大型SBR工艺启动特点及活性污泥培养驯化

李健 陈双星 石凤林 李会元
（天津经济技术开发区污水处理厂）

　　生物处理工艺污水处理厂启动运行，首先需要培养驯化。对于传统工艺和小型污水处理工艺，由于工艺过程分段明显，可较容易实现各单体设施独立运转或重点运转，便于人工控制和重点工艺运行参数的调整，为活性污泥的培养驯化创造理想环境条件，达到快速培养驯化的目的。近年来SBR工艺在我国迅速兴起，特别已经开始在大型城市污水处理厂应用。由于生物处理过程全部在一个池中进行，SBR池基本属于完全混合型流态，池内基质浓度较低，并在调整工艺参数时受自控水平较高的限制，个别参数的调整会影响整个自控系统的稳定，按传统活性污泥工艺培养驯化可能会遇到困难，国内没有成熟的经验。本文仅以天津经济技术开发区污水处理厂SBR DAT-IAT工艺启动活性污泥培养驯化的工作体会以及工艺特点总结如下。

1 天津经济技术开发区污水处理厂简况

　　天津TEDA污水处理厂处理开发区全部工业废水和生活污水。服务面积22平方公里。服务人口20万，服务工厂3800多个。污水处理厂占地6.7公顷。
1.1主要设计参数：
　　设计平均日流量 10万吨
　　高 峰 日 流 量 10万吨
　　进水　COD_Cr 400mg/l
　　　　　BOD₅ 150mg/l
　　　　　SS 200mg/l
　　出水　COD_Cr 120mg/l
　　　　　BOD₅ 30mg/l
　　　　　SS 30mg/l
　　污水生物处理法采用SBR法DAT-IAT工艺。经过处理的出水，经北排明渠排入渤海。
1.2工艺流程

　　

　　主要工艺构筑物与设备
　　1．粗格栅两台（一用一备），栅间距15mm。
　　2．进水泵六台（四用两备），淹没式潜水泵，水泵名牌额定流量0.29m3/s。
　　3．细格栅两台（一用一备），阶梯格栅。
　　4．钟式（Jones）沉砂池两座（一用一备），池直径6.5m。
　　5．巴氏计量槽一座，槽宽1.25m。经超声波流量计计量流量后，由配水井将进水均匀分配进入SBR反应池。
　　6．SBR反应池。污水处理厂生物处理核心工艺，共6组SBR反应池，每组有效尺寸长×宽×深=80.0×32.0×4.3m3。每组池由DAT（需氧池）和IAT（间歇曝气池）串连组成。
　　每组SBR池中安装的主要设备有：
　　① 回流污泥泵两台，流量Q=1400m3/时，回流率400%。
　　② 剩余活性污泥泵1台，流量Q=100m3/时。
　　③ 膜片式可变孔微孔曝气器3300个。
　　④ 虹吸式滗水器3台。
　　7．高速离心鼓风机。共四台（三用一备）。出风导向叶片调整供气量。供风量8000～18000m3/时。
　　8．加氯机两台。加氯量5.6g/s，设计按夏季高温季节三个月加氯，一般季节不加氯。
　　9．出水泵站六台（四用两备），淹没式潜水泵，出水排入蓟运河入海口。
　　10．剩余污泥贮泥池两座。交替使用，每池长×宽×高=50.0×50.0×4.3m3，每个池设滗水器一台。
　　11．污泥脱水机三台。转鼓预脱水带式压滤一体化脱水机，带宽1.1米。

2.活性污泥培养驯化期间进水水质。

　　天津开发区污水处理厂自3月1日启动活性污泥培养驯化工作，最初两个月进水水质汇总如下：
　　BOD₅平均77.4mg/L（41.8～114mg/L）
　　COD_Cr平均220mg/L（107～298mg/L）
　　BOD与COD比值0.340（0.170～0.486）
　　SS平均68.6mg/L（27.0～194mg/L）
　　总氮平均15.0mg/L（11.6～31.1mg/L）
　　磷酸盐平均1.27mg/L（0.78～2.06mg/L）
　　氯化物平均1825mg/L（876～2975mg/L）
　　全盐量3000～4000mg/L
　　从进水水质化验分析数据，我们得出以下初步结论：
　　1．BOD/COD比值低。平均BOD/COD仅为0.340，属于难生物降解城市污水水质。据有关部门统计本地区工业废水占80%左右，生活污水占比例极小，大量工厂排出一定量不可生化降解的有机物，给现有工艺条件生物降解带来一定难度。
　　2．TEDA污水处理厂进水中氮、磷含量较低，说明TEDA污水处理厂进水生活污水所占比例极小。目前本厂出水氮、磷含量基本已符合新制定的国家综合排放标准。依据以上原因，我们没有安排对出水氮磷含量的分析与监测。
　　3．TEDA污水处理厂进水中以BOD₅、COD_Cr为代表的有机物含量较低。平均BOD₅比设计低48.4%，平均COD_Cr比设计低44.9%。分析认为该污水采用生物处理：①活性污泥增殖较慢，培养驯化周期较长。②有机物含量低，处理单位体积水量所消耗的能量比设计低，去除单位重量有机物所消耗的能量比设计高。③预计TEDA污水处理厂产生的污泥量比设计要少。④这种污水处理达到排放标准的工艺去除率可能较低。
　　4．TEDA污水处理厂进水中氯离子、全盐量含量较高，微生物需要有一定适应时间和过程，增加了活性污泥培养工作的难度，培养驯化周期可能较长。

