SBR的DAT－IAT法新型工藝及設(shè)備的研究與應(yīng)用

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簡介： SBR(Sequence Batch Reactor) 工藝在同一反應(yīng)池中，完成進水、反應(yīng)、沉淀、潷水、排泥等工序，與其它處理工藝相比，SBR工藝使污水處理構(gòu)筑物大大簡化。近年由于微機在自控方面的廣泛應(yīng)用，同時也由于開發(fā)了在線溶解氧測定儀、水位計等精度高并且對過程控制比較經(jīng)濟的水質(zhì)檢測儀表，污水處理廠的運行管理逐漸實現(xiàn)了自動化，SBR工藝以其獨特優(yōu)勢引起廣泛注意，近年來得以迅速推廣，成為目前世界上污水處理技術(shù)中的熱門工藝。
關(guān)鍵字：SBR DAT－IAT 曝氣 潷水器

1　前言

　　SBR(Sequence Batch Reactor) 工藝在同一反應(yīng)池中，完成進水、反應(yīng)、沉淀、潷水、排泥等工序，與其它處理工藝相比，SBR工藝使污水處理構(gòu)筑物大大簡化。近年由于微機在自控方面的廣泛應(yīng)用，同時也由于開發(fā)了在線溶解氧測定儀、水位計等精度高并且對過程控制比較經(jīng)濟的水質(zhì)檢測儀表，污水處理廠的運行管理逐漸實現(xiàn)了自動化，SBR工藝以其獨特優(yōu)勢引起廣泛注意，近年來得以迅速推廣，成為目前世界上污水處理技術(shù)中的熱門工藝，澳大利亞近10多年來建成采用SBR工藝的污水處理廠近600座，中、大型的SBR污水處理廠也日益增多。我國目前在云南省昆明市已有兩座采用SBR工藝的大中型污水處理廠，運行情況良好。天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)10萬噸／日采用SBR工藝的污水處理廠也于1999年底成功投入運行。撫順三寶屯污水處理廠25萬噸／日采用SBR工藝正在開工。工業(yè)廢水處理廠在國內(nèi)外使用更為廣泛。
　　隨著SBR工藝在工程設(shè)計中的應(yīng)用，其技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。由傳統(tǒng)的SBR工藝發(fā)展了ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeration System )、CASS(Cyclic Activated Sludge System)、CAST(Cyclic Activated Sludge Technology)、DAT-IAT(Demand Aeration Tank-Intermittent Aeration Tank)、MSBR等工藝，這些工藝各有各的特點，大大豐富了SBR工藝的內(nèi)容。各種SBR工藝的分類如下：
　?。?）按進水方式分為：連續(xù)進水和間歇進水；
　?。?）按負荷分為：高負荷和低負荷：
　?。?）按反應(yīng)池型式分為：完全混合式和循環(huán)水渠式；
　?。?）按進水曝氣與否分為：限制曝氣、非限制曝氣、半限制曝氣；
　　下面主要介紹新型的DAT－IAT工藝及設(shè)備。

2　DAT－IAT系統(tǒng)工藝的工作原理

　　SBR法是活性污泥法的變法，是依靠活性污泥微生物的活動來凈化污水的，這一點SBR工藝與傳統(tǒng)活性污泥工藝完全一致，只是運行方式不同，傳統(tǒng)工藝采用連續(xù)運行方式，污水連續(xù)進入處理系統(tǒng)并連續(xù)排出，系統(tǒng)內(nèi)每單元的功能不變，污水依次流過各單元，從而完成處理過程。SBR工藝一般采用間歇運行方式，污水間歇進入處理系統(tǒng)并間歇排出。系統(tǒng)內(nèi)只設(shè)一個處理單元，該單元在不同時間發(fā)揮不同的作用，污水進入該單元后按時間順序進行不同功能的處理。
DAT－IAT系統(tǒng)的主體構(gòu)筑物由一個連續(xù)曝氣池和一個間歇曝氣池串連而成。一般情況下，DAT連續(xù)進水、連續(xù)曝氣，其出水連續(xù)流入IAT，在IAT完成反應(yīng)、沉淀、出水等工序。其典型工藝流程如圖1所示。

　　DAT－IAT系統(tǒng)是SBR工藝完善和發(fā)展的新型式，它的反應(yīng)機理以及污染物去除機制與連續(xù)活性污泥法相同，DAT池為預(yù)反應(yīng)池，也稱為連續(xù)曝氣區(qū)，池中水流呈完全混合流態(tài)，絕大部分有機物在這個池中降解。IAT相當(dāng)一個傳統(tǒng)的SBR池。但進水為連續(xù)流。

