改良SBR生化工艺在工业废水处理中的应用

孟庆松

(山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原 030024)

引 言

某煤矿集团化工有限公司属于以合成氨为基础的化工原料生产企业。2010年以来，先后两次以清洁生产方法源头控制水污染物排放量。随着国家和地方各级人民政府实施“水污染防治行动计划”，建立“河长制”，强化环境管理和污染减排，须在清洁生产的基础上，同步实施末端治理。为此，该公司新建1套改良SBR工艺末端废水处理设施，实现主要水污染物稳定达标排放。

1 改良SBR生化工艺技术

改良SBR生化工艺技术，为传统改良SBR生化工艺创新工艺技术，是近年来推广应用的预批式除磷脱氮污水处理实用技术[1-3]。该污水处理技术集反应池、沉淀池为一体，间歇进水，间歇反应，停气时，污水沉淀撇除上清液，并排出剩余污泥，成为一个周期，周而复始。反应过程分7个阶段：

a) 进水阶段：废水进入改良型SBR池阶段，通常为1个运行周期开始。

b) 反应阶段：分曝气、搅拌时段，依次循环往复数次。

c) 曝气阶段：由曝气系统向反应池供氧，从而使得微生物在有氧状态下氧化分解有机污染物，污水中NH3-N转化为NO3-N。

d) 搅拌阶段：该阶段停止曝气，继续搅拌使泥水充分混合，微生物耗费水中溶解氧(DO)后，反应池开始反硝化反应。

e) 沉淀阶段：停止搅拌，反应池中泥水静止分离。

f) 滗水阶段：沉淀结束后，滗水器工作，逐步排出上清液，反应池逐渐过渡到厌氧状态，继续反硝化。

g) 闲置阶段：滗水器上升到原始位置阶段，通常为1个运行周期结束。

2 改良SBR生化工艺的应用

2.1 设计入、出水质

a) 该公司末端废水处理设施，设计进水主要污染物浓度指标：悬浮物ρ(SS)≤150 mg/L；化学需氧量(CODcr)≤350 mg/L；生化需氧量(BOD3)≤200 mg/L；总氮ρ(TN)≤350 mg/L；氨氮ρ(NH3-N)≤300 mg/L。

b) 该公司末端废水处理设施，设计出水主要污染物浓度指标：悬浮物ρ(SS)≤70 mg/L；化学需氧量(CODcr)≤60 mg/L；生化需氧量(BOD3)≤20 mg/L；总氮ρ(TN)≤20 mg/L；氨氮ρ(NH3-N)≤15 mg/L，夏季ρ(NH3-N)≤8 mg/L；ρ(石油类)≤3 mg/L。

2.2 污水处理工艺流程

该公司末端废水处理设施，关键环节是SBR生化处理工艺技术。

SBR处理工艺过程：采用多段A/O脱氮的序批式活性污泥技术，利用微生物分解有机物，净化有机废水；采用多级串联硝化-反硝化生化处理技术(适时补充碳源)，去除氨氮和总氮，可以确保处理后废水达标排放[4-5]。

废水处理设施设有3座SBR反应池，进行间歇多循环反应；日操作3个循环，每个循环8 h。改良SBR处理工艺技术，通过在单个池内多次重复进行曝气、搅拌、沉淀、排放操作，创造好氧、缺氧、厌氧环境，利用微生物完成分解有机物CODCr、BOD3，脱除NH3-N、TN，包括氨氮、硝酸盐亚硝酸盐、有机氮等。

2.2.1 曝气阶段(好氧)

1) 有机物分解[反应式(1)]

(1)

2) 硝化反应

a) 亚硝化菌Ⅰ[反应式(2)]

(2)

b) 亚硝化菌Ⅱ[反应式(3)]

(3)

c) Ⅰ/Ⅱ合并[反应式(4)]

(4)

2.2.2 搅拌阶段(厌氧)

1) 反硝化脱氮：末端废水处理设施需补甲醇作为碳源。

a) 反硝化菌Ⅰ[反应式(5)]

(5)

b) 反硝化菌Ⅱ[反应式(6)]

(6)

c) Ⅰ/Ⅱ合并[反应式(7)]

(7)

2) 因C/N低，需补充碳源，补加甲醇质量浓度按式(1)计算。

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

(1)

3 废水处理设施运行状况

3.1 工程建设与环境经济分析

2015年5月，公司末端废水处理设施由东华工程科技股份有限公司设计并建设，工程总投资2 707.49万元，其中，固定资产投资2 683.79万元。2016年11月，末端废水处理设施建成进水、单体试车和联动试车，同年12月投入菌种，培菌驯化。末端废水处理总成本796.75万元/a，其中，直接消耗666.58万元/a，2017年5月6日，末端废水处理后尾水调整到新排放口，减免排污费233.37万元/a。

3.2 末端废水处理设施运行状况

截至2017年4月，该公司末端废水处理设施运行良好，根据镜检结果，菌胶团密实，出现少量钟虫，活性污泥大量生长，系统活性污泥MLSS达到25%左右。2017年4月底，因前段时间生产设备排水不稳定，导致SBR反应池大量浮泥和泡沫漂浮，通过镜检发现，大量钟虫死亡，菌胶团松散。为此，调整末端废水处理指标和SBR反应池内相关污染物浓度，进水NH3-N控制在70 mg/L～100 mg/L；调整后，末端废水处理效果好转，到目前为止，废水处理设施运行正常。

3.3 末端废水原材料设计

该公司末端废水处理设施原材料设计见表1所示。

表1 末端废水处理原材料检定结果

3.4 相关污染物浓度控制

溶解性总固体(TDS)超过3 000 mg/L时抑制微生物生长，超过5 000 mg/L时生化活动基本停滞。故须严格控制硫化物、氰化物、TDS浓度，即，硫化物质量浓度低于2 mg/L，氰化物质量浓度低于2 mg/L，TDS质量浓度低于2 000 mg/L。

3.5 末端废水处理效果

到2017年6月，该公司末端废水处理设施进水量120 m3/h，主要污染物浓度ρ(SS)为150 mg/L、ρ(NH3-N)为150 mg/L、CODCr为200 mg/L，处理后尾水ρ(SS)为70 mg/L、ρ(NH3-N)不超过5 mg/L，CODCr为不超过60 mg/L，达到设计要求。

4 末端废水处理问题对策

1) 因该公司生产区水污染源复杂，水量、NH3-N、TDS变化大，须在合成缓冲池缓冲后再入末端废水综合水池，但不得以新鲜水稀释。

2) 当生产设备排水不稳定时，SBR反应池将出现浮泥等问题。加之，污泥量少，抗冲击能力不强，须改为低曝气、高甲醇投加方法，增加污泥量，减少内源分解，待污泥量合格后，恢复到正常操作。

3) 当中间池至出水池过滤器出现反洗现象过滤器堵塞时，须在中间水池水泵出口配备1根管道至综合水池和出水池，以方便清理过滤器，不影响系统运行。

4) 当SBR反应池面出现浮泥和泡沫时，水黏度大，污泥量沉降时间长。此时，菌种有中毒迹象，需要及时减少进水量，调整SBR反应池中污染物浓度，逐渐减少浮泥和泡沫，直至设施运行好转。

5 结论

2016年12月以来，该公司末端废水处理设施运行效果良好，末端废水处理后尾水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准，末端废水处理设施运行成本2.6元/m3，环境经济效益较好。