再生紙廢水處理生化處理階段生物接觸氧化工藝與SBR工藝對比分析

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簡介： 生物接觸氧化法是一種好氧生物膜法工藝，接觸氧化池內(nèi)設(shè)有填料，部分微生物以生物膜的形式固著生長在填料表面，部分則是絮狀懸浮生長于水中。該工藝兼有活性污泥法與生物濾池二者的特點。
關(guān)鍵字：再生紙廢水處理 生物接觸氧化工藝 SBR工藝對比分析

1.工藝論述

　　1.1 生物接觸氧化工藝簡介

　　生物接觸氧化法是一種好氧生物膜法工藝，接觸氧化池內(nèi)設(shè)有填料，部分微生物以生物膜的形式固著生長在填料表面，部分則是絮狀懸浮生長于水中。該工藝兼有活性污泥法與生物濾池二者的特點。

　　池內(nèi)加設(shè)適宜形狀和比表面積較大的生物膜載體填料，這樣在填料表面形成生物膜，由于內(nèi)部的缺氧環(huán)境勢必形成生物膜內(nèi)層供氧不足甚至處于厭氧狀態(tài)，這樣在生物膜中形成了由厭氧菌、兼性菌和好氧菌以及原生動物和后生動物形成的長食物鏈的生物群落，能有效地將不能好氧生物降解的COD部分厭氧降解為可生化的有機物。

　　由于池內(nèi)填充了大量的生物膜載體填料，填料上下兩端多數(shù)用網(wǎng)格狀支架固定，當填料下部的曝氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，維修工作將十分麻煩。

　　填料易老化，一般4－6年需更換一次。

　　由于前端物化處理后廢水中SS含量較低，生物膜固著的載體較少，導(dǎo)致生物膜比重較小，極易造成脫膜，掛膜不穩(wěn)定。脫落的生物膜和絮狀污泥在二沉池沉淀效果較差，易導(dǎo)致出水SS超標。

　　1.2 SBR工藝簡介

　　在序批式反應(yīng)器系統(tǒng)（Sequencing Batch Reactor簡稱SBR法）中，曝氣池、二沉池合二為一，在單一反應(yīng)池內(nèi)利用活性污泥完成污水的生物處理和固液分離，SBR是污水活性污泥生化處理系統(tǒng)的先驅(qū)，然而直到最近幾年隨著監(jiān)控與測試技術(shù)的飛速發(fā)展，這一技術(shù)才得以完全更新并被美國環(huán)境保護署（US EPA）推薦為一項低投資、低操作成本及低維修費用，高效益的環(huán)境處理新技術(shù)。據(jù)EPA調(diào)查，在污水流量一定時，選擇SBR要比傳統(tǒng)的活性污泥法處理費用節(jié)省許多，這一點已被大量的工程實例所證實。

　　工藝運行方式

　　 SBR工藝主體構(gòu)筑物由SBR反應(yīng)池組成，SBR反應(yīng)池的運行操作由進水、反應(yīng)、沉淀、潷水和待機五個階段組成。

　　 進水期：污水進入反應(yīng)池。

　　 反應(yīng)期：污水進入反應(yīng)池中發(fā)生生化反應(yīng)，在這階段可以只混合不曝氣，或既混合又曝氣，使污水處在反復(fù)的好氧-缺氧中，反應(yīng)期的長短一般由進水水質(zhì)及所要求的處理程度而定。

　　 沉降期：在此階段反應(yīng)器內(nèi)混合液進行固液分離，因該階段在完全靜止條件下進行，表面水力和固體負荷低，沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。

　　 排水期：當沉淀階段結(jié)束，設(shè)置在反應(yīng)池末端的潷水器開動，將上清液緩緩潷出池外，當池內(nèi)水位降到低水位時停止?jié)?/p>

