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SBR的DAT-IAT法新型工艺及设备的研究与应用

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学社问答 发表于 2019-9-5 08:44 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
1 前言
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2 ?' K- M+ i/ H  SBR(Sequence Batch Reactor) 工艺在同一反应池中,完成进水、反应、沉淀、滗水、排泥等工序,与其它处理工艺相比,SBR工艺使污水处理构筑物大大简化。近年由于微机在自控方面的广泛应用,同时也由于开发了在线溶解氧测定仪、水位计等精度高并且对过程控制比较经济的水质检测仪表,污水处理厂的运行管理逐渐实现了自动化,SBR工艺以其独特优势引起广泛注意,近年来得以迅速推广,成为目前世界上污水处理技术中的热门工艺,澳大利亚近10多年来建成采用SBR工艺的污水处理厂近600座,中、大型的SBR污水处理厂也日益增多。我国目前在云南省昆明市已有两座采用SBR工艺的大中型污水处理厂,运行情况良好。天津经济技术开发区10万吨/日采用SBR工艺的污水处理厂也于1999年底成功投入运行。抚顺三宝屯污水处理厂25万吨/日采用SBR工艺正在开工。工业废水处理厂在国内外使用更为广泛。( F$ S- E7 i0 `2 v$ U1 l2tech.cn
; b/ \( d/ {2 F9 @' \: z: E1 Q2tech.cn
  随着SBR工艺在工程设计中的应用,其技术也得到了长足的发展。由传统的SBR工艺发展了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等工艺,这些工艺各有各的特点,大大丰富了SBR工艺的内容。各种SBR工艺的分类如下:
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  (1)按进水方式分为:连续进水和间歇进水;
: K$ y. d. C" y* S9 {8 a/ A  (2)按负荷分为:高负荷和低负荷:+ U4 G2 N) Q2 }  q/ n  c) _. h# S2tech.cn
  (3)按反应池型式分为:完全混合式和循环水渠式;  h' t  q0 H. v4 ?  e2tech.cn
  (4)按进水曝气与否分为:限制曝气、非限制曝气、半限制曝气;+ _8 P- J0 E* ~2tech.cn

# |# s1 p& A" e! `. v+ u  下面主要介绍新型的DAT-IAT工艺及设备。& Y, Q, B* r* }2tech.cn

* T: L9 a1 A6 L2 DAT-IAT系统工艺的工作原理4 T7 A: M$ n  y( h# e6 |' ^6 ]& `+ W2tech.cn
/ |" M# l/ p- ?4 s4 Q: Z6 m- f+ L2tech.cn
  SBR法是活性污泥法的变法,是依靠活性污泥微生物的活动来净化污水的,这一点SBR工艺与传统活性污泥工艺完全一致,只是运行方式不同,传统工艺采用连续运行方式,污水连续进入处理系统并连续排出,系统内每单元的功能不变,污水依次流过各单元,从而完成处理过程。SBR工艺一般采用间歇运行方式,污水间歇进入处理系统并间歇排出。系统内只设一个处理单元,该单元在不同时间发挥不同的作用,污水进入该单元后按时间顺序进行不同功能的处理。
( F! g! S+ ?4 s) a( \, N1 N' {DAT-IAT系统的主体构筑物由一个连续曝气池和一个间歇曝气池串连而成。一般情况下,DAT连续进水、连续曝气,其出水连续流入IAT,在IAT完成反应、沉淀、出水等工序。其典型工艺流程如图1所示。
) O& p6 p$ I. c* t2 g, Y
, w) [7 b3 R. r/ h# _' o( W  DAT-IAT系统是SBR工艺完善和发展的新型式,它的反应机理以及污染物去除机制与连续活性污泥法相同,DAT池为预反应池,也称为连续曝气区,池中水流呈完全混合流态,绝大部分有机物在这个池中降解。IAT相当一个传统的SBR池。但进水为连续流。
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9 G( Y+ ^" f/ W3 DAT-IAT系统的工作过程/ i: \9 H& {. d" A, [' `2tech.cn