3　DAT－IAT系統(tǒng)的工作過程

　　DAT池和IAT池串聯(lián)組成，DAT連續(xù)進水，連續(xù)曝氣（也可間歇曝氣），IAT也是連續(xù)進水，但間歇曝氣，清水和剩余活性污泥均由IAT池排出。和典型的SBR反應(yīng)池一樣，IAT池運行操作由進水、反應(yīng)、沉淀、出水和待機五個階段組成。
　?。?）進水階段
　　與典型的SBR工藝不同的是，DAT－IAT系統(tǒng)的處理水是連續(xù)進入DAT，然后進入IAT。連續(xù)進水使對進水的控制大大簡化，這樣的雙池系統(tǒng)也避免了水力短路。
　?。?）反應(yīng)階段
　　反應(yīng)階段分兩部分：在DAT中連續(xù)曝氣，池中水流呈完全混合流態(tài)，絕大部分有機物在這個池中降解。經(jīng)DAT處理后的混合液通過兩池間的導(dǎo)流系統(tǒng)連續(xù)不斷進入 IAT，IAT間歇曝氣進一步去除有機物，使處理出水達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　（3）沉淀階段
　　沉淀階段只發(fā)生在IAT。當(dāng)IAT停止曝氣后，活性污泥絮體靜態(tài)沉淀與上清液分離，DAT注入IAT的混合液流速很低，對IAT不產(chǎn)生擾動，因而其沉淀效率顯著高于一般二沉池的動態(tài)沉淀。
　?。?）排水階段
　　排水階段只發(fā)生在IAT，當(dāng)池水位上升到最高水位時，沉淀階段結(jié)束，設(shè)置在IAT末端的潷水器開動，將上清液緩慢地排出池外，當(dāng)池水位降到最低水位停止?jié)?br />　?。?）待機階段
　　在IAT池潷水后完成了一個運行周期，兩周期間的間歇時間就是待機階段。該階段可視污水的性質(zhì)和處理要求決定其長短或取消。

4　DAT－IAT系統(tǒng)的特點

4.1傳統(tǒng)SBR工藝的特點
　　SBR工藝是一種控制的非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，即采用某些方法將系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)行為限制在一定范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的活性污泥法則是一種無控制的非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。
　　存在于生活、工業(yè)污水，垃圾填埋滲出液，地下水以及土壤中的污染物，可以分為有機物或無機物，有毒物或無毒物，密度高于水或低于水的物質(zhì)，易溶于水或難溶于水的物質(zhì)以及可生物降解或不可生物降解的物質(zhì)。這些自然地而且非常劇烈地隨著時間或空間的改變而改變，具有非穩(wěn)態(tài)的特性。這些自然地而且非常劇烈的變化常常與環(huán)境的不穩(wěn)定性相關(guān)。傳統(tǒng)的理論認為：穩(wěn)態(tài)是保證出水水質(zhì)穩(wěn)定并低于一定標(biāo)準(zhǔn)的必要條件。因此，在設(shè)計處理工藝時，人們常把這些隨機的變化和潛在的非穩(wěn)態(tài)行為假設(shè)為穩(wěn)態(tài)。許多工程人員在設(shè)計處理構(gòu)筑物時，采用流量平衡并不能有效地抵消質(zhì)量流速的變化。這種做法使這些系統(tǒng)變?yōu)闊o控制的非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。實際運行中，無控制的非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)只能滿足簡單的處理要求，如去除COD和SS等，而對于去除N、P等則無能為力。N 、P 等物質(zhì)的去除要求更好地控制水污染物的不穩(wěn)定性。這在無控制的非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，是無法實現(xiàn)的。
　　SBR相對于連續(xù)流系統(tǒng)還有許多其它方面的優(yōu)點。首先，這種反應(yīng)器運行靈活簡潔。它可以配合不同的進水水質(zhì)調(diào)整運行模式。第二，SBR流態(tài)上屬于完全混合，而在有機物降解方面卻是時間上推流。因此為了達到較高去除率而只需調(diào)整反應(yīng)時間。這樣大大減少了占地，特別適合中小型水廠。第三，SBR的沉淀階段使泥水有效分離，出水懸浮物濃度低，無需另設(shè)澄清池。第四，SBR工藝中無二沉池及回流污泥系統(tǒng)，很多情況還可不設(shè)初沉池，因而基建費用低，占地少。
　　SBR工藝經(jīng)過近年10多年的深入研究和發(fā)展已經(jīng)基本完善，但仍存在著一些不盡人意的地方。首先，間歇進水使處理工藝缺乏連續(xù)性。若使水處理連續(xù)運行，需要設(shè)多池系統(tǒng)，增加投資。其次，對于一些高濃度難降解的有機廢水則需要較長的反應(yīng)時間。再次，SBR工藝操作運行較為復(fù)雜，必須采用自動控制，附屬設(shè)施較多。
4.2 DAT－IAT系統(tǒng)的特點
　　DAT－IAT系統(tǒng)是普通活性污泥法與傳統(tǒng)SBR同有機結(jié)合的一種型式，整個系統(tǒng)有SBR工藝的優(yōu)點，又改進了SBR工藝的不足，具有以下特點：
　　（1）增加了工藝處理的穩(wěn)定性：DAT起到了水力均衡和防止連續(xù)進水對出水水質(zhì)的影響，特別是在處理高濃度工業(yè)廢水時，DAT連續(xù)曝氣加強了系統(tǒng)對難降解有機物的降解，相對縮短了運行周期。DAT池連續(xù)曝氣也使整個系統(tǒng)更接近于完全混合式，更有利于消除高濃度工業(yè)廢水中毒性物質(zhì)或COD濃度過高積累而帶來的不良影響。
　　（2）提高了池容的利用率：對于曝氣池和二沉池合建的污水處理構(gòu)筑物來說，在保留沉淀分離效果的前提下，盡可能提高曝氣容積比，與傳統(tǒng)SBR法及其它變型方法來比，由于DAT－IAT中DAT池連續(xù)曝氣和IAT的間歇曝氣，使該工藝方法的曝氣容積比是最高的。
　?。?）提高了設(shè)備的利用率：由于DAT池連續(xù)進水，因此不需要增設(shè)進水的閘閥及自控裝置；DAT池連續(xù)曝氣，減少了整個系統(tǒng)的曝氣強度，提高了曝氣裝置的利用率，所需鼓風(fēng)機的額定風(fēng)量和功率也減小了。
　?。?）增加了整個系統(tǒng)的靈活性：DAT－IAT系統(tǒng)可以根據(jù)進、出水量、水質(zhì)變化來調(diào)整DAT池與IAT池的工作狀態(tài)和IAT池的運轉(zhuǎn)周期，使之處于最佳工況，同時也可以根據(jù)脫氮除磷要求，調(diào)整曝氣時間，創(chuàng)造缺氧或厭氧環(huán)境。

