SBR类污水处理厂升级改造工艺选择及措施分析4.30.doc

SBR类污水处理厂升级改造工艺选择及措施分析沈晓铃，张万里，梁汀，胡邦（无锡市政设计研究院有限公司，无锡214072）摘要 归纳介绍了太湖流域某城市市区9座SBR类污水处理厂升级改造工程的工艺，对SBR类污水处理厂升级改造工程的工艺选择进行分析，并介绍了几个SBR类污水处理厂升级改造工程的改造情况，最后提出了SBR类污水处理厂在升级改造中需要重点考虑的问题。关键词 太湖流域 SBR类污水处理厂 升级改造 工艺设计 The analysis of the process selection and measure of upgrading reconstruction of SBR series sewage treatment plantShen Xiao-ling, Zhang Wan-li, Liang Ting, Hu Bang(Wuxi Municipal Design Institute CO., LTD. Wuxi, Jiangsu, China 214072)Abstract: The processes of upgrading reconstruction project of nine categories SBR series sewage treatment plant in Taihu Area were introduced, and analyzed the process selection of upgrading reconstruction of SBR series sewage treatment plant, moreover several SBR series sewage treatment plant upgrading reconstruction projects were introduced, at last some keystones were pointed out for the upgrading reconstruction of SBR series sewage treatment plant.Key words: Taihu Area SBR series sewage treatment plant upgrading reconstruction process design 11 概况太湖流域某城市市区共有市政污水处理厂21座。2007年以前，污水处理厂出水水质标准执行GB18918-2002一级B标准，污水处理基本采用传统的二级处理工艺，有A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR类工艺等，其中共有9座污水处理厂采用SBR类工艺，主要有SBR、ICEAS、CTECH、CAST、MSBR等几种工艺。本文主要就SBR类的污水处理厂的升级改造工艺设计进行探讨。2 升级改造工艺方案选择由于各污水处理厂进水水质区别、原设计参数选取的不同以及运行管理的差异等，9座采用SBR类工艺的污水处理厂出水水质亦存在一定的差别，原污水处理厂出水基本均能满足一级B排放标准，部分污水处理厂BOD5、CODCr已经达到或接近一级A排放标准。由于一级A标准相对于一级B标准要求更加严格，特别是TN和CODCr的去除则为关键点，处理工艺的选取需着眼于TN、难降解COD的处理，兼顾SS、BOD、NH3-N以及TP的去除。因此，污水处理厂升级改造基本思路确定为：对污水厂进出水水质尽心调研，仔细分析影响一级标准A标准稳定达标的主要因素，优先考虑采取非工程措施，其次选择强化预处理和强化生物处理各措施，再选择深度处理措施，确保处理效果。1一级A标准主要指标可分为物化指标(TP、SS)和生化指标（如CODCr、BOD5、TN和NH3-N、细菌指标）。物化指标的进一步处理较为单一：对于TP，生物除磷的效率一般在7085左右，进一步去除必须依靠加药化学除磷，经过混凝沉淀或过滤分离；对于SS，由于已经经过沉淀作用，进一步降低SS只能采取混凝沉淀或过滤工艺。生化指标的提标主要通过增加生物处理设施或改造强化现有的生化处理设施来实现，主要手段有改善预处理、强化生化处理、增设深度处理等2。在进水BOD5/TN较低时为提高TN的去除率，强化生物脱氮还可以考虑增设碳源投加装置。强化预处理主要是改造或增设水解池；增设深度处理主要为增设沉淀池、滤池等；对于SBR类污水处理厂强化生物处理的主要方式有：增加系统内有效微生物的数量和活性；增加系统内微生物的有效工作时间。增加系统内工作微生物的数量主要通过在生化段增设填料、提高污泥浓度来实现。提高系统工作微生物的活性主要是指通过增设缺氧搅拌区，提高硝化菌、反硝化菌的活性，以提高NH3-N、TN的去除率。增加系统内微生物的有效工作时间主要是指调整运行周期，即提高池容利用率。