3 活性污泥培养驯化的实施

　　天津TEDA污水处理厂自3月1日启动实施活性污泥的培养驯化的工作，在1#、2#、3#SBR反应池进行。
　　按照采取的技术措施的不同，将整个过程分为三个阶段。
　　第一阶段：3月1日～3月16日。按照开发区实际流量，实际进水水质培养活性污泥。主要考察运行系统的能力是否符合设计要求，设备实际运行状况是否符合运行参数，以及工艺运行各个环节是否能够相互匹配，同时摸索开发区进水水质的实际规律，分析在现有水质特点的情况下可能对培养活性污泥造成的不利影响及如何就此采取相应的技术措施。
　　第二阶段：3月17日～4月28日。总结前一阶段工作，针对开发区污水处理厂进水中有机物浓度偏低，微生物营养匮乏，导致活性污泥增殖缓慢的情况，从4月17日至4月21日连续6天平均每天投加5车（5吨装载量）粪便水。活性污泥培养运行工艺不变。在进水泵井中投加粪便水，经进厂污水稀释后，泵入沉砂池，随后进入1#、2#、3#SBR反应池。
　　第三阶段：投加菌种。经过观察，投加粪便水后活性污泥量和污泥活性仍增长较慢，一时我们还很难弄清在SBR DAT-IAT工艺条件下，高盐分低有机负荷活性污泥培养的规律，决定进一步投加菌种，加快污泥增长速度。选择1#和3#反应池投入新菌种，2#池不投加。实验目的有两点：其一是集中使用菌种以期达到由量变到质变的活性污泥增长速度。其二是比较投加菌种与不投加菌种之间的效果是否会产生一个飞跃，同时考察不投加菌种靠现有环境条件大致需要多长时间可将活性污泥培养成与投加菌种后相当的污泥量和污泥活性。
　　3月30日投加菌种。菌种来源于天津市纪庄子污水处理厂的厌氧脱水污泥饼，共计430袋，约有10250公斤。平均分配于1#和3#SBR中。经4月1日至7日的观察分析，1#和3#池活性污泥量增加明显。1周后2#反应池活性污泥量也接近1#和3#的水平，而且污泥活性还略高于1#和3#反应池。
　　特别强调的是：4月22日SBR工艺程序控制自动化系统投入使用。在此之前，工艺调度与操作，包括阀门的启毕与调节，全部由人工操作，不仅劳动强度大，由于条件限制，基本是白天进水曝气，夜间停止进水，停止曝气，静止沉淀后，排出上清液。程序控制和自控系统投入使用，基本按照实际全额流量进水培养，类似于满载（连续操作式全流量）活性污泥培养。与正常运行之间的主要差异是培养期间不排泥。这种方法，初期出水水质很差，但是随着污泥活性的增强和污泥量的增加，出水水质不断得到改善。