5　主要工藝設(shè)計參數(shù)

序號設(shè)計參數(shù)名稱取 值 備 注1池子個數(shù)3座以上小規(guī)模時取3～6座大規(guī)模時取若干組，每組3池2有效水深3～7m 　 3回流比50%～200%　4污泥負荷0.05～0.1kg BOD/kg MLSS·d 采用低負荷運行5混合液污泥深度3～5g/l 　6泥齡20～30d 　7耗氧量1.3～2.0 kg O2/kg BOD 　8周期工作時間3. 4. 6. 負荷小時，周期時間長9排出比1/3～1/6 　

6　DAT－IAT工藝的6種專用機械設(shè)備及潷水器開發(fā)

　　DAT－IAT工藝處理系統(tǒng)中主要用6種專用機械設(shè)備，這是：進水泵房粗格柵機；旋流或平流除砂機；沉砂池細格柵機；曝氣系統(tǒng)設(shè)備（中大型用鼓風(fēng)機帶微孔曝氣、小型廠用浮動式大行程曝氣機）；潷水器；濃縮脫水機。潷水器是研究開發(fā)的重點。
　　由于SBR反應(yīng)池排水的不連續(xù)性，決定了排水裝置應(yīng)具備有：當(dāng)排水時能將上清液均勻地排出池外，而不攪動活性污泥；而在進水，反應(yīng)、沉淀工序階段不影響工藝進行。潷水器是SBR工藝最常采用的排清水設(shè)備，它能從靜止的池表面將澄清水潷出而不攪動沉池，確保出水水質(zhì)。潷水器具備有對水量變化的可調(diào)節(jié)性，有良好的水力機械性能，又能隨水位變化而自動、平穩(wěn)的升降。
　　目前國內(nèi)外污水處理設(shè)備專家對潷水器作了大量的研究工作，研究出了多種動力形式的潷水器，但歸納起來主要可分三種類型：①機械式潷水器 ②虹吸式潷水器 ③自力（浮力）式潷水器。簡述如下：
　　(1)機械式潷水器
　　機械式潷水器國內(nèi)現(xiàn)主要有兩種形式，旋轉(zhuǎn)式和套筒式。旋轉(zhuǎn)式潷水器由電動機、減速機執(zhí)行裝置，四連桿機構(gòu)，載體管道，浮子箱（攔渣器），淹沒出流堰口，回轉(zhuǎn)接頭等組成。通過電動機帶動減速機及執(zhí)行裝置和四連桿機構(gòu)，使堰口繞出水管做旋轉(zhuǎn)運動，潷出上清液，液面也隨之同步下降。浮子箱（攔渣器），可在堰口上方和前后端之間形成一個無浮渣或泡沫的出流區(qū)域，并可調(diào)節(jié)的堰口之間的距離，以適應(yīng)堰口淹沒深度的微小變化。

