SBR污水处理技术应对复杂来水运行研究

杨光东　王小英　贺旺盛

摘要：陕西某煤化工企业污水处理厂利用批序式活性污泥法（SBR）作为污水处理主工艺，主要处理在生产运行期间会产生大量火炬富氢凝液、渣场渗滤液、浓盐水等复杂废水，以及厂区产生的生活污水。为解决各类复杂废水，在原工艺运行的基础上，通过对复杂来水的有效均质，控制SBR生化系统营养比例、调节不同种类污水进水量等方法优化运行，实现对各类复杂废水的有效处理以及废水零排放，结果显示，SBR工艺可以将化学需氧量（COD）位800mg/L左右，氨氮为100mg/L左右的污水降低到60mg/L和15mg/L以下。从而降低了公司危废处理和运行成本费用。

关键词：SBR；复杂废水；零排放；煤化工废水

中图分类号：X703.1 文献标志码：B

前言

煤炭在中国的能源结构中具有重要地位，煤化工业作为主流部分，既发挥了煤炭资源的优势，又缓解了化工行业的能源短缺问题。随着国家对环保要求的提高和水资源形势的严峻，煤化工企业面临越来越高的水处理成本压力，尤其是在处理生产过程中产生的废水方面存在着一系列复杂的问题，经济有效地处理和回用这些废水是当前煤化工企业所面临的关键挑战。

序批式反应器（SBR）是一种高效的污水处理工艺，利用活性污泥法，可以有效的脱氮除磷、同时抑制丝状菌膨胀。此外，SBR工艺对COD的冲击符合耐受性高且流程简单、占地面积小的要求，被很多污水处理厂采纳．宁夏某污水厂使用SBR工艺处理城镇污水，进水COD为700mg/L，BOD5为350mg/L，NH3-N为35mg/L，处理后COD、BOD5和NH3-N的去除率分别为92.9%、97.1%和85.7%。河南某30万吨／年煤化工合成氨项目污水处理工程使用SBR工艺处理煤气化合成氨废水，可使进水NH3-N含量300mg/L降至15mg/L，进水TN含量350mg/L降至20mg/L，TN去除率高达95%以上，其他出水指标满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放要求。

陕西某煤化工企业采用SBR工艺处理生产运行期间产生的火炬富氢凝液、渣场渗滤液、浓盐水等复杂废水和厂区的生活污水。经过处理，废水可达到回用水指标，实现了废水零排放。

1 材料及方法

1.1 污水厂装置

污水厂设计混合污水平均水量900t/h，最大量1600m3/h，污水处理采用序批式活性污泥法（SBR），主要步骤包括粗格栅井、细格栅井、旋流沉砂池、初沉池、均质调节池、SBR反应池、出水检测池和物化污泥浓缩池等。

1.2 污水来源与情况

污水厂处理的工业废水主要有三种：火炬富氢凝液、渣场滤液和浓盐水。火炬富氢凝液为煤制甲醇装置气化洗涤塔倒塔时泄漏气中夹带的水蒸气凝结而成。火炬富氢凝液储存在污水厂火炬凝液收集池内。由于夏季和秋季气温较高，产生凝液量较少，每天约5m3，春季和冬季由于气温较低，产生凝液量较多，每天约计20m3。渣场滤液为煤气化废渣填埋场产生的污水，主要来源于气化粗细渣、锅炉灰渣、脱硫石膏和污水站污泥中带来的含COD和氨氮等污染物的水溶液，渣场在实际运行过程中，由于气化炉渣含水量较高，渣场盐、泥、渣混合堆放，致使部分混盐、有机物溶于渗滤液，当然也包括雨雪天气时由渣场带入的雨水和雪水。渗滤液每天产生约90m3，盐含量高、有机物浓度高。由于渣场滤液含有的大量结构稳定的有机化合物，其本身的化学组成和结构稳定使其具有抗降解性。浓盐水来自企业废水提盐工段。由于蒸发系统不断产出老化母液，老化母液COD富集严重导致蒸发系统结垢严重，出现效体蒸发量降低等问题，为确保提盐系统稳定运行，将一部分浓盐水问流至污水厂进行降解。

