大型SBR工藝啟動特點及活性污泥培養馴化研究
生物處理工藝污水處理廠啟動運行，首先需要培養馴化。對于傳統工藝和小型污水處理工藝，由于工藝過程分段明顯，可較容易實現各單體設施獨立運轉或重點運轉，便于人工控制和重點工藝運行參數的調整，為活性污泥的培養馴化創造理想環境條件，達到快速培養馴化的目的。近年來SBR工藝在我國迅速興起，特別已經開始在大型城市污水處理廠應用。由于生物處理過程全部在一個池中進行，并在調整工藝參數時受自控水平較高的限制，個別參數的調整會影響整個自控系統的穩定，按傳統活性污泥工藝培養馴化可能會遇到困難，國內沒有成熟的經驗。本文僅以天津經濟技術開發區污水處理廠SBRDATLAT工藝啟動活性污泥培養馴化的工作體會以及工藝特點總結如下。
一 設計規范問題
天津TEDA污水處理廠處理開發區全部工業廢水和生活污水。服務面積2.2萬平方公里。服務人口20萬，服務工廠3800多個。污水處理廠占地6.7公頃。
（一）主要設計參數：
設計平均日流量 10萬噸
高峰回流量 10萬噸
進水CODcr 400mg/l
BOD5150mg/l
SS200mg/l
出水CODcr120mg/l
BOD530mg/l
SS30mg/l
污水生物處理法采用SBR法DAT-IAT工藝。經過處理的出水，經北排明渠排入渤海。
(二）工藝流程
主要工藝構筑物與設備
1.粗格柵兩臺（一用一備），柵間距15mm。
2.進水泵六臺（四用兩備），淹沒式潛水泵，水泵名牌額定流量0.29m3/S。
3.細格柵兩臺（一用一備），階梯格柵。
4.鐘式（Jones）沉砂池兩座（一用一備），池直徑6.5m。
5.巴氏計量槽一座，槽寬1.25m。經超聲波流量計計量流量后，由配水井將進水均勻分配進入SBR反應池。
6.SBR反應池。污水處理廠生物處理核心工藝，共6組SBR反應池，每組有效尺寸長×寬×深=80.0×32.0×4.3m3。每組地由DAT（需氧地）和IAT（間歇曝氣池）串連組成。
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
每組SBR池中安裝的主要設備有：
①回流污泥泵兩臺，流量Q=0.55—0.60m3/時，回流率400%。
②剩余活性污泥泵1臺，流量Q=100m3/時。
③膜片式可變孔微孔曝氣器3300個。
④虹吸式潷水器3臺。
7.高速享心鼓風機。共四臺（三用一備）。出風導向葉片調整供氣量。供風量8000—18000m3/時。
8.加氯機兩臺。加氯量5.6g/s，設計按夏季高溫季節三個月加氯，一般季節不加氯。
9.出水泵六臺（四用兩備），淹沒式潛水泵，出水排入薊運河入海口。
10.剩余污泥貯泥池兩座。交替使用，每池長×寬×高=50.0×50.0×4.3m3，每個池設潷水器一臺。
11.污泥脫水機三臺。轉鼓預脫水帶式壓濾一體化脫水機。
二 活性污泥培養馴化期間進水水質
天津開發區污水處理廠自3月1日啟動活性污泥培養馴化工作，最初兩個月進水水質匯總如下：
BOD5平均77.4mg/L(41.8—114mg/L)
CODcr平均220mg/L(107—298mg/L)
BOD與COD比值0.340(0.0170—0.486)
SS平均68.6mg/L(27.0—194mg/L)
總氮平均15.0mg/L(11.6—31.1mg/L)
磷酸鹽平均1.27mg/L(0.78—2.06mg/L)
氯化物平均1825mg/L(876—2975mg/L)
全鹽量3000—4000mg/L
從進水水質化驗分析數據，我們得出以下初步結論：
1.BOD/COD比值低。平均BOD/COD僅為0.340，屬于難生物降解城市污水水質。根據有關部門統計本地區工業廢水占80%左右，生活污水占比例極小，大量工廠排出一定量不可生化降解的有機物，給現在工藝條件生物降解帶來一定難度。
2.TEDA污水處理廠進水中氮、磷含量極低，平均值BOD5：總氮：磷酸鹽=100:19.4:1.64，也說明TEDA污水處理廠進水生活污水所占比例極小。①這種比例勉強維持生物處理對氮磷營養的需求。②在這種條件下，目前本廠出水氮、磷含量基本已符合新制定國家綜合排放標準。依據以上原因，我們沒有安排對出不氮磷含量的分析與監測。
