏季和秋季氣溫較高，產生凝液量較少，每天約5m3，春季和冬季由于氣溫較低，產生凝液量較多，每天約計20m3。渣場濾液為煤氣化廢渣填埋場產生的污水，主要來源于氣化粗細渣、鍋爐灰渣、脫硫石膏和污水站污泥中帶來的含COD和氨氮等污染物的水溶液，渣場在實際運行過程中，由于氣化爐渣含水量較高，渣場鹽、泥、渣混合堆放，致使部分混鹽、有機物溶于滲濾液，當然也包括雨雪天氣時由渣場帶入的雨水和雪水。滲濾液每天產生約90m3，鹽含量高、有機物濃度高。由于渣場濾液含有的大量結構穩定的有機化合物，其本身的化學組成和結構穩定使其具有抗降解性。濃鹽水來自企業廢水提鹽工段。由于蒸發系統不斷產出老化母液，老化母液COD富集嚴重導致蒸發系統結垢嚴重，出現效體蒸發量降低等問題，為確保提鹽系統穩定運行，將一部分濃鹽水問流至污水廠進行降解。

1.3 項目指標分析方法

CODcr的處理方法為重鉻酸鉀氧化法，BOD5的測定方法采用標準稀釋法，氨氮的測定方法采用納氏試劑檢測法，pH值使用pH計進行測定，水中的石油類采用紅外光譜檢測法檢測。加熱法提取胞外聚合物（EPS），多糖（PS）和蛋白質（PN）的測定分別采用蒽酮硫酸比色法和考馬斯亮藍法，以二者之和表征EPS總量。

1.4 污水處理工藝

根據進水水質確定的處理工藝如圖1所示。全廠是生產廢水、生活污水和渣場濾液重力流經粗格柵去除較大懸浮固體后，利用提升泵提升至細格柵井。在此階段，遇到的問題包括粗格柵的堵塞、提升泵的運行不穩定等。為解決這些問題，可以定期清理粗格柵，并監控提升泵的運行狀態，及時維修或更換發生故障的泵。混合污水壓力流和火炬周期性排水經提升泵提升至細格柵井，加入聚合氯化鋁（PAC）混凝后通過旋流沉砂池除砂。在此階段，遇到的問題包括混凝效果不佳、旋流沉砂池的沉砂效果不好等。為解決這些問題，可以調整PAC的投加量，優化混凝條件，同時對旋流沉砂池進行定期的清理和維護。除砂后與公司石油煉化工段產生的渣油裂解（DCC）預處理后污水和部分濃鹽水混合經配水井進入初沉池。在此階段，遇到的問題包括混合不均勻、初沉池的沉淀效果不穩定等。為解決這些問題，可以優化混合設施的設計，確保污水和濃鹽水的均勻混合，同時加強初沉池的維護和管理，定期排泥，保持沉淀效果。初沉池產水進入均質調節池進行水量調節和水質穩定后，再由提升泵提升至SBR池進行處理。在此階段，遇到的問題包括SBR池的微生物活性不足、出水的污染物去除效果不穩定等。為解決這些問題，可以定期投加營養物質以增強微生物的活性，同時對SBR池的運行參數進行優化和控制，確保穩定的污染物去除效果。初沉池產水進入均質調節池，由提升泵提升至SBR池，設計水量為1000m3/h。SBR池出水進入監測池。經監測達標污水排人回用水站，不達標污水回流至均質調節池繼續處理，直至達標。在此階段，遇到的問題包括水質監測的不準確、回流量控制不當等。為解決這些問題，可以選用準確的水質監測儀器和方法，同時對回流量進行合理的控制和管理，確保處理過程的穩定和達標排放。（見圖1）

2 結果與討論

2.1 不同種類污水處理水量對SBR工藝處理結果的影響

由于調節池出水COD在400-500mg／L，氨氮在30-40mg/L，總磷在6-8mg/L，營養比例失衡，而富氫凝液中有機物濃度較高，可代替部分甲醇碳源，有效補充微生物碳源，滿足活性污泥生存和繁殖的需求。在系統運行過程中需要嚴格控制富氫凝液的水量，當水量過大時，因為凝液中還含有一些有毒物質，會導致生化系統污泥中毒死亡。火炬凝液的處理量與出水指標變化情況見圖2，可以看到處理量在320m3/d左右時，出水水質滿足要求，進一步提高處理量為432m3/d時，出水的COD有所升高，水質不能達標。（見圖2）

