SBR法DAT-IAT技术在大型城市污水处理厂的应用

天津经济技术开发区污水处理厂
王士平 张 旭 冯大成

一　SBR工艺发展简况

　　SBR(Sequencing Batch-Flow Reactor Activated Sludge Process)是间歇式活性污泥法英文缩写的简称。
　　1.国外简况
　　早在1914年，英国Alden与Lockett等人发明的活性污泥法即系间歇运行处理污水。但由于曝气器和自控设备的问题，运行管理极不方便，后来改为连续流活性污泥法工艺。80年代前后，由于自动化、计算机等高新技术的迅速发展以及在污水处理领域的普及与应用(电动阀、气动阀、溶解氧传感器、水位传感器等)，此项技术获得重大进展。使得间歇活性污泥法的运行管理也逐渐实现了自动化。1979年，美国R.L.Irvine等人根据试验结果首先提出SBR工艺，系间歇进水，间歇排水。同年Goronsay在以往工艺基础上提出了间歇式循环延时曝气系统。1984年又研究出利用不同负荷条件下微生物的生长速率和污水生物除磷脱氮工艺。DAT-IAT是SBR工艺中，继ICEAS、CASS、IDEA法之后完善发展的又一种新方法。
　　澳大利亚以SBR工艺所著称。近十几年来，建成SBR工艺污水处理厂600余座，其中在中型和大型污水处理厂的应用也日益增多，并且开始兴建日处理量21万吨大型SBR工艺污水处理厂。由于处理工艺流程简单，处理效果好的独特优点，逐渐引起世界污水处理界的广泛关注。
　　2.国内简况：
　　我国自九十年代中期开始，国家建设部属市政设计研究院和上海、北京、天津等市政设计研究院，开始了SBR工艺技术的研究和应用，但大部分处于试验研究和小型污水处理厂的应用阶段。目前，只有几座城市污水处理厂采用SBR法工艺处理城市混合污水，其处理效果较好，如：昆明市日处理污水量15万吨的第三污水处理厂，其工艺为SBR法ICEAS技术，自投产以来，运行正常，出水水质稳定，达到了设计标准。
　　天津经济技术开发区污水处理厂所采用的DAT-IAT工艺是一种SBR法的变形工艺和中国目前最大的SBR法城市污水处理厂。该工艺方案的确定是根据天津市政工程设计研究院和开发区、以及国内有关污水处理专家共同完成的，经过对国内外污水厂的考察并充分论证，认为SBR法DAT-IAT工艺能够克服天津开发区工业废水比重大、水质水量变化幅度大的水质特征，其处理后的水质能够满足国家的排放标准。

　　二　天津经济技术开发区污水处理厂概况

　　1.污水处理厂简况
　　天津市经济技术开发区(TEDA)是1984年12月6日经国务院批准建立的14个沿海城市开发区之一，经过十几年的开发建设，现在已初步成为规模，已经形成了天津市新的经济增长点。
　　天津开发区污水处理厂位于开发区南海路与第十四大街交口处。设计污水处理量100，000m3/天，服务人口20万，服务工厂3，800多个，服务面积22km2。污水厂占地6.71公顷，总投资1.5亿元人民币，其中利用挪威政府贷款450万美元。
　　2.污水处理厂设计参数
　　高峰季节流量(PWWF)100，000m3/d
　　进水　COD　　　　　400mg/L
　　　　　BOD　　　　　150mg/L
　　　　　SS　　　　　　200mg/L
　　按90%保证率进行污水处理工艺设计。
　　出水　　COD　　　　≤120mg/L
　　　　　　BOD　　　　≤20mg/L
　　　　　　SS　　　　≤30mg/L