3、TEDA污水處理廠進水中以BOD5、CODcr為代表的有機的含量較低。平均BOD5比設計低48.4%，平均CODcr比設計低44.9%。分析認為該污水采用生物處理：①活性污泥增殖較慢，培養馴化周期較長。有關資料認為當進水BOD＜70—80mg/L時已經不適宜采用活性污泥法。②有機物含量低，處理單位體積水量所消耗的能量比設計低，去除單位重量有機物所消耗的能量比設計高。③預計TEDA污水處理廠產生的污泥量比設計要少。④這種污水處理達到排放標準的工藝去除率可能較低。
4.TEDA污水處理廠進水中氯離子、全鹽量含量較高，微生物需要有一定適應時間和過程，增加了活性泥培養工作的難度，培養馴化周期可能較長。
三 活性污泥培養馴化的實施
天津TEDA污水處理廠自3月1日啟動實施活性污泥的培養馴化的工作，在1#、2#、3#SBR反應池進行。
按照采取的技術措施的不同，將整個過程分為三個階段。
第一階段：3月1日—3月16日。按照 開發區實際流量，實際進水水質培養活性污泥。主要考察運行系統的能力是否符合設計要求，設備實際運行狀況是否符合運行參數，以及工藝運行各個環節是否能夠相互匹配，同時摸索開發區進水水質的實際規律，分析在現有水質特點的情況下可能對培養活性污泥造成的不利影響及如何就此采取相應的技術措施。
第二階段：3月17日—4月28日。總結前一階段工作，針對開發區污水處理廠進水中有機物濃度偏低，微生物營養匱乏，導致活性污泥增殖緩慢的情況，從4月17日至4月21日連續6天平均每天投加5車（5噸裝載量）糞便永。活性污泥培養運行工藝不變。在進水泵井中投加糞便水，經進廠污水稀釋后，泵入沉砂池，隨后進入1#、2#、3#SBR反應池。
第三階段：投加菌種。經過觀察，投加糞便水后活性污泥量和污泥活性仍增長較慢，一時我們還很難弄清在SBRDAT-IAT工藝條件下，高鹽分低有機負荷活性污泥培養的規律，決定進一步投加菌種，加快污泥增長速度。選擇1#和3#反應地投入新菌種，2#池不投加。實驗目的有兩點：其一是集中使用菌種以期達到由量變到質變的活性污泥增長速度。其二是比較投加菌種之間的效果是否會產生一個飛躍，同時考察不投加菌種靠現有環境條件大致需要多長時間可將活性污泥培養成與投加菌種后相當的污泥量和污泥活性。
3月30日投加菌種。菌種來源于天津市紀莊子污水處理廠的厭氧脫水污泥餅，共計430袋，約有10250公斤。平均分配于1#和3#SBR中。經4月1日至7日的觀察分析，1#和3#池活性污泥量增加明顯。1周后2#反應池活性污泥量也接近1#和3#的水平，而且污泥活性還略高于1#和3#反應池。
特別強調的是：4月22日SBR工藝程序控制自動化系統投入使用。在此之前，工藝調度與操作，包括閥門的啟畢與調節，全部由人工操作，不僅勞動強度大，由于條件限制，基本是白天進水曝氣，夜間停止進水，停止曝氣，靜止沉淀后，排出上清液。程序控制和自控系統投入使用，基本按照實際全額流量進水培養，類似于滿載（連續操作式全流量）活性污泥培養。與正常運行之間的主要差異是培養期間不排泥。這種方法，初期出水水質很差，但是隨著污泥活性的增強和污泥量的增加，出水水質不斷得到改善。
四 活性污泥培養馴化的成熟過程
我們綜合生物鏡檢，活性污泥增殖和水南處理效果，以及工藝運轉狀況簡單總結整個活性污泥培養馴化過程。
活性污泥培養階段一節已經說明，3月1日—16日，活性污泥增殖非常緩慢。針對進水有機物含量低的進水水質特點，3月17日—21日，投加糞便水以提高進水BOD濃度，經監測與觀察，污泥活性和污泥濃度無顯著變化。技術研討中我們一致認為，在這一階段，自動控制與計算機程序系統不能投入運行，只能采用人工手動方式完成工藝運行的控制與操作。為保證職工安全，在本階段白天進水、曝氣；晚19：00左右停止進水，停止曝氣。這種運行方式，不論在有機物營養方面，還是供氧呼吸方面都不能為微生物提供穩定增長的環境。
針對原因與問題，我們加快工作步伐，采取兩項技術措施。①3月22日計算機程序系統自動控制系統投入運行，以后又經過幾次調整，該系統日趨完善，基本具備穩定運行條件。②引入外來菌種增加污泥數量。4月30日投加天津紀莊子污水處理廠厭氧消化后脫水泥餅。
實施上述兩項技術措施，極大加快了活性污泥培養馴化的步伐。大約1周以后三個反應地運轉狀態明顯好轉。
1.自4月初開始，出水水質改善。4月2日—7日，三個反應地出水混合水樣BOD5為9.1—22.3mg/L，CODcr為49—82mg/L；出水水質清澈透明，感觀極好。其中以2#池水質最好。