　　 待機期：本處理系統(tǒng)多池運行，在每池潷水后完成了一個運行周期，在實際操作中，潷水所需時間往往小于理論最大時間，故潷水完成后兩周期間閑置時間就是待機期，該階段可視污水的水質(zhì)、水量和處理要求決定其長短或取消。在此階段可以從反應(yīng)池排出剩余活性污泥。反應(yīng)池排出的剩余污泥泥齡長，已基本穩(wěn)定。

　　SBR法與其它活性污泥處理技術(shù)比較有以下優(yōu)點：

　　 SBR系統(tǒng)以一組反應(yīng)池取代了傳統(tǒng)方法及其它變型方法中的初次沉淀池、曝氣池及二次沉淀池，整體結(jié)構(gòu)緊湊簡單，無需復(fù)雜的管線傳輸，系統(tǒng)操作簡單且更具有靈活性。

　　SBR反應(yīng)池具有調(diào)節(jié)池均質(zhì)的作用，可最大限度地承受高峰BOD₅濃度及有毒化學(xué)物質(zhì)對系統(tǒng)的影響。

　　在污水流量低于設(shè)計值時，SBR系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)液位計的設(shè)定值使用反應(yīng)池部分容積，或調(diào)節(jié)反應(yīng)時間，從而避免了不必要的電耗。其它生物處理方法則無這樣的功能。

　　因為對于每個反應(yīng)單體而言出水是間斷的，在高負荷時活性污泥不會流失，因而可以保持SBR系統(tǒng)在高負荷時的處理效率。而其它的生物處理方法在高流量負荷時經(jīng)常會出現(xiàn)活性污泥流失的問題。

　　SBR在固液分離時整體水體接近完全靜止狀態(tài)，不會發(fā)生短流現(xiàn)象，同時，在沉淀階段整個SBR反應(yīng)池容積都用于固液分離，較小的活性污泥顆粒都可得到有效的固液分離，因此，SBR的出水質(zhì)量高于其它的生物處理方法。

　　易產(chǎn)生污泥膨脹的絲狀細菌在SBR反應(yīng)池中因反應(yīng)條件的不斷的循環(huán)變化而得到有效的抑制。而污泥膨脹問題是其它活性污泥方法中很常見且很難控制的問題之一。

　　采用了穩(wěn)定的自動化控制和先進的探測儀器和設(shè)備，以保證出水水質(zhì)達到《造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544-2001）和當?shù)?label class="lb" onclick="g('環(huán)保');">環(huán)保部門的要求。

　　模塊設(shè)計而有利于處理規(guī)模增加時的擴建工程。

　　處理流程簡潔，控制靈活，可根據(jù)進水水質(zhì)和出水水質(zhì)控制指標處理水量，改變運行周期及工藝處理方法，適應(yīng)性很強。

　　2.工藝設(shè)計和經(jīng)濟比較

　　下面選擇兩個方案分別對生物接觸氧化和SBR工藝進行經(jīng)濟比較分析。

　　2.1 方案一   

　　2.1.1 原水水量水質(zhì)

　　Q                3600m³/d

　　COD_Cr             1700mg/l

　　BOD₅              450mg/l

　　SS               1250mg/l

　　2.1.2 兩種工藝對比分析的基礎(chǔ)條件

　　廢水經(jīng)過收漿后進入超效淺層氣浮系統(tǒng)去除掉大部分的SS，后進入水解酸化階段。兩種工藝比較的基礎(chǔ)是水解酸化處理后的廢水，水質(zhì)情況如下：

　　COD_Cr             425mg/l

　　BOD₅              160mg/l

　　SS               50mg/l

　　排水水質(zhì)均要求達到《造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544－2001）再生紙標準的要求，同時COD_Cr不大于70mg/l。