1.3 项目指标分析方法

CODcr的处理方法为重铬酸钾氧化法，BOD5的测定方法采用标准稀释法，氨氮的测定方法采用纳氏试剂检测法，pH值使用pH计进行测定，水中的石油类采用红外光谱检测法检测。加热法提取胞外聚合物（EPS），多糖（PS）和蛋白质（PN）的测定分别采用蒽酮硫酸比色法和考马斯亮蓝法，以二者之和表征EPS总量。

1.4 污水处理工艺

根据进水水质确定的处理工艺如图1所示。全厂是生产废水、生活污水和渣场滤液重力流经粗格栅去除较大悬浮固体后，利用提升泵提升至细格栅井。在此阶段，遇到的问题包括粗格栅的堵塞、提升泵的运行不稳定等。为解决这些问题，可以定期清理粗格栅，并监控提升泵的运行状态，及时维修或更换发生故障的泵。混合污水压力流和火炬周期性排水经提升泵提升至细格栅井，加入聚合氯化铝（PAC）混凝后通过旋流沉砂池除砂。在此阶段，遇到的问题包括混凝效果不佳、旋流沉砂池的沉砂效果不好等。为解决这些问题，可以调整PAC的投加量，优化混凝条件，同时对旋流沉砂池进行定期的清理和维护。除砂后与公司石油炼化工段产生的渣油裂解（DCC）预处理后污水和部分浓盐水混合经配水井进入初沉池。在此阶段，遇到的问题包括混合不均匀、初沉池的沉淀效果不稳定等。为解决这些问题，可以优化混合设施的设计，确保污水和浓盐水的均匀混合，同时加强初沉池的维护和管理，定期排泥，保持沉淀效果。初沉池产水进入均质调节池进行水量调节和水质稳定后，再由提升泵提升至SBR池进行处理。在此阶段，遇到的问题包括SBR池的微生物活性不足、出水的污染物去除效果不稳定等。为解决这些问题，可以定期投加营养物质以增强微生物的活性，同时对SBR池的运行参数进行优化和控制，确保稳定的污染物去除效果。初沉池产水进入均质调节池，由提升泵提升至SBR池，设计水量为1000m3/h。SBR池出水进入监测池。经监测达标污水排人回用水站，不达标污水回流至均质调节池继续处理，直至达标。在此阶段，遇到的问题包括水质监测的不准确、回流量控制不当等。为解决这些问题，可以选用准确的水质监测仪器和方法，同时对回流量进行合理的控制和管理，确保处理过程的稳定和达标排放。（见图1）

2 结果与讨论

2.1 不同种类污水处理水量对SBR工艺处理结果的影响

由于调节池出水COD在400-500mg／L，氨氮在30-40mg/L，总磷在6-8mg/L，营养比例失衡，而富氢凝液中有机物浓度较高，可代替部分甲醇碳源，有效补充微生物碳源，满足活性污泥生存和繁殖的需求。在系统运行过程中需要严格控制富氢凝液的水量，当水量过大时，因为凝液中还含有一些有毒物质，会导致生化系统污泥中毒死亡。火炬凝液的处理量与出水指标变化情况见图2，可以看到处理量在320m3/d左右时，出水水质满足要求，进一步提高处理量为432m3/d时，出水的COD有所升高，水质不能达标。（见图2）

渣场滤液由于水量较小，主要通过少量勾兑处理，期间观察生物相，不断调整生物营养比例，通过向SBR反应池中加入甲醇、尿素和磷酸二氢钠，维持系统中C：N：P=100：5：1。同时增加排泥，确保微生物快速繁殖，过程中培养出对滤液处理效果更好的菌种。当污泥浓度控制在3-4mg/L，污泥的MLVSS/MLSS到0.6以上不断增加渣场滤液的处理量，利用生物处理工艺的自培养功能，提升生化系统的处理能力，具体滤液处理水量与SBR出水水质指标变化如图3所示，渣液中有毒有害物质可对生化系统产生不好的影响，对生化系统的絮体产生影响较大，容易造成絮体解絮，引起出水COD过高及污泥膨胀，对其出水指标带来影响。因此，处理这种高浓度废水需要缓慢投加，给系统一个缓冲过程。渣场滤液的处理量从30m3/d逐步增加到60m3/d时，产水COD略有上升，这一阶段活性污泥快速增加，系统可以容纳更大浓度的COD，COD作为微生物的碳源被消耗，与此同时水中的氨氮得以有效去除，在处理量达到90m3/d时，出水的COD和氨氮均达到合格标准。

