安徽国祯环保节能科技股份有限公司 安徽合肥 230088
摘要：针对SBR工艺性能优化和节能降耗过程控制的进行研究，通过引进分段进水、短程硝化等技术对传统SBR工艺运行模式和方式进行升级，从而形成SBR工艺强化城镇污水脱氮除磷同步节能降耗的关键技术。
关键词：SBR工艺 分段进水 短程硝化 脱氮除磷 节能降耗
1 前言
随着城镇污水处理厂污染物排放标准的不断提高和人民对环境不断提出更高要求的背景下，如何提高污水中氮、磷的去除率，特别是磷的去除率，一直都是近年来污水处理的热点与难点[1]。自1985 年在上海建成了我国第一座SBR 废水处理设施，近年来对SBR工艺的研究和应用开展迅速［2-4］， 目前SBR污水处理工艺已作为市政污水处理主要工艺之一，应用广泛。
随着近年来国家的环保形势严峻，市政污水处理厂提标改造成为主要趋势，在原工艺上进行技术改造，并增加了深度处理设施，提高出水标准。南方某城市污水处理厂设计处理工艺为SBR，处理规模5.5万吨/日，出水标准为一级B，2013年该厂提标改造后，出水标准为一级A（工艺流程如图1），经过对工艺的研究突破，顺利将设计出水水质一级A的指标进一步提高到类Ⅳ类水标准（其中COD≤30mg/L，TN≤10mg/L，氨氮≤2.5mg/L，TP≤0.3mg/L）。
2 SBR污水处理工艺脱氮除磷分析
通过理论分析与试验对比，找到了有利于氨氧化菌（AOB）生长的环境与运行控制条件，施加各种有利于实现SBR法短程生物脱氮的调控方法，给出最优的环境控制参数，提出了SBR法快速启动短程硝化的方案为：系统温度控制在30℃,在SBR反应器进水完毕后,厌氧搅拌10～20min后,接着曝气,在线检测系统的pH值和DO浓度,不断调节曝气量使DO维持在1.8～2.2mg/L之间,当pH值下降到一定程度不再变化或出现小幅上升时,即pH值曲线的一阶导数趋于零或由负变正,表明“氨谷”出现,立即停止曝气.接着加足量的碳源,在反硝化段全部去除NO2-,保证下一个周期曝气开始时亚硝酸氧化细菌(NOB)不会利用上周期剩余的NO2-增殖.曝气结束时,排出一定量的污泥,将污泥龄控制在7d左右。
通过实时考察全程硝化过程的pH变化曲线确定氨氮氧化完成也即“氨谷”出现时间，实现了短程过程中曝气时间的优化控制，达到短程的快速启动、稳定维持和节能降耗的目的(具体见图2,3，4)。通过控制较短的适污泥龄，每个周期曝气结束不断排除定量的污泥，使NOB逐渐被淘汰出系统，不断提高AOB在活性污泥中的含量，大量富集培养的AOB约占硝化菌的90%以上，15天左右快速实现了SBR法短程脱氮。
针对存在反硝化碳源缺少的现象，通过改进运行方式及优化运行参数强化现有工艺，充分利用污水厂进水碳源进行反硝化；同时研究同步硝化反硝化技术的强化策略，在现有碳源水平下强化反硝化效率。
反硝化反应总的反硝化过程方程式为：
2 NO3 + 10 e + 12 H → N2 + 6 H2O
其中包括以下四个还原反应还原反应：
硝酸盐还原为亚硝酸盐：2 NO3 + 4 H + 4 e → 2 NO2 + 2 H2O
亚硝酸盐还原为一氧化氮：2 NO2 + 4 H + 2 e → 2 NO + 2 H2O
一氧化氮还原为一氧化二氮：2 NO + 2 H + 2 e → N2O + H2O
一氧化二氮还原为氮气：N2O + 2 H + 2 e → N2 + H2O
理论上，生物反硝化的碳氮比要求大于3（即BOD/TKN＞3），才可以实现较好的反硝化效果。微生物进行反硝化可利用的碳源主要是进水中的碳源，当进水中碳源不足时，需要通过投加外加碳源促进反硝化，一般常用的碳源有乙酸钠、甲醇、乙醇等。生物反硝化，有前置反硝化和后置反硝化，前置反硝化一般是指在二级生物池内投加碳源，后置反硝化一般是在反硝化滤池进口投加碳源。
3 SBR污水处理工艺新型脱氮除磷工艺技术应用
3.1优化后置反硝化工艺运行模式，增加碳源有效利用率
活性砂滤池是一种连续过滤的砂滤设备，通过投加碳源来降低进水中的溶解氧直至整个系统处于厌氧和缺氧的环境（溶解氧控制在0.5mg/L）培养反硝化细菌和反硝化环境，再通过投加碳源进行反硝化脱氮；在实际运行中，生物池一般投加4-5吨碳源，控制生物池出水TN在11-12mg/l，活性砂滤池一般投加2-3吨碳源，处理TN在2-3mg/l，保证出水TN在10mg/l内。