　　污泥處理系統(tǒng)相同不做比較。

　　電費按0.5元/度考慮。

　　2.1.3 生物接觸氧化工藝

　　2.1.3.1 工藝設(shè)計   

　　生物接觸氧化池

　　數(shù)量             2  座

　　單池尺寸         10×9×5.5m

　　負荷             1.0kgBOD₅/m³·d

　　接觸時間         3.6h

　　實際停留時間     6h

　　填料層高度       3m

　　曝氣系統(tǒng)采用散流式曝氣器曝氣。

　　鼓風(fēng)機房

　　數(shù)量             1間

　　尺寸             9.9×7.2×3.3m

　　設(shè)3臺三葉羅茨鼓風(fēng)機，二用一備。

　　型號             HSR-150

　　流量             17.15Nm³/min

　　轉(zhuǎn)速             1180rpm

　　風(fēng)壓             58.8kPa

　　功率             30kw

　　平流沉淀池

　　數(shù)量             1座

　　表面負荷         1.0m³/m²·h

　　尺寸             25×6×6.0m

　　有效水深         2.5m

　　污泥斗深         2.5m

　　設(shè)行車刮泥機1臺。

　　型號             SHG6000

　　功率             3.75kw

　　2.1.3.2 投資估算

　　方案一生物接觸氧化系統(tǒng)投資估算見表1。

　　表1 方案一生物接觸氧化系統(tǒng)投資估算

序號名稱規(guī)   格單位數(shù)量單價（萬元）合價（萬元）1接觸氧化池10×9×5.5m座211.17522.352鼓風(fēng)機房9.9×7.2×3.3m座14.994.993平流沉淀池25×6×6.0m座118.9218.924散流式曝氣器SSB600座1250.00851.065填料及支架φ150M³5400.02010.806鼓風(fēng)機HSR-150座310.5010.507行車刮泥機SHG6000臺17.507.508多用管閥電氣    1.009小計    77.11

　　2.1.3.3 運行成本分析

　　風(fēng)機24小時運行，耗電30×2×24＝1440度

　　行車刮泥機12小時運行，耗電3.75×12＝45度

　　生化部分噸水電費 0.206元/噸水

　　填料更換（按使用5年考慮）10.8×10000/5/365/3600＝0.016元/噸水

　　生化部分運行成本0.222元/噸水

　　2.1.3.4 構(gòu)筑物占地

　　構(gòu)筑物占地面積425.04m²。

　　2.1.4 SBR工藝

　　2.1.4.1 工藝設(shè)計

　　數(shù)量             2  座

　　單池尺寸         24×10×5.5m

　　最高水位         5.0m

　　最低水位         2.5m

　　超高             0.5m

　　污泥負荷         0.08kgBOD₅/kgMLSS·d

　　污泥濃度         3000mg/L

　　反應(yīng)池運行周期   8小時

　　每池內(nèi)設(shè)1套潷水器，潷水速度600m³/h。

　　SBR反應(yīng)池產(chǎn)生的剩余污泥采用重力排至貯泥池。

　　曝氣系統(tǒng)采用散流式曝氣器曝氣。

　　鼓風(fēng)機房

　　數(shù)量             1間

　　尺寸             9.9×7.2×3.3m

　　設(shè)3臺三葉羅茨鼓風(fēng)機，二用一備。

　　型號             HSR-150

　　流量             17.15Nm³/min

　　轉(zhuǎn)速             1180rpm

　　風(fēng)壓             58.8kPa

　　功率             30kw

　　2.1.4.2 投資估算

　　方案一SBR系統(tǒng)投資估算見表2。

　　表2 方案一SBR系統(tǒng)投資估算

序號名稱規(guī)   格單位數(shù)量單價（萬元）合價（萬元）1SBR反應(yīng)池24×10×5.5m座222.0544.102鼓風(fēng)機房9.9×7.2×3.3m座14.994.993散流式曝氣器SSB600座3340.00852.844潷水器XEF-600座216.0016.005鼓風(fēng)機HSR-150座310.5010.506小計    76.43