9座SBR类污水处理厂升级改造所采用的处理工艺如表1所示：5表1 9座SBR类污水处理厂升级改造工程所选工艺Table1 the process of upgrading reconstruction of the nine SBR series sewage treadtment plant序号污水厂名称二级处理工艺升级改造工艺1A 厂C-TECH工艺强化生物脱氮CAST工艺盘片式为过滤池2B 厂CAST工艺强化生物脱氮CAST工艺滤布滤池3C 厂MSBR工艺填料式MSBR+滤布滤池4D 厂CAST工艺填料式A2/O+SBR工艺滤布滤池5E 厂ICEAS工艺填料式A2/O工艺SBR工艺+滤布滤池6F 厂水解酸化+CAST/SBR工艺水解酸化+强化生物脱氮CAST/SBR工艺盘片式微过滤池7G 厂水解酸化+改良SBR工艺水解酸化+改良SBR工艺曝气生物滤池8H 厂厌氧水解+CAST工艺厌氧水解+CAST工艺絮凝沉淀+盘式过滤9I 厂水解酸化+CAST工艺水解酸化+CAST工艺斜板沉淀池3 工程实例3.1改善预处理升级改造工程对预处理段的改造主要基于不同的进水条件。在H厂，由于进水浓度较低，原上流式厌氧水解池对进水中悬浮的BOD、COD去除效果较好，但也降低了进入二级处理段BOD5/TN，不利于TN的去除。因此，在升级改造时，设置超越厌氧水解池措施，污水直接由进水泵房提升至CAST池；以有效利用进水中的碳源。在F厂，进厂污水浓度较为正常，但BOD5/CODCr较低，原膜法推流式水解酸化池对B/C的提高效果不明显，升级改造时将其改造成膜法上流式厌氧水解池，利用悬浮污泥层和填料层发挥物理截留和生物降解双重作用，强化水解池的处理能力、提高进入后续二级处理的B/C，也有利于提高CODCr、TN的去除率。3.2强化生物处理生化处理主要是去除污水中呈胶体和溶解状态的BOD5、CODCr及部分NH3-N、TN和TP。利用SBR系列在空间上完全混合，时间上推流式的特点处理出水完全可达到一级B标准。但是对于一级A标准而言，出水要求更为严格，尤其是N、P两个指标的处理需涉及氮的硝化、反硝化，微生物的释磷和吸磷等过程，上述每一个过程的目的不一样，对微生物组成，基质类型以及环境条件的要求也不一样。升级改造可以从时间或空间上区分好氧、缺氧、厌氧环境，为生化污泥提供更好的工作环境。升级改造的难点是总氮的去除，其硝化受温度影响较大，水温为12时硝化菌的比生长速率降低到常温时（20）的0.46；反硝化速率降低到常温时的0.54。延长好氧区水力停留时间、提高污泥浓度、延长泥龄等措施都能在一定程度上提高硝化效果，其中延长停留时间效果更佳。但是受限于现状生化池池容的影响，在条件允许下升级改造可以重新核定处理规模，或者通过对SBR工艺环境参数的精细控制，提高污泥浓度，增加微生物反应速率来提高系统脱氮效率。3.2.1提高污泥浓度在9座污水处理厂中，C、D、E三厂均采用在生化段增加填料提高污泥浓度来强化生物处理，填料采用弹性填料，填料单价约为50元/m3，使用寿命约为8年。以D厂为例，该厂共有2座CAST池，每座又分为两格，每座池体处理能力1.5104m3/d，单池尺寸55.845.16.0m，每格尺寸55.022.06.0m，有效水深5.0m。改造后将每格CAST池改为A2O-SBR池，分为厌氧区、缺氧区、过渡区、序批区四个区域。缺氧区、过渡区、序批区内安装弹性填料以增强污泥浓度，强化生化处理效果，尤其是削弱低温条件下水温对系统的硝化作用的影响。污水首先进入厌氧区与回流污泥混合，聚磷菌在此释放磷；经厌氧区后，污水进入缺氧区与回流的硝化液混合，进行反硝化反应脱氮；然后进入过渡区和序批区，进行好氧反应，除碳、硝化、过量摄磷、沉淀、滗水。序批池的混合液通过回流泵回流到厌氧区。该池利用原CAST池滗水器、曝气头、剩余污泥泵、污泥回流泵及潜水搅拌机。每格A2O-SBR池新增设备：混合液回流泵1台，变频控制，回流比控制在150200；潜水搅拌机6台；弹性填料（含支架）1680m3。3.2.3调整运行周期以F厂为例，该厂一期工程采用SBR工艺，设计处理规模2.0104m3/d，设有4座SBR池，每座池体处理能力0.5104m3/d，每座SBR池的运行周期为6h，运行周期设置如下表所示：表2 F厂SBR池原运行周期Table2 the cycle of the SBR tank before redressal in F plant时段01.5h1.53h34.5h4.56hSBR池进水/曝气曝气沉淀滗水为提高系统的脱氮除磷能力，调整原来的运行周期设置，在SBR池的反应周期中增设进水缺氧搅拌段，缺氧搅拌段时长0.5h，采用悬浮式环流搅拌器（3台/池，单台功率5.5kW）。为保持CAST池的运行周期6.0h不变，根据计算及污水处理厂的运行分析将沉淀时间缩短至1.0h也可以满足沉淀要求。调整后的运行周期设置如下表所示：表3 调整后的F厂SBR池运行周期Table3 the cycle of the SBR tank after redressal in F plant时段00.5h0.51.5h1.53.5h3.54.5h4.56hSBR池进水/搅拌进水/曝气曝气沉淀滗水A、B两厂在升级改造工程中也采用了调整运行周期的改造措施，三厂的出水水质均有一定的提高。