2.污泥量明顯增加。4月3日—4日，首先3#SBRDAT和IAT池污泥30分鐘沉降比（SV）由原來2%增加至7—8%。三、四天以后，2#SBR池也緊隨其后，“自然”增殖與3#池相當數值。4月8日—10日各池MLSS分別達到1500—2000mg/L左右。
3、污泥質量得到改善。伴隨污泥外觀由黑色逐漸轉變為土色，生物鏡檢結果：菌膠團密實，豆形蟲、滴蟲等游離生物逐漸減少，鐘蟲數量由少迅速增多，累枝蟲突然大量出現。各SBR生物相變化規律基本相同，但步伐并不一致。2#SBR池（沒投加厭氧污泥首先轉好，2—3天后，3#SBR池緊隨其后；大約1周后，1#池逐漸達到2#、3#池水平和狀態。
從以上三方面分析，我們認為本系統活性污泥基本培養馴化成熟，工藝基本達到穩定運行的條件。
4、工藝運行主要技術參數。在我們認為的工藝運行基本穩定期間：（4月1日—26日）
進水水量50000—60000m3/d，水溫15攝氏度左右。
進水 BOD5=77mg/L(42—114mg/l)
CODcr=220mg/L(107—298mg/L)
SS=69mg/L(27—194mgh)
出水BOD5=17mg/L(7—27mg/L)
CODcr=110mg/L(54—155mg/L)
SS=16mg/L(16—35mg/L)
去除率BOD5=76.3%(56—89%)
CODcr=53.8%（28—72%）
SS=67.8%(39—91%)
特別值得我們注意：不論是接種的1#和3#反應池，還是不接種的2#反應池，污泥指數一般都在50以下，尤其3#池最高SVI只有40ml/g。
5.故障與對策。4月13日—14日，發現出水中有肉眼可見白色絮狀飄浮物，基本不沉淀。
我們相應采取兩項對策：一是排除剩余污泥，排泥大約1500m3，污泥濃度MLSS為200mg/L左右；二是增加供氣量，鼓風機開啟度由25%調整至40%左右。兩天以后工藝運行狀態得到改善，出水水質清澈，懸浮物顯著減少。以后沒有再排泥，鼓風機持續在調整后狀態運行。
由污泥濃度低，污泥量嚴重不足，到開始排除剩余活性污泥，也證明了活性污泥基本培養馴化成熟。
五 初步體會
（一）大型SBR工藝啟動和活性污泥培養方法。
活性污泥培養馴化的方法有多種：
1.間歇投水培養。
2.階段培養。
3.滿載培養。
4.接種培養。
對于普通活性污泥法可以采用任一種方法均可達到活性污泥培養成熟，工藝穩定運行的目的。
大型SBR工藝有其獨特的特點：①運行程序化。②工作水位潷水水位受到設備的嚴格限制。比如本廠SBR反應池最高液位水深4.3m左右；最低工作池為水深3.8m左右，潷水液位僅0.5m左右。③人工操作控制非常繁雜，可以認為無法進行手動人工操作。
由于這些原因，特別是進水BOD濃度較低的城市污水，SBR工藝不宜采用間歇投水方法和階段培養方法。
適當的方法是：
1.在活性污泥培養馴化之前，首先完善SBR工藝程序系統和自動化系統并投入使用。
2.大型SBR工藝，活性污泥培養馴化適宜采用滿載（連續操作式全流量）培養方法，即按照實際全額流量進水培養。
3.為加快活性污泥培養，可采用二項技術強化措施。一是增加進水BOD濃度，如投加糞便水使活性污泥盡快增殖。二是控制曝氣量和曝氣時間，既不同的進展階段隨著活性污泥量增加和污泥活性的增強，調整曝氣強度，在防止供養不足的同時，更要注意污泥過氧化。
（二）SBR工藝活性污泥的特點
與普通活性污泥法相比，SBR工藝的主要特點是一沉池、曝氣池、二沉地集于一體。工藝的特點決定了活性污泥的特點。
1.由于不設一沉池，SBR工藝活性污泥中揮發性懸浮固體（MLVSS）占比例低。TEDA污水處理廠一般MLVSS/MLSS在50%左右。
2.由于MLVSS占比例少，SBR反應池活性污泥指數（SVI30）較低。TEDA污水處理廠SVI30一般在50—70%左右。
（三）SBR工藝曝氣特點
1.在普通活性污泥法中曝氣系統的曝氣強度主要取決于向微生物供氧，當滿足微生物需求時，一般即可滿足了污泥混合攪拌的強度和要求，但是在SBR反應池中略有差別。在TEDA污水處理廠當曝氣量減少到某一強度，沿曝氣池水深方向溶解氧濃度顯著差別的現象，說明了曝氣強度小產生污泥分層現象。
2.同時由于SBR反應池工作水深隨工藝周期交替變化，低水位和高水位運行時，空氣管道工作壓力顯然變化。在這種變化過程中曝氣，應設定自動調整系統，隨著工作水深變化調節曝氣閥門，即空氣管路壓力，以相對恒定SBR反應 池中曝氣強度。
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