　　2.1.4.3 運行成本分析

　　風(fēng)機18小時運行，耗電30×2×18＝1080度

　　噸水電費         0.15元/噸水

　　2.1.4.4 構(gòu)筑物占地

　　構(gòu)筑物占地面積575.04m²。

　　2.2 方案二   

　　2.2.1 原水水量水質(zhì)

　　Q                18000m³/d

　　COD_Cr             1200mg/l

　　BOD₅              300mg/l

　　SS               900mg/l

　　2.2.2 兩種工藝對比分析的基礎(chǔ)條件

　　廢水經(jīng)過收漿后進入超效淺層氣浮系統(tǒng)去除掉大部分的SS，后進入生化階段。兩種工藝比較的基礎(chǔ)是氣浮處理后的廢水，水質(zhì)情況如下：

　　COD_Cr             380mg/l

　　BOD₅              180mg/l

　　SS               50mg/l

　　排水水質(zhì)均要求達到《造紙工業(yè)水污染物排放標準》（GB3544－2001）再生紙標準的要求，同時COD_Cr不大于70mg/l。

　　污泥處理系統(tǒng)不做比較。

　　 電費按0.5元/度考慮。

　　2.2.3 生物接觸氧化工藝

　　2.2.3.1 工藝設(shè)計   

　　生物接觸氧化池

　　數(shù)量             2  座

　　單池尺寸         27×20×5.5m

　　負荷             1.0kgBOD₅/m³·d

　　接觸時間         4.32h

　　實際停留時間     7.2h

　　填料層高度       3m

　　曝氣系統(tǒng)采用散流式曝氣器曝氣。

　　鼓風(fēng)機房

　　數(shù)量             1間

　　尺寸             13.2×7.2×3.3m

　　設(shè)5臺三葉羅茨鼓風(fēng)機，四用一備。

　　型號             HSR-200

　　流量             27.82Nm³/min

　　風(fēng)壓             58.8kPa

　　功率             45kw

　　轉(zhuǎn)速             810r/min

　　輻流式沉淀池

　　數(shù)量             1座

　　表面負荷         1.06m³/m²·h

　　尺寸             φ30×6.0m

　　池邊水深         3.5m

　　設(shè)全橋刮吸泥機1臺。

　　型號             SSG30

　　功率             1.5kw

　　2.2.3.2 投資估算

　　方案二生物接觸氧化系統(tǒng)投資估算見表3。

　　表3  方案二生物接觸氧化系統(tǒng)投資估算

序號名稱規(guī)   格單位數(shù)量單價（萬元）合價（萬元）1接觸氧化池27×20×5.5m座240.2380.462鼓風(fēng)機房13.2×7.2×3.3m座16.656.653輻流式沉淀池φ30×6.0m座163.2963.294散流式曝氣器SSB600座7500.00856.385填料及支架φ150M³32400.0264.806鼓風(fēng)機HSR-200座54.321.507全橋刮吸泥機SSG30臺126.0026.008多用管閥電氣    2.009小計    271.07