　　三　　运行原理

　　1.普通SBR反应池的特点
　　SBR工艺是普通活性污泥法的改良。它的反应机制以及有机物的去除机理与连续流活性污泥法(CFS)基本相同。但运行操作很不相同。SBR工艺操作是由进水(Fill)反应(React)沉淀(Settle)出水(Draw)和闲置(ldle)等五个过程组成。从污水流入开始到闲置时间结束算做一个周期。在一个周期内所有上述过程都在一个设有曝气系统或搅拌装置的反应池内依次进行，这种操作周期周而复始反复进行达到不断进行污水处理和生化降解的目的。在这里不需要连续流活性污泥法中必须设置的沉淀池、回流污泥泵房等设施。
　　CFS工艺是设置一系列不同的装置和构筑物进行连续的固定的操作，而SBR工艺在单个构筑物中在不同时间为不同目的进行间歇操作。
　　2.天津开发区污水处理厂SBR法DAT—IAT工艺的特点
　　DAT—IAT工艺主体构筑物是由两个串联的反应池组成，即需氧池(Demand Aeration Tank)和间歇曝气池(Intermittent Aeration Tank)，一般情况下DAT池连续进水连续曝气，其出水进入IAT池，在IAT地完成曝气、沉淀、滗水和排除剩余活性污泥。
　　基本操作运行程序如下：
　　(1)进水
　　污水连续进入DAT池经连续曝气后，通过DAT池与IAT池之间导流设施进入IAT池。DAT不直接排放处理水。因此不像连续进水连续出水的活性污泥法容易受负荷变化的影响。
　　(2)反应
　　反应工艺分两部分进行。首先发在DAT池。该池在连续进水的同时连续曝气。去除有机物的机理和操作与连续流活性污泥法相同。
　　反应工序的第二部分发生在IAT池，经DAT池初步生物处理的污水连续进入IAT。按工艺设置进行一定时间的曝气以达到好氧的目的。
　　(3)沉淀
　　沉淀工序仅发生在IAT池。当IAT池停止曝气以后，活性污泥絮体开始重力沉淀和泥水分离。IAT池的沉淀工序相当于连续流活性污泥法中的二次沉淀池功能。
　　(4)排水
　　排水工序只发生在IAT池。当池水位达到最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液由设置在IAT地末端的滗水器缓慢排出地外。当池水位达到处理周期开始时的最低水位时，停止滗水。
　　(5)闲置
　　在IAT地沉淀后到下个周期开始期间可视污水的性质设置一闲置期，在该时段内可根据需要进行搅拌或曝气。在厌氧条件下搅拌比好氧条件下的曝气要省能量，同时对保持污泥的活性也是有利的。在以脱磷为目的的装置中，剩余污泥的排放一般是在闲置工序之初和沉淀工序的最后进行。
　　3.工艺特点
　　(1)运行稳定，处理效率高，出水质量好。
　　(2)处理构筑物少，处理流程简化。
　　(3)建设费用少，自动化程度高，操作运行简单，调度灵活。
　　(4)节省占地面积。
　　(5)可达到脱磷脱氮的目的。

　　四　工艺流程和主要处理构筑物

　　(一)工艺流程如下：

　　(二)主要工艺构筑物
　　1.进水闸井和粗格栅
　　进水闸井分为两格，每格设1000mm铸铁闸门，两个闸井即可以全开通水，也可以分别断水互为备用。闸井内设置两个格栅除污机(粗格栅)，每个格栅宽度1300mm，栅条间距15mm。格栅除污机的开停由现场PLC根据栅前后水位差自动控制。与格栅除污机相配套，安装有螺旋输送压榨机，栅渣经压榨脱水后运出厂外处置。
　　2.进水泵
　　泵井内装有六台潜水泵(四用一备)，水泵流量0.29m3/s，扬程9.0m，电机功率37KW。水泵全自动工作，PLC系统根据水位变化控制水泵开停，并使水泵按交替方式运行。
　　3.细格栅
　　两台阶梯格栅(一用一备)，每台格栅宽度1，565mm，栅间距6mm。细格栅的开停由现场PLC根据格栅前后水位差自动控制。栅渣经螺旋压榨输送机脱水后运出厂外处置。
　　4.Jones沉砂池
　　两座沉砂池(一用一备)，也可以同时工作。每个沉砂池直径5.48m，流量4200m3/h。每台砂泵流量63m3/h，扬程6.0m；砂水分离器流量20L/s，处理能力1.05m3/h。
　　5.配水计量槽
　　计量槽与沉砂地合建，设计流量为1.16m3/h，喉宽1.25m，计量槽内安装一台超声波流量计，渠道内设PH计及温度计，信号输入PLC，对污水进行连续监测。另外为保证SBR池配水均匀，设计出水井采用外淹没堰。
　　6.SBR反应地(DAT-IAT曝气系统)
　　全长共设六座DAT-IAT池，每座DAT-IAT系统由一个连续曝气地(DAT)和一个间歇曝气池(IAT)串联组成。每个系统工艺尺寸为80.0×32.0×4.3m(有效水深)。
　　主要设计参数：污泥负荷0.045KgBOD/KgMLSS·d，水力停留时间14.85h，混合液浓度MLSS=5000mg/L；污泥指数SVI=150ml/g，污泥泥龄SRT=25d,IAT池运行周期T=3h(其中1小时曝气，1小时沉淀，个小时滗水)。
　　每个IAT池设2台潜水式活性污泥泵。每台泵流量0.55～0.60m3/s，扬程2m，回流污泥泵由PLC自动控制，当曝气和沉淀阶段回流泵开动，滗水阶段回流停止。
　　每个IAT池设3台虹吸式滗水器，每台滗水器700m3/h。
　　每个DAT空气总管上设有电动蝶阀，可根据每个DAT池内设置的溶解氧仪的测定值自动控制电动蝶阀，调节曝气量。
　　每个IAT池空气总管上设有电动蝶阀，可根据运转周期定时启动或关闭曝器系统，使该池处于不同的工作周期，也可以根据溶解氧仪的测定值调节曝气量。
　　7.鼓风机房
　　四台单级高速离心鼓风机(三用一备)，流量连续调节范围45～100%，进气流量8100～18000m3/h。
　　8.加氯间
　　按季节性加氯设计，投氯量按8mg/L计，加氯机2台，单台加氯量5.6g/s。
　　9.出水泵
　　六台潜水泵(四用二备)，由现场PLC控制，根据水位控制水泵的开停，也可按交替方式运行。
　　出水近期排入北排明渠，远期部分回用，部分排入雨水管道。
　　10.贮泥地
　　SBR反应地产生的剩余污泥2080m3/d，含水率99.45%，由设在反应地中的潜水泵以间歇方式排出，SBR工艺中的剩余污泥基本稳定。为了对污泥进行初步浓缩减少污泥体积，设贮泥池二座。单池尺寸25×20×4.3m3(有效水深)，每地设置一台滗水器，以滗除上清液。最大滗水深度2.5m，排泥含水率可达99‰。
　　池底安装震动式曝气器。池内设两台潜污泵将污泥直接泵人脱水机房。
　　11.脱水机房
　　设置3台套转鼓预脱水带式压滤一体式污泥脱水机，使用聚丙烯酸胺为污泥脱水剂。