浓盐水由于TDS极高，而未经驯化的污泥微生物对盐浓度的耐受程度较低，所以需要在调节池中进行稀释，其投加量不可短时间就加量急剧增加。浓盐水水量与出水指标变化情况如图4所示。当浓盐水从初始的处理水量的50m3/d缓慢增加到70m3/d时，SBR生化处理进水TDS逐步升高，从1000mg//L左右增加到2500mg/L左右，这段时间适应了该环境的微生物开始繁殖，活性污泥浓度开始增多。微生物会通过自身的渗透压调节机制来平衡细胞内的渗透压或保护细胞内的原生质，这些调节机制包括聚集低分子量物质来形成新的胞外保护层，调节自身的代谢途径，改变基因组成，实现系统对浓盐水的处理。随着浓盐水处理量进一步增加，SBR出水COD略有上升，同时出水浊度上升，这是由于盐溶液的增加对微生物产生毒害，使部分微生物死亡，SBR生化池污泥上浮，出现产水COD指标超标，出水浊度随着明显上升。随着耐盐微生物的进一步繁殖，SBR生化池浮泥减少，产水COD缓慢降至60mg／L以下，浓盐水处理量可以达到100m3/d。废水中高浓度的可溶性盐含量过高或离子较多不仅使废水处理更加复杂，还会严重破坏水环境的恢复能力。正常的活性污泥可以通过不断提高进水TDS，驯化提高其对高盐废水的适应能力，有效提高浓盐废水中的有机污染物的去除率，但是当水中的无机盐离子浓度升高到一定程度，超出微生物的耐盐范围时，则会破坏其正常的生存和代谢功能，从而抑制微生物繁殖，同时进水中COD也不断上升。导致生化处理系统的产水指标会开始超标。

2.2 活性污泥分析

SV%控制在20%到60%之间时，污泥絮凝、沉降性能较好，COD、BOD的去除率较为稳定。图5（a）为SBR反应池处理工业污水前后的污泥沉降比（SV），处理前的SV约为30%，处理后的SV约为50%。

胞外多聚物（EPS）是由微生物分泌的，附着在细胞表面的大分子黏性物质，可以抵御外来毒性物质的进攻，并在一定条件下可以相互黏附、并在饥饿环境下为细菌提供碳源和能量的有机物质。EPS主要包括多糖（PS）和蛋白质（PN），直接影响了活性污泥对于污染物的吸附能力。由图5（b）可以看到，系统运行稳定后的EPS约为47mg/g·VSS左右。由于在污水处理过程中会投加碳源甲醇，微生物可以生成较多的PS，含量在23mg/gVSS左右。PS/PN的值在1左右，污泥的活性较好。当比值过大时，由于PS的亲水性，使得污泥难以聚集絮凝，会降低了对水中污染物的去除效率。（见图5）

3 结论

SBR污水处理技术在实际应用中，往往会面临不同种类、不同浓度、不同水质的来水，这些复杂来水会对污水处理效果产生影响。通过对SBR污水处理技术应对复杂来水的运行进行研究，可以提高适应性，更好地满足实际应用需求。通过SBR工艺，陕西煤化工企业产生的火炬凝液、渣场滤液和浓盐水可以同时得到处理，三种水在调节池中调节水质后进入SBR反应池中，污水的COD、BOD5、氨氮、石油类污染物可以得到有效去除，出水符合公司出水标准，但是在实际运行过程中，需要严格控制工业污水的进水浓度，三种水的进水水量分别控制在15m3/d、90m3/d和100m3/d，增大水量则可能会使微生物中毒死亡，进而降低出水水质。SBR工艺产生污泥量小，实用性较强。

基金项目：陕西省重点研发计划项目（2022XY-176）