SBR法DAT-IAT技術在大型城市污水處理廠的應用

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簡介： 早在1914年，英國Alden與Lockett等人發(fā)明的活性污泥法即系間歇運行處理污水。但由于曝氣器和自控設備的問題，運行管理極不方便，后來改為連續(xù)流活性污泥法工藝。80年代前后，由于自動化、計算機等高新技術的迅速發(fā)展以及在污水處理領域的普及與應用（電動閥、氣動閥、溶解氧傳感器、水位傳感器等），此項技術獲得重大進展。使得間歇活性污泥法的運行管理也逐漸實現(xiàn)了自動化。
關鍵字：SBR DAT-IAT技術 大型城市污水處理廠

一 SBR工藝發(fā)展簡況
　　 SBR（sequencing Batch-Flow Reactor Activated Sludge Process)是間歇式活性污泥法英文縮寫的簡稱。

　　 1.國外簡況

　　 早在1914年，英國Alden與Lockett等人發(fā)明的活性污泥法即系間歇運行處理污水。但由于曝氣器和自控設備的問題，運行管理極不方便，后來改為連續(xù)流活性污泥法工藝。80年代前后，由于自動化、計算機等高新技術的迅速發(fā)展以及在污水處理領域的普及與應用（電動閥、氣動閥、溶解氧傳感器、水位傳感器等），此項技術獲得重大進展。使得間歇活性污泥法的運行管理也逐漸實現(xiàn)了自動化。1979年，美國R.L.Irvine等人根據試驗結果首先提出SBR工藝，系間歇進水，間歇排水。同年Goronsay在以往工藝基礎上提出了間歇式循環(huán)延時曝氣系統(tǒng)。1984年又研究出利用不同負荷條件下微生物的生長速率和污水生物除磷脫氮工藝。DAT-IAT是SBR工藝中，繼ICEAS、CASS、IDEA法之后完善發(fā)展的又一種新方法。

　　 澳大利亞以SBR工藝所著稱。近十幾年來，建成SBR工藝污水處理廠600余座，其中在中型和大型污水處理廠的應用也日益增多，并且開始興建日處理量21萬噸大型SBR工藝污水處理廠。由于處理工藝流程簡單，處理效果好的獨特優(yōu)點，逐漸引起世界污水處理界的廣泛關注。

　　 2.國內簡況：

　　 我國自九十年代中期開始，國家建設部屬市政設計研究院和上海、北京、天津等市政設計研究院，開始了SBR工藝技術的研究和應用，但大部分處于試驗研究和小型污水處理廠的應用階段。目前，只有幾座城市污水處理廠采用SBR法工藝處理城市混合污水，其處理效果較好，如：昆明市日處理污水量15萬噸的第三污水處理廠，其工藝為SBR法ICEAS技術，自投產以來，運行正常，出水水質穩(wěn)定，達到了設計標準。

　　 天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠所采用的DAT-IAT工藝是一種SBR法的變形工藝和中國目前最大的SBR法城市污水處理廠。該工藝為方案的確定是根據天津市政工程設計研究院和開發(fā)區(qū)、以及國內有關污水處理專家共同完成的，經過對國內外污水廠的考察并充分論證，認為SBR法DAT-IAT工藝能夠克服天津開發(fā)區(qū)工業(yè)廢水比重大、水質水量變化幅度大的水質特征，其處理后的水質能夠滿足國家的排放標準。

二 天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠概況

　　 1.污水處理廠簡況

　　 天津市經濟技術開發(fā)區(qū)（TEDA）是1984年12月6日經國務院批準建立的14個沿海城市開發(fā)區(qū)之一，經過十幾年的開發(fā)建設，現(xiàn)在已初步成為規(guī)模，已經形成了天津市新的經濟增長點。

　　 天津開發(fā)區(qū)污水處理廠位于開發(fā)區(qū)南海路與第十四大街交口處。設計污水處理量100,000m3/天，服務人口20萬，服務工廠3,800多個，服務面積22km2。污水廠占地6.71公頃，總投資1.5億元人民幣，其中利用挪威政府貸款450萬美元。

　　 2.污水處理廠設計參數

高峰季節(jié)流量（PWWF）100,000m3/d 進水COD400mg/LBOD150mg/LSS200mg/L

　　按90%保證率進行污水處理工藝設計。

出水COD≤120mg/L BOD≤20mg/LSS≤30mg/L

三 運行原理

　　 1.普通SBR反應池的特點
　　 SBR工藝是普通活性污泥的法的改良。它的反應機制以及有機物的去除機理與連續(xù)流活性污泥法（CFS）基本相同。但運行操作很不相同。SBR工藝操作是由進水（Fill）反應（React）沉淀（Sattle）出水（Draw）和閑置（ldle）等五個過程組成。從污水流入開始到閑置時間結束算做一個周期。在一個周期內所有上述教程都在一個設有曝氣系統(tǒng)或攪拌裝置的反應池內依次進行，這種操作周期周而復始反復進行達到不斷進行污水處理和生化降解的目的。在這里不需要連續(xù)流活性污泥法中必須設置的沉淀池、回流污泥泵房等設施。