通过对深度处理活性砂滤池运行工艺进行分析评估，对砂滤池进、出水DO的进行了连续检测跟踪，发现由于二次提升泵房和混凝池跌水充氧较多，砂滤池进水DO在7-8之间，根据乙酸钠碳源的投加量公式：
V=[6α+ C氧]/ C碳/ρ碳* Q /1000
其中V —— 碳源投加体积，m3；α —— 去除硝态氮的量，mg/l；
C氧 —— 配水渠DO浓度，mg/L；C碳 —— 投加的碳源浓度，%；
ρ碳 —— 投加的碳源密度，kg/m3；Q —— 进水水量，m3。
则每天消耗滤池进水氧的碳源投加量为1.75-2吨的量，深度处理中碳源利用率低。同时活性砂滤池滤料表面好氧生物膜的大量生长，滤池脱膜易造成SS偏大。因此，通过对活性砂滤池的功能评估后，为了进一步降低碳源投加量，考虑优化SBR工艺运行方法和加药量，提升SBR池脱氮效率，充分发挥SBR脱氮效能，将活性砂滤池作为进水异常时的后端备用措施。
3.2生物池进水点优化，提高前置反硝化效率和去除率
通过对生物池各运行阶段的碳源和氮的分析（如图5），得出选择区存在碳源浪费现象。该厂提标工程建设中考虑到工程结构安全问题，将原本应将CASS生物池和选择池中间隔墙拆除的部分保留，原水主要通过进水管道的上升喇叭口扩散到SBR生化池的生物选择区，再通过隔墙下部的过水孔洞流入主反应区，由于外回流设备取消，造成SBR搅拌段生物选择区内呈现出选择区内硝态氮降解后，选择区内碳源仍然充足，碳源在进入曝气阶段后被白白浪费，主反应区硝态氮由于碳源不足未进行充分反硝化。通过对进水管道改造，将原水直接通入主反应区（图6，7），实现原水碳源的充分利用。
3.3优化利用在线仪表监控数值，初步实现碳源加药量的精确控制
该厂一直在摸索建立数学模型基础上的智能控制系统的精确控制，由于反硝化过程影响因素较多，系统较复杂，目前该厂主要是利用在线仪表系统监控反馈，同时利用运营经验知识建立简单的模糊控制数学模型，初步实现反硝化碳源投加的精确控制。根据进水水质和池中硝态氮确定反硝化搅拌时间和碳源投加量公式：
缺氧搅拌时间=[C NO3-*(池容-进水体积)- C‘NO3-]/
式中：C NO3-─上周期处理后出水硝态氮浓度mg/l;
C‘NO3-─本周期搅拌后剩余硝态氮浓度mg/l，该数据根据进满水池中仪表氨氮大小合理控制该数值，一般控制在1-3mg/l;
─硝态氮质量降解速度mg/h。
其中硝态氮质量降解速度（ ）的得到方法为：在缺氧搅拌阶段，每隔10min取样测定污水中的硝态氮浓度，再用硝态氮浓度*（进水流量*进水时长+滗水后体积），得到该时刻的硝态氮质量。最终得到以时间为横坐标，硝态氮质量为竖坐标的线性关系图，该直线的斜率即为硝态氮质量降解速度（ ）。v由硝态氮起始浓度和污泥浓度决定。
碳源投加量体积V=6α/ C碳/ρ碳* Q /1000
其中V —碳源投加体积，m3；α —— 拟通过投加碳源去除硝态氮的量，mg/l；C氧 —— 配水渠DO浓度，mg/L；C碳 —— 投加的碳源浓度，%；
ρ碳 —— 投加的碳源密度，kg/m3；Q —— 进水水量，m3。
4 总结
应用该技术后，SBR系统总氮和总磷去除率分别提升近30%和60%；与此同时节省曝气能耗近30%以上，做到真正意义上的节能降耗。该技术的开发能为现有水厂的技术改造以及新型水厂的建设提供强有力的技术支撑，其推广应用能较大幅度的提升我国城市污水处理水平，缓解水环境恶化的压力。目前，该技术的部分内容已经成功应用到课题的示范工程建设中，取得了良好应用效果，具有广阔的应用前景和良好的经济社会效益。
参考文献
[1] 曾武,周少奇,余建恒.A2/O 工艺处理混合污水脱氮中试研究[J].水处理技术,2008,34(10):53-56.
[2] 高艳玲,马达.污水生物处理新技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[3] 孙体昌，娄金生. 水污染控制工程［M］. 北京：机械工业出版社，2009.
[4] 成官文. 水污染控制工程［M］. 北京: 化学工业出版社，2009.
论文作者:赵二燕
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/10
标签：碳源论文; 滤池论文; 工艺论文; 浓度论文; 污水处理论文; 生物论文; 污泥论文; 《基层建设》2017年第11期论文;