4 活性污泥培养驯化的成熟过程

　　我们综合生物镜检，活性污泥增殖和水质处理效果，以及工艺运转状况简单总结整个活性污泥培养驯化过程。
　　活性污泥培养阶段一节已经说明，3月1日～16日，活性污泥增殖非常缓慢。针对进水有机物含量低的进水水质特点，3月17日～21日，投加粪便水以提高进水BOD浓度，经监测与观察，污泥活性和污泥浓度无显著变化。技术研讨中我们一致认为，在这一阶段，自动控制与计算机程序系统不能投入运行，只能采用人工手动方式完成工艺运行的控制与操作。为保证职工安全，在本阶段白天进水、曝气；晚19:00左右停止进水，停止曝气。这种运行方式，不论在有机物营养方面，还是供氧呼吸方面都不能为微生物提供稳定增长的环境。
　　针对原因与问题，我们加快工作步伐，采取两项技术措施。①3月22日计算机程序系统自动控制系统投入运行，以后又经过几次调整，该系统日趋完善，基本具备稳定运行条件。②引入外来菌种增加污泥数量。4月30日投加天津纪庄子污水处理厂厌氧消化后脱水泥饼。
　　实施上述两项技术措施，极大加快了活性污泥培养驯化的步伐。大约1周以后三个反应池运转状态明显好转。
　　1．自4月初开始，出水水质改善。4月2日～7日，三个反应池出水混合水样BOD₅为9.1～22.3mg/L，COD_Cr为49～82mg/L，出水水质清澈透明，感观极好。其中以2#池水质最好。
　　2．污泥量明显增加。4月3日～4日，首先3#SBR DAT和IAT池污泥30分钟沉降比（SV）由原来2%增加至7%～8%。三、四天以后，2#SBR池也紧随其后，"自然"增殖与3#池相当数值。4月8日～10日各池MLSS分别达到1500～2000mg/L左右。
　　3．污泥质量得到改善。伴随污泥外观由黑色逐渐转变为土色，生物镜检结果：菌胶团密实，豆形虫、滴虫等游离生物逐渐减少，钟虫数量由少迅速增多，累枝虫突然大量出现。各SBR生物相变化规律基本相同，但步伐并不一致。2#SBR池（没投加厌氧污泥）首先转好，2～3天后，3#SBR池紧随其后；大约1周后，1#池逐渐达到2#、3#池水平和状态。
　　从以上三方面分析，我们认为本系统活性污泥基本培养驯化成熟，工艺基本达到稳定运行的条件。
　　4．工艺运行主要技术参数。在我们认为的工艺运行基本稳定期间：（4月1日～26日）
　　进水水量 50000～60000m3/d，水温15℃左右。
　　进 水 BOD₅=77mg/L（42～114mg/L）
　　COD_Cr=220mg/L（107～298mg/L）
　　SS=69mg/L（27%～194mg/L）
　　出 水 BOD₅=17mg/L（7～27mg/L）
　　COD_Cr=110mg/L（54～155mg/L）
　　SS=16mg/L（16～35mg/L）
　　去 除 率 BOD₅=76.3%（56%～89%）
　　COD_Cr=53.8%（28%～72%）
　　SS=67.8%（39%～91%）
　　特别值得我们注意：不论是接种的1#和3#反应池，还是不接种的2#反应池，污泥指数一般都在50以下，尤其3#池最高SVI只有40mL/g。
　　5．故障与对策。4月13日～14日，发现出水中有肉眼可见白色絮状飘浮物，基本不沉淀。
我们相应采取两项对策：一是排除剩余污泥，排泥大约1500m3，污泥浓度MLSS为2000mg/L左右；二是增加供气量，鼓风机开启度由25%调整至40%左右。两天以后工艺运行状态得到改善，出水水质清澈，悬浮物显著减少。以后没有再排泥，鼓风机持续在调整后状态运行。
　　由污泥浓度低，污泥量严重不足，到开始排除剩余活性污泥，也证明了活性污泥基本培养驯化成熟。

5 初步体会

5.1大型SBR工艺启动和活性污泥培养方法
　　活性污泥培养驯化的方法有多种：
　　1．间歇投水培养。
　　2．阶段培养。
　　3．满载培养。
　　4．接种培养。
　　对于普通活性污泥法可以采用任一种方法均可达到活性污泥培养成熟，工艺稳定运行的目的。
　　大型SBR工艺有其独特的特点：①运行程序化。②工作水位滗水水位受到设备的严格限制。比如本厂SBR反应池最高液位水深4.3m左右；最低工作也为水深3.8m左右，滗水液位仅0.5m左右。③人工操作控制非常繁杂，可以认为无法进行手动人工操作。
由于这些原因，特别是进水BOD浓度较低的城市污水，SBR工艺不宜采用间歇投水方法和阶段培养方法。
　　适当的方法是：
　　1．在活性污泥培养驯化之前，首先完善SBR工艺程序系统和自动化系统并投入使用。
　　2．大型SBR工艺，活性污泥培养驯化适宜采用满载（连续操作式全流量）培养方法，即按照实际全额流量进水培养。
　　3．为加快活性污泥培养，可采用二项技术强化措施。一是增加进水BOD浓度，如投加粪便水使活性污泥尽快增殖。二是控制曝气量和曝气时间，即不同的进展阶段随着活性污泥量增加和污泥活性的增强，调整曝气强度，在防止供养不足的同时，更要注意污泥过氧化。
5.2 SBR工艺活性污泥的特点
　　与普通活性污泥法相比，SBR工艺的主要特点是将一沉池、曝气池、二沉池集于一体。工艺的特点决定了活性污泥的特点。
　　1．由于不设一沉池，SBR工艺活性污泥中挥发性悬浮固体（MLVSS）所占比例低。TEDA污水处理厂一般MLVSS/MLSS在50%左右。
　　2．由于MLVSS所占比例少，SBR反应池活性污泥指数（SVI）较低。TEDA污水处理厂SVI一般在50～70左右。
5.3 SBR工艺曝气特点
　　1．在普通活性污泥法中曝气系统的曝气强度主要取决于向微生物供氧，当满足微生物需求时，一般即可满足了污泥混合搅拌的强度和要求，但是在SBR反应池中略有差别。在TEDA污水处理厂当曝气量减少到某一强度，沿曝气池水深方向溶解氧浓度显著差别的现象，说明了曝气强度小产生污泥分层现象。
　　2．同时由于SBR反应池工作水深随工艺周期交替变化，低水位和高水位运行时，空气管道工作压力显然变化。在这种变化过程中曝气，应设定自动调整系统，随着工作水深变化调节曝气阀门，即空气管路压力，以相对恒定SBR反应池中曝气强度。