　　 CFS工藝是設置一系列不同的裝置和構筑物進行連續(xù)的固定的操作，而SBR工藝在單個構筑物中不同時間為不同目的進行間歇操作。

　　 2.天津開發(fā)區(qū)污水處理廠SBR法DAT-IAT工藝的特點

　　 DAT-IAT工藝主體構筑物是由兩個串聯(lián)的反應池組成，即需氧池（Demand Aeration Tank）和間歇曝氣池（Intermittent Aeration Tank），一般情況下DAT池連續(xù)進水連續(xù)曝氣，其出水進入IAT池，在IAT地完成曝氣、沉淀、潷水和排除剩余活性污泥。

　　 基本操作運行程序如下：

　　 （1）進水

　　 污水連續(xù)進入DAT池經連續(xù)曝氣后，通過DAT池與IAT池之間導流設施進入IAT池。DAT不直接排放處理水，因此不像連續(xù)進連續(xù)出水的活性污泥法容易受負荷變化的影響。

　　 （2）反應

　　 反應工藝分兩部分進行。首先發(fā)在DAT池。該池在連續(xù)進水的同時連續(xù)曝氣。去除有機物的機理和操作與連續(xù)流活性污泥法相同。

　　 反應工序的第二部分發(fā)生在IAT池，經DAT池初步生物處理的污水連續(xù)進入IAT。按工藝設置進行一定時間的曝氣以達到好氧的目的。

　　 （3）沉淀

　　 沉淀工序僅發(fā)生在IAT池。當IAT池停止曝氣以后，活性污泥絮體開始重力沉淀和泥水分離。IAT池的沉淀工序相當于連續(xù)流活性污泥法中的二次沉淀池功能。

　　 （4）排水

　　 排水工序只發(fā)生在IAT池。池池水位達到最高水位，并經過沉淀工藝以后，上清液由設置在IAT地末端的潷水器緩慢排出地外。當池水位達到處理周期開始時的最低水位時，停止?jié)?

　　 （5）閑置

　　 在IAT地沉淀后到下個周期開始期間可視污水的性質設置一閑置期，在該時段內可根據需要進行攪拌或曝氣。在厭氧條件下攪拌比好氧條件下的曝氣要省能量，同時對保持污泥的活性也是有利的。在以脫磷為目的的裝置中，剩余污泥的排放一般是在閑置工序之初和沉淀工序的最后進行。

　　 3.工藝特點

　　 （1）運行穩(wěn)定，處理效率高，出水質量好。

　　 （2）處理構筑物少，處理流程簡化。

　　 （3）建設費用少，自動化程度高，操作運行簡單，調度靈活。

　　 （4）節(jié)省占地面積。

　　 （5）可達到脫磷脫氮的目的。

四 工藝流程和主要處理構筑物

（一）工藝流程如下：

進水→粗格柵→進水泵→細格柵→旋流除砂池→巴氏計量槽→DAT/IAT

↓加氯 　　　　　　↓SBR反應池

→出水泵→排放出水→貯泥池→污泥脫水機→泥餅外運

　　 （二）主要工藝構筑物

　　 1.進水閘井和粗格柵

　　 進水閘井分為兩格，每格設Ф1000mm鑄鐵閘門，兩個閘井即可以全開通水，也可以分別斷水互為備用。閘井內設置兩個格柵除污機（粗格柵），每個格珊寬度1300mm，柵條間距15mm。格柵除污機的開停由現(xiàn)場PLC根據柵前后水位差自動控制。與格柵除污機相配套，安裝有螺旋輸送壓榨機，柵渣經壓榨脫水后運出廠外處置。

　　 2.進水泵

　　 泵井內裝有六臺潛水泵（四用一備），水泵流量0.29m3/s，揚程9.0m，電機功率37KW。水泵全自動工作，PLC系統(tǒng)根據水位變化控制水泵開停，并使水泵按交替方式運行。

　　 3.細格柵

　　 兩臺階梯格柵（一用一備），也可以同時工作。每個沉砂池直徑5.48m，流量4200m3/h。每臺砂泵流量63m3/h，揚程6.0m；砂水分離器流量20L/s，處理能力1.05m3/h。

　　 5.配水計量槽

　　 計量槽與沉砂地合建，設計流量為1.16m3/h，喉寬1.25m，計量槽內安裝一臺超聲波流量計，渠道內設PH計及溫度計，信號輸入PLC，對污水進行連續(xù)監(jiān)測。另外為保證SBR池配水均勻，設計出水井采用外淹沒堰。

　　 6.SBR反應地（DAT-IAT曝氣系統(tǒng)）

　　 全長共設六座DAT-IAT池，每座DAT-IAT系統(tǒng)由一個連續(xù)曝氣地（DAT）和一個間歇曝氣池（IAT）串聯(lián)組成。每個系統(tǒng)工藝尺寸為80.0×32.0×4.3m（有效水深）。

　　 主要設計參數：污泥負荷0.045KgBOD/KgMLSS·d，水力停留時間14.85h，混合液濃度MLSS=5000mg/L；污泥指數SVI=150ml/g，污泥泥齡SRT=25d，IAT池運行周期T=3h（其中1小時曝氣，1小時沉淀，個小時潷水）。

　　 每個IAT池設2臺潛水式活性污泥泵。每臺泵流量0.55—0.60m3/s，揚程2m，回流污泥泵由PLC自動控制，當曝氣和沉淀階段回流泵開動，潷水階段回流停止。

　　 每個IAT池設3臺虹吸式潷水器，每臺潷水器700m3/h.