: P9 O( e: |- R% ~! m, M: b. E  DAT池和IAT池串联组成,DAT连续进水,连续曝气(也可间歇曝气),IAT也是连续进水,但间歇曝气,清水和剩余活性污泥均由IAT池排出。和典型的SBR反应池一样,IAT池运行操作由进水、反应、沉淀、出水和待机五个阶段组成。4 o* v1 K- v7 ]. v# i6 d1 ?9 B2tech.cn
4 w2 s/ P/ T( `! i: {1 G8 i2tech.cn
  (1)进水阶段
- T! t+ Z, {) L1 Y+ v, L' G
! o. G4 h" r9 @  与典型的SBR工艺不同的是,DAT-IAT系统的处理水是连续进入DAT,然后进入IAT。连续进水使对进水的控制大大简化,这样的双池系统也避免了水力短路。
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  (2)反应阶段, f8 a$ U* o: M+ ~+ V# ]% N7 h2tech.cn
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  反应阶段分两部分:在DAT中连续曝气,池中水流呈完全混合流态,绝大部分有机物在这个池中降解。经DAT处理后的混合液通过两池间的导流系统连续不断进入 IAT,IAT间歇曝气进一步去除有机物,使处理出水达到排放标准。
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2 c, g1 z% p+ C  l$ n7 y4 B  (3)沉淀阶段, n3 Q- y: Q5 i2 x; b4 G! M2tech.cn
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  沉淀阶段只发生在IAT。当IAT停止曝气后,活性污泥絮体静态沉淀与上清液分离,DAT注入IAT的混合液流速很低,对IAT不产生扰动,因而其沉淀效率显著高于一般二沉池的动态沉淀。
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4 q& K4 w7 N7 h  (4)排水阶段
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  排水阶段只发生在IAT,当池水位上升到最高水位时,沉淀阶段结束,设置在IAT末端的滗水器开动,将上清液缓慢地排出池外,当池水位降到最低水位停止滗水。
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  (5)待机阶段9 |& p' _4 A, G0 G, A- k4 ?" \2tech.cn
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  在IAT池滗水后完成了一个运行周期,两周期间的间歇时间就是待机阶段。该阶段可视污水的性质和处理要求决定其长短或取消。+ l% ~' o3 F  |0 m2tech.cn
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4 DAT-IAT系统的特点. }% |& y9 s# n, I* z: c/ l* e2tech.cn

+ K: x, I# a* }2 U( K8 i! b( k4 r6 [- N4.1传统SBR工艺的特点
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' D3 ^: B5 k; c  SBR工艺是一种控制的非稳态系统,即采用某些方法将系统的非稳态行为限制在一定范围内。传统的活性污泥法则是一种无控制的非稳态系统。5 I7 m2 ~# J* Y9 F4 l% T2tech.cn
! ?4 n) B( G) p, t3 q7 I2tech.cn
  存在于生活、工业污水,垃圾填埋渗出液,地下水以及土壤中的污染物,可以分为有机物或无机物,有毒物或无毒物,密度高于水或低于水的物质,易溶于水或难溶于水的物质以及可生物降解或不可生物降解的物质。这些自然地而且非常剧烈地随着时间或空间的改变而改变,具有非稳态的特性。这些自然地而且非常剧烈的变化常常与环境的不稳定性相关。传统的理论认为:稳态是保证出水水质稳定并低于一定标准的必要条件。因此,在设计处理工艺时,人们常把这些随机的变化和潜在的非稳态行为假设为稳态。许多工程人员在设计处理构筑物时,采用流量平衡并不能有效地抵消质量流速的变化。这种做法使这些系统变为无控制的非稳态系统。实际运行中,无控制的非稳态系统只能满足简单的处理要求,如去除COD和SS等,而对于去除N、P等则无能为力。N 、P 等物质的去除要求更好地控制水污染物的不稳定性。这在无控制的非稳态系统,是无法实现的。
! c3 q! g: H/ S& s- E  SBR相对于连续流系统还有许多其它方面的优点。首先,这种反应器运行灵活简洁。它可以配合不同的进水水质调整运行模式。第二,SBR流态上属于完全混合,而在有机物降解方面却是时间上推流。因此为了达到较高去除率而只需调整反应时间。这样大大减少了占地,特别适合中小型水厂。第三,SBR的沉淀阶段使泥水有效分离,出水悬浮物浓度低,无需另设澄清池。第四,SBR工艺中无二沉池及回流污泥系统,很多情况还可不设初沉池,因而基建费用低,占地少。1 U. B, M" U- `% i+ ]2tech.cn
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  SBR工艺经过近年10多年的深入研究和发展已经基本完善,但仍存在着一些不尽人意的地方。首先,间歇进水使处理工艺缺乏连续性。若使水处理连续运行,需要设多池系统,增加投资。其次,对于一些高浓度难降解的有机废水则需要较长的反应时间。再次,SBR工艺操作运行较为复杂,必须采用自动控制,附属设施较多。
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' t- V- X; Q: {% ^7 Q: X$ G& ~. i4.2 DAT-IAT系统的特点
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" n  [1 W1 ~" a$ i- h9 X  DAT-IAT系统是普通活性污泥法与传统SBR同有机结合的一种型式,整个系统有SBR工艺的优点,又改进了SBR工艺的不足,具有以下特点:3 n% P) ?, K8 `& ~$ [" |2tech.cn