渣場濾液由于水量較小，主要通過少量勾兌處理，期間觀察生物相，不斷調整生物營養比例，通過向SBR反應池中加入甲醇、尿素和磷酸二氫鈉，維持系統中C：N：P=100：5：1。同時增加排泥，確保微生物快速繁殖，過程中培養出對濾液處理效果更好的菌種。當污泥濃度控制在3-4mg/L，污泥的MLVSS/MLSS到0.6以上不斷增加渣場濾液的處理量，利用生物處理工藝的自培養功能，提升生化系統的處理能力，具體濾液處理水量與SBR出水水質指標變化如圖3所示，渣液中有毒有害物質可對生化系統產生不好的影響，對生化系統的絮體產生影響較大，容易造成絮體解絮，引起出水COD過高及污泥膨脹，對其出水指標帶來影響。因此，處理這種高濃度廢水需要緩慢投加，給系統一個緩沖過程。渣場濾液的處理量從30m3/d逐步增加到60m3/d時，產水COD略有上升，這一階段活性污泥快速增加，系統可以容納更大濃度的COD，COD作為微生物的碳源被消耗，與此同時水中的氨氮得以有效去除，在處理量達到90m3/d時，出水的COD和氨氮均達到合格標準。

濃鹽水由于TDS極高，而未經馴化的污泥微生物對鹽濃度的耐受程度較低，所以需要在調節池中進行稀釋，其投加量不可短時間就加量急劇增加。濃鹽水水量與出水指標變化情況如圖4所示。當濃鹽水從初始的處理水量的50m3/d緩慢增加到70m3/d時，SBR生化處理進水TDS逐步升高，從1000mg//L左右增加到2500mg/L左右，這段時間適應了該環境的微生物開始繁殖，活性污泥濃度開始增多。微生物會通過自身的滲透壓調節機制來平衡細胞內的滲透壓或保護細胞內的原生質，這些調節機制包括聚集低分子量物質來形成新的胞外保護層，調節自身的代謝途徑，改變基因組成，實現系統對濃鹽水的處理。隨著濃鹽水處理量進一步增加，SBR出水COD略有上升，同時出水濁度上升，這是由于鹽溶液的增加對微生物產生毒害，使部分微生物死亡，SBR生化池污泥上浮，出現產水COD指標超標，出水濁度隨著明顯上升。隨著耐鹽微生物的進一步繁殖，SBR生化池浮泥減少，產水COD緩慢降至60mg／L以下，濃鹽水處理量可以達到100m3/d。廢水中高濃度的可溶性鹽含量過高或離子較多不僅使廢水處理更加復雜，還會嚴重破壞水環境的恢復能力。正常的活性污泥可以通過不斷提高進水TDS，馴化提高其對高鹽廢水的適應能力，有效提高濃鹽廢水中的有機污染物的去除率，但是當水中的無機鹽離子濃度升高到一定程度，超出微生物的耐鹽范圍時，則會破壞其正常的生存和代謝功能，從而抑制微生物繁殖，同時進水中COD也不斷上升。導致生化處理系統的產水指標會開始超標。

2.2 活性污泥分析

SV%控制在20%到60%之間時，污泥絮凝、沉降性能較好，COD、BOD的去除率較為穩定。圖5（a）為SBR反應池處理工業污水前后的污泥沉降比（SV），處理前的SV約為30%，處理后的SV約為50%。

胞外多聚物（EPS）是由微生物分泌的，附著在細胞表面的大分子黏性物質，可以抵御外來毒性物質的進攻，并在一定條件下可以相互黏附、并在饑餓環境下為細菌提供碳源和能量的有機物質。EPS主要包括多糖（PS）和蛋白質（PN），直接影響了活性污泥對于污染物的吸附能力。由圖5（b）可以看到，系統運行穩定后的EPS約為47mg/g·VSS左右。由于在污水處理過程中會投加碳源甲醇，微生物可以生成較多的PS，含量在23mg/gVSS左右。PS/PN的值在1左右，污泥的活性較好。當比值過大時，由于PS的親水性，使得污泥難以聚集絮凝，會降低了對水中污染物的去除效率。（見圖5）

3 結論

SBR污水處理技術在實際應用中，往往會面臨不同種類、不同濃度、不同水質的來水，這些復雜來水會對污水處理效果產生影響。通過對SBR污水處理技術應對復雜來水的運行進行研究，可以提高適應性，更好地滿足實際應用需求。通過SBR工藝，陜西煤化工企業產生的火炬凝液、渣場濾液和濃鹽水可以同時得到處理，三種水在調節池中調節水質后進入SBR反應池中，污水的COD、BOD5、氨氮、石油類污染物可以得到有效去除，出水符合公司出水標準，但是在實際運行過程中，需要嚴格控制工業污水的進水濃度，三種水的進水水量分別控制在15m3/d、90m3/d和100m3/d，增大水量則可能會使微生物中毒死亡，進而降低出水水質。SBR工藝產生污泥量小，實用性較強。

基金項目：陜西省重點研發計劃項目（2022XY-176）