　　套筒式潷水器有絲杠式和鋼絲繩式兩種，都是在一個固定的池內(nèi)平臺上，通過電動機帶動絲杠或滾筒上的鋼絲繩，牽引出流堰口上下移動。堰口下的排水管插在有橡膠密封的套筒中，可以隨出水堰上下移動，套筒連結(jié)在水總管上，將上清液潷出池外。在堰口上也有一個攔浮渣和泡沫用的浮箱，采用剪刀式鉸鏈和堰口連接，以適應(yīng)堰口淹沒深度的微小變化。
　?。?）虹吸式潷水器
　　虹吸式潷水器實際是一組淹沒出流堰，是由一組垂直的短管組成，短管吸口向下，上端用總管連接，總管與U形管相通，U形管一端高出水面一端低于反應(yīng)池的最低水位，高端設(shè)自動閥與大氣相通，低端接出水管以排出上清液。運行時通過控制進排氣閥的開閉，采用U型管水封，來形成潷水器中循環(huán)間斷的真空和充氣空間，達到開關(guān)潷水器和防止混合液流入的目的。潷水的最低水面限制在短管吸口以上，以防浮渣或泡沫進入。

　?。?）自力（浮力）式潷水器
　　自力（浮力）式潷水器也有多種形式，如前所述的兩種機械式潷水器也都可以制成自力式潷水器，不同的是它只依靠堰口上方的浮箱本身的浮力，使堰口隨液面上下運動而不需外加機械動力。按堰口形狀可分為條形堰式、圓盤堰式和管道式等。堰口下采用柔性軟管或肘式接頭來適應(yīng)堰口的位移變化，將上清液潷出池外。浮箱本身也起攔渣作用。為了防止混合液進入管道，在每次潷水結(jié)束后，采用電磁閥，自力式閥關(guān)閉堰口，或采用氣水置換浮箱，將堰口抬出水面。

7　工程實例

　　天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠日處理污水10萬噸，污水主要來源于區(qū)內(nèi)生活污水和工業(yè)園區(qū)生產(chǎn)廢水，設(shè)計進水水質(zhì)為：BOD5 150mg/L，COD 400mg/L，SS 200mg/L，出水水質(zhì)BOD5 30mg/L，COD 120mg/L，SS 30mg/L，同時要求去除NH3－N 10mg/L由于開發(fā)區(qū)污水受區(qū)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)影響，水質(zhì)水量變化幅度較大，通過方案比選，結(jié)合貸款國技術(shù)特點，選擇了DAT－IAT工藝。該廠已于1999年正式投產(chǎn)使用。
　　DAT－IAT系統(tǒng)共設(shè)六組池，每組池容積為：11000m3每組池長L＝80m，池寬B＝32m，有效水深H＝4.3m，反應(yīng)池最低水位時水深3.75m，污泥負荷0.052kgBOD/kgMLSS·d，混合液濃度（MLSS）5g/L，IAT運行周期T＝3h（曝氣、沉淀、潷水各1h）每組反應(yīng)池中DAT和IAT體積相同，各長40m，中間設(shè)兩道導(dǎo)流墻，為保持DAT內(nèi)足夠的混合液濃度，需從IAT將混合液回流到DAT，混合液回流比最大可達R=4.0在IAT兩側(cè)距導(dǎo)流墻8米處設(shè)2臺潛污泵，每臺流量0.55-0.6m3/s，揚程2米?；亓鞅玫拈_停由PLC按預(yù)設(shè)程序自動控制，停泵的時間安排在潷水階段。兩臺泵的回流污泥管在DAT內(nèi)分為四個出口，位于池的四個角，它們以高速沿池底噴向池中心，對全池起強烈攪拌作用，形成完全混合流態(tài)，混合液經(jīng)兩道導(dǎo)流墻進入IAT。經(jīng)過導(dǎo)流墻的混合液以很低的流速從底部進入IAT，不會對IAT沉淀的污泥產(chǎn)生攪動。
　　采用鼓風(fēng)曝氣，曝氣設(shè)備為膜片式微孔曝氣器。曝氣器總數(shù)19838個。廠內(nèi)設(shè)4臺單級高速離心風(fēng)機，單臺供氣量Q＝18000m3/h，風(fēng)壓P＝0.5bar。電機功率N＝400kw。
　　污泥產(chǎn)率系數(shù)為YT＝1.1，泥齡tDS=22d，每日污泥總產(chǎn)量體積V＝2400m3/d，每池設(shè)有SS計，可根據(jù)污泥濃度值隨時調(diào)整開泵的時間和周期，確保反應(yīng)池的正常運行。本工程排水選用虹吸式潷水器，每池3臺，每臺潷水能力為700m3/h。潷水器在最高水位時自動開動，最低水位時自動停止，潷水器安裝在IAT尾部。