　　五　主要设备简介

　　天津经济技术开发区污水处理厂是利用挪威政府贷款，实施开发区城市基础设施建设的项目。1997年12月与挪威GoodTech集团公司签订商务技术合同，引进SBR工艺整体技术和关键设备。引进的主要设备及其特点如下：
　　1.虹吸式滗水器
　　主要特征：
　　(1)无活动部件，坚固耐用，靠空气电磁阔控制其工作状态，维护极其简单。
　　(2)成本低，运转费用少。
　　(3)运转可靠，效果好。
　　该项技术为澳大利亚专利技术，中国首次引进使用。
　　2.转鼓预浓缩与带式压滤一体化脱水机(德国ROEDIGER公司)该项技术为德国专利技术，其主要特点：
　　(1)可直接处理含水率为99.5%活性污泥，省略污泥重力浓缩池。脱水泥饼含水率与带式压滤机相同。
　　(2)污泥脱水产生的上清液，可用于脱水机自身滤布清洗，节省大量的自来水。
　　(3)处理能力大(360kgDS/h)，效果好。
　　其它主要引进设备还有：
　　3.高速离心鼓风机，(丹麦HV-TURBO公司)出风口导向叶片自动调整供风流量，具有效率高，运行稳定特点。
　　4.阶梯式细格栅与螺旋传送压榨一体式输送机(挪威AMI公司)，运行稳定，处理效果好，对土建施工要求较低，便于整体安装等特点，适合在我国推广应用。
　　.污水、污泥泵均引进德国KSB公司的潜水泵。
　　6.在线仪器控制系统的电器设备为德国西门子公司的产品。
　　7.微孔曝气器为芬兰NOPONOY公司的膜式曝气器。
　　综上所述：天津经济技术开发区污水处理厂引进的关键设备目前均具有国际九十年代中期水平。
　　天津市经济技术开发区污水处理厂于1998年7月16日动工兴建，将于2000年1月1日通水，工期18个月。该厂由天津市政工程设计研究院负责设计，铁道部第十八工程局负责施工。
　　污水处理厂的建成，对减少开发区污染物排放总量，减轻对北塘排污口和渤海湾水域污染的压力，更好地执行天津市及开发区环境保护规划和天津市绿色工程计划，对改善开发区的投资环境，加快对外开放和招商引资的速度以及经济建设的可持续发展，都具有重大的现实意义和深远的历史意义。