　　2.2.3.3 運行成本分析

　　風(fēng)機24小時運行，耗電45×4×24＝4320度

　　行車刮泥機24小時運行，耗電1.5×24＝36度

　　生化部分噸水電費0.121元/噸水

　　填料更換（按使用5年考慮）64.8×10000/5/365/18000＝0.02元/噸水

　　生化部分運行成本0.131元/噸水

　　2.2.3.4 構(gòu)筑物占地

　　構(gòu)筑物占地面積1881.54m²。

　　2.2.4 SBR工藝

　　2.2.4.1 工藝設(shè)計

　　數(shù)量             4  座

　　單池尺寸         40×18×5.5m

　　最高水位         5.0m

　　最低水位         2.9m

　　超高             0.5m

　　污泥負荷         0.075kgBOD₅/kgMLSS·d

　　污泥濃度         3000mg/L

　　反應(yīng)池運行周期   8小時

　　每池內(nèi)設(shè)2套潷水器，潷水速度750m³/h。

　　SBR反應(yīng)池產(chǎn)生的剩余污泥采用重力排至貯泥池。

　　曝氣系統(tǒng)采用散流式曝氣器曝氣。

　　鼓風(fēng)機房

　　數(shù)量             1間

　　尺寸             13.2×7.2×4.2m

　　設(shè)5臺三葉羅茨鼓風(fēng)機，四用一備。

　　型號             HSR-200

　　流量             27.82Nm³/min

　　風(fēng)壓             58.8kPa

　　功率             45kw

　　轉(zhuǎn)速             810r/min

　　2.2.4.2 投資估算

　　方案二SBR系統(tǒng)投資估算見表4。

　　表4  方案二SBR系統(tǒng)投資估算

序號名稱規(guī)   格單位數(shù)量單價（萬元）合價（萬元）1SBR反應(yīng)池40×18×5.5m座447.27189.082鼓風(fēng)機房13.2×7.2×4.2m座16.656.653散流式曝氣器SSB600座20000.008517.004潷水器XEF-750座48.0032.005鼓風(fēng)機HSR-200座54.321.506小計    266.23

　　2.2.4.3 運行成本分析

　　風(fēng)機18小時運行，耗電45×4×18＝3240度

　　噸水電費         0.09元/噸水

　　2.2.4.4 構(gòu)筑物占地

　　構(gòu)筑物占地面積2975.04m²。

　　3.兩種工藝的技術(shù)經(jīng)濟對比分析

　　兩種工藝的技術(shù)經(jīng)濟對比分析見表5。

　　表5  生物接觸氧化工藝與SBR工藝的技術(shù)經(jīng)濟對比

項目生物接觸氧化工藝SBR工藝技術(shù)可行性生物膜中形成了由厭氧菌、兼性菌和好氧菌以及原生動物和后生動物形成的長食物鏈的生物群落，能有效地將不能好氧生物降解的COD部分厭氧降解為可生化的有機物。整個過程在缺氧-好氧環(huán)境中交替進行，易產(chǎn)生污泥膨脹的絲狀細菌在反應(yīng)池中因反應(yīng)條件的不斷的循環(huán)變化而得到有效的抑制。由于物化處理后廢水中SS含量較低，生物膜固著的載體較少，導(dǎo)致生物膜比重較小，極易造成脫膜。脫落的生物膜比重較小，在二沉池沉淀效果較差，易導(dǎo)致出水SS超標。固液分離時整體水體接近完全靜止狀態(tài)，不會發(fā)生短流現(xiàn)象，同時，在沉淀階段整個反應(yīng)池容積都用于固液分離，固液分離徹底，表面水力和固體負荷低，沉淀效率高，出水水質(zhì)有保證。操作管理氧化池出水需設(shè)置泥水分離系統(tǒng)，一般設(shè)二沉池或氣浮，整個系統(tǒng)復(fù)雜，操作管理不夠方便。系統(tǒng)集進水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置于一體，無需設(shè)置二次沉淀池，整體結(jié)構(gòu)緊湊簡單，無需復(fù)雜的管線傳輸，系統(tǒng)操作簡單且更具有靈活性。    由于填料和支架的存在，曝氣系統(tǒng)發(fā)生故障時維修困難，重新掛膜相對困難。    多池運行，曝氣系統(tǒng)發(fā)生故障時可向其它池子倒換，維修方便，啟動迅速。    約每4-6年需更換一次填料。    完全混合，可長期運行。投資    設(shè)備較多，一次性投資較大。    形式簡單，一次性投資較小。運行費用    較高。    較低。占地面積    構(gòu)筑物占地面積較小，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實際占地面積需考慮通道和公共面積。    構(gòu)筑物占地面積較大。

　　鑒于以上對比分析，在統(tǒng)一水質(zhì)水量和統(tǒng)一出水要求的基礎(chǔ)上，SBR工藝具有明顯優(yōu)勢。但在實際操作中應(yīng)按照客觀條件和要求縝密分析，以采取合適的處理工藝。