　　 每個DAT空氣總管上設有電動蝶閥，可根據每個DAT池內設置的溶解氧儀的測定值自動控制電動蝶閥，調節(jié)曝氣量。

　　 每個IAT池空氣總管上設有電動蝶閥，可根據運轉周期定時啟動或關閉曝器系統(tǒng)，使該池處于不同的工作周期，也可以根據溶解氧儀的測定值調節(jié)曝氣量。

　　 7.鼓風機房

　　 四臺單級高速離心鼓風機（三用一備），流量連續(xù)調節(jié)范圍45—100%，進氣流量8100—18000m3/h。

　　 8.加氯間

　　 按季節(jié)性加氯設計，投氯量按8mg/L計，加氯機2臺，單臺加氯量5.6g/s。

　　 9.出水泵

　　 六臺潛水泵（四用二備）由現(xiàn)場PLC控制，根據水位控制水泵的開停，也可按交替方式運行。

　　 出水近期排入北排明渠，遠期部分回用，部分排入雨水管道。

　　 10.貯泥地

　　 SBR反應地產生的剩余污泥2080m3/d，含水率99.45%，由設在反應地中的潛水泵以間歇方式排出，SBR工藝中的剩余污泥基本穩(wěn)定。為了對污泥進行初步濃縮減少污泥體積，設貯泥池二座。單池尺寸25×20×4.3m3（有效水深），每地設置一臺潷水器，以潷除上清液。最大潷水深度2.5m，排泥含水率可達99%。

　　 池底安裝震動式曝氣器。池內設兩臺潛污泵將污泥直接泵入脫水機房。

　　 11.脫水機房

　　 設置3臺套轉鼓預脫水帶式壓濾一體式污泥脫水機，使用聚丙烯酸胺為污泥脫水劑。

五 主要設備簡介　　

　　 天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠是利用挪威政府貸款，實施開發(fā)區(qū)城市基礎設施建設的項目。1997年12月與挪威GoodTech集團公司簽訂商務技術合同，引進SBR工藝整體技術和關鍵設備。引進的主要設備及其特點如下：

　　 1.虹吸式潷水器

　　 主要特征：

　　 （1）無活動部件，堅固耐用，靠空氣電磁闊控制其工作狀態(tài)，維護極其簡單。

　　 （2）成本低，運轉費用少。

　　 （3）運轉可靠，效果好。

　　 該項技術為澳大利亞專利技術，中國首次引進使用。

　　 2.轉鼓預濃縮與帶式壓濾一體化脫水機（德國ROEDIGER公司）

　　 該項技術為德國專利技術，其主要特點：

　　 （1）可直接處理含水率為99.5%活性污泥，省略污泥重力濃縮池。脫水泥餅含水率與帶式壓濾機相同。

　　 （2）污泥脫水產生的上清液，可用于脫水機自身濾布清洗，節(jié)省大量的自來水。

　　 （3）處理能力大（360kgDS/h），效果好。

　　 其它主要引進設備還有：

　　 3.高速離心鼓風機，（丹麥HV-TURBO公司）郵風口導向葉片自動調整供風流量，具有效率高，運行穩(wěn)定特點。

　　 4.階梯式細格柵與螺旋傳送壓榨一體式輸送機（挪威AMI公司），運行穩(wěn)定，處理效果好，對土建施工要求較低，便于整體安裝等特點，適合在我國推廣應用。

　　 5.污水、污泥泵均引進德國KSB公司的潛水泵。

　　 6.在線儀器控制系統(tǒng)的電器設備為德國西門子公司的產品。

　　 7.微孔曝氣器為芬蘭NOPONOY公司的膜式曝氣器。

　　 綜上所述：天津經濟技術開發(fā)區(qū)污水處理廠于1998年7月16日動工興建，將于2000年1月1日通水，工期18個月。該廠由天津市政工程設計研究院負責設計，鐵道部第十八工程局負責施工。

　　 污水處理廠的建成，對減少開發(fā)區(qū)污染物排放總量，減輕對北塘排污口和渤海灣水域污染的壓力，更好地執(zhí)行天津市及開發(fā)區(qū)環(huán)境保護規(guī)劃和天津市綠色工程計劃，對改善開發(fā)區(qū)的投資環(huán)境，加快對外開放和招商引資的速度以及經濟建設的可持續(xù)發(fā)展，都具有重大的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。