因此，对于SBR系统而言，调整SBR系统的运行周期设置，增设缺氧搅拌段，将SBR系统改造成时间上的缺氧、好氧的运行模式，能够有效的提高TN的去除率。3.3减量运行在A、B两厂，在升级改造工程设计初期就考虑到均未满负荷运行的现状，在和规划管理部门沟通后，为缩短升级改造工程的实施周期，减少对现状生产的影响，根据现有池容和设备，重新核定处理能力。两厂升级改造前处理规模为1.5万m3/d、1.0万m3/d，经核算两厂升级改造工程实施后的处理规模减少为1.25万m3/d、0.7万m3/d，减少的处理能力待扩建时解决。3.4化学除磷由于生化池改造时采用生物脱氮优先，兼顾生物除磷原则，为确保出水TP达标，需要辅以化学除磷。目前常用的化学除磷药剂主要有：聚合氯化铝（PAC）、FeCl3、AlCl3、聚合铝铁等，常用的投加方式有前沉淀、协同沉淀、后沉淀三种方式。在化学药剂的选用方面，A、B、G、I四个厂采用PAC作为化学除磷药剂，其余均选择FeCl3。在化学药剂的投加方式方面，只有G和I两个厂选择后沉淀工艺，其余均选择协同沉淀工艺。对于SBR类工艺，生化池本身也是沉淀池，采用协同沉淀时选择除磷剂更应注意化学药剂对活性污泥的抑制作用，FeCl3、AlCl3和聚合铝铁的投加都会使污水的pH值降低。选择FeCl3的5个厂进水碱度略高，经分析验算投加FeCl3仍能保证出水碱度不低于70mg/L，不会影响硝化反应的进行。对于SBR类污水处理厂，尤其是水量较小的污水处理厂，由于出水的不连续性，如果采用后沉淀工艺，需要将药剂的投加和生化池的出水实现联动，否则除了浪费化学药剂外，还会影响后续深度处理设施的运行。3.5深度处理工艺深度处理工艺的选择主要根据前端二级处理出水水质要求确定，当二级出水的TN和NH3-N稳定达到一级A标准时，利用化学药剂强化悬浮固体和TP去除，同时还能进一步降低出水的CODCr，可采用微絮凝过滤或混凝过滤工艺；当二级出水TN和NH3-N不能稳定达到一级A标准时，可采用曝气生物滤池进一步去除TN、NH3-N和SS，同时辅以化学除磷。表1列出了9座厂所采用的深度处理工艺， G厂采用了曝气生物滤池，I厂采用了斜板沉淀池、其余7座厂均采用了机械微过滤池。由于多数采用SBR类工艺的污水处理厂处理规模较小，在G厂为避免出水的不连续性对生物滤池的影响，设置了调节池；其余各厂在深度处理段的处理规模均按撇水器的最大撇水能力确定。3.6碳源投加系统BOD5:N:P的比值是影响生物脱氮除磷的重要因素，9个厂中除D、G、I三厂的BOD5/TN略高于4之外，其余6个厂的BOD5/TN均在在2.84.0之间，对于脱氮碳源稍显不足，需外加碳源。外加碳源一般选用甲醇、醋酸及醋酸钠。根据国家水中心在太湖流域某污水处理厂的试验，对于提高反硝化速率，醋酸钠最好，醋酸次之，甲醇略逊于前两者。醋酸钠效果较好且为弱碱性，适于反硝化阶段碳源投加，但是成本稍高于醋酸，由于甲醇属于火灾危险性甲类物品，根据建筑设计防火规范，甲醇的储存需要与其它建构筑物隔开一定的距离，而在升级改造工程的实际使用时由于用地面积的限制，往往适用较少。外加碳源的选择应因地制宜，除了上述的3种之外，如淀粉、葡萄糖、高浓度可生化性好的工业废水等都可以作为脱氮过程的补充碳源。下表列出了9座SBR类污水处理厂外加碳源的使用情况。表4 9座污水处理厂采用的外加碳源Table4 the additional carbonaceous matter of the nine sewage treadtment plant序号污水厂名称采用的外加碳源1A 厂淀粉/葡萄糖2B 厂淀粉/葡萄糖3C 厂醋酸4D 厂5E 厂醋酸6F 厂醋酸钠7G 厂8H 厂醋酸9I 厂4 运行效果9座污水处理厂升级改造工程于2008年4月12月完成，并投入运行。经过调试，9座污水处理厂运行效果良好，出水水质基本满足一级A标准的要求。表5、表6列出了9座污水处理厂2009年90涵盖率的进出水水质情况：表5 2009年90涵盖率的进水水质Table5 The inlet quality under 90% covering in 2009 厂名CODBOD5SSNH3-NTNTPA2878231230.248.14.2B2157726428.936.85.5C34394.128735445.5D31478.225833424.6E431112.835441526.2F5111612442642.84.98G3228628632485.75H2926611221333.4I3069126026.435.23.04表6 2009年90涵盖率的出水水质Table5 The outlet quality under 90% covering in 2009 厂名CODBOD5SSNH3-NTNT