+ B: U$ f3 a. L. U" P- K, q: o" g  (1)增加了工艺处理的稳定性:DAT起到了水力均衡和防止连续进水对出水水质的影响,特别是在处理高浓度工业废水时,DAT连续曝气加强了系统对难降解有机物的降解,相对缩短了运行周期。DAT池连续曝气也使整个系统更接近于完全混合式,更有利于消除高浓度工业废水中毒性物质或COD浓度过高积累而带来的不良影响。
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& R4 V, R- C4 Z  (2)提高了池容的利用率:对于曝气池和二沉池合建的污水处理构筑物来说,在保留沉淀分离效果的前提下,尽可能提高曝气容积比,与传统SBR法及其它变型方法来比,由于DAT-IAT中DAT池连续曝气和IAT的间歇曝气,使该工艺方法的曝气容积比是最高的。
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/ V3 ]4 u5 m9 z1 Q+ ^. c  (3)提高了设备的利用率:由于DAT池连续进水,因此不需要增设进水的闸阀及自控装置;DAT池连续曝气,减少了整个系统的曝气强度,提高了曝气装置的利用率,所需鼓风* ?) a+ a* w* X. i- O" y. B6 \2tech.cn
机的额定风量和功率也减小了。
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  (4)增加了整个系统的灵活性:DAT-IAT系统可以根据进、出水量、水质变化来调整DAT池与IAT池的工作状态和IAT池的运转周期,使之处于最佳工况,同时也可以根据脱氮除磷要求,调整曝气时间,创造缺氧或厌氧环境。; M# c* Z' A6 T1 N2tech.cn

% o; }; H! c9 V( d: P; X% R5 主要工艺设计参数
5 u$ C6 q. z, s7 z- U' @) j! x) d* V2 m- U' g* `6 A" m1 X2tech.cn
序号
设计参数名称
1
池子个数
3座以上
小规模时取36座大规模时取若干组,每组3
2
有效水深
37m
3
回流比
50%200%
4
污泥负荷
0.050.1kg BOD/kg MLSS·d
采用低负荷运行
5
混合液污泥深度
35g/l
6
泥龄
2030d
7
耗氧量
1.32.0 kg O2/kg BOD
8
周期工作时间
3. 4. 6.
负荷小时,周期时间长
9
排出比
1/31/6

: J8 \; u% x- `* W6 DAT-IAT工艺的6种专用机械设备及滗水器开发
9 M5 \1 R8 P9 t0 W' D0 E& p4 x5 @% G2 L, B& a3 S/ F' ]+ ?2tech.cn
  DAT-IAT工艺处理系统中主要用6种专用机械设备,这是:进水泵房粗格栅机;旋流或平流除砂机;沉砂池细格栅机;曝气系统设备(中大型用鼓风机带微孔曝气、小型厂用浮动式大行程曝气机);滗水器;浓缩脱水机。滗水器是研究开发的重点。
  J% r7 V3 u3 z. H& ?2 F+ ?
* ^) G# c2 M0 V  由于SBR反应池排水的不连续性,决定了排水装置应具备有:当排水时能将上清液均匀地排出池外,而不搅动活性污泥;而在进水,反应、沉淀工序阶段不影响工艺进行。滗水器是SBR工艺最常采用的排清水设备,它能从静止的池表面将澄清水滗出而不搅动沉池,确保出水水质。滗水器具备有对水量变化的可调节性,有良好的水力机械性能,又能随水位变化而自动、平稳的升降。$ x+ d5 J* {5 o7 R6 Z2tech.cn

0 x9 ^- p7 U/ Z, R2 u% w1 P9 T  目前国内外污水处理设备专家对滗水器作了大量的研究工作,研究出了多种动力形式的滗水器,但归纳起来主要可分三种类型:①机械式滗水器 ②虹吸式滗水器 ③自力(浮力)式滗水器。简述如下:- U+ V7 I/ k  z3 O. L- Y2tech.cn

/ o  y: a  m: _/ }  (1)机械式滗水器
8 X" p$ Y& a1 P, L  i) I
4 N2 d7 I9 ~# M+ Y- h# \  机械式滗水器国内现主要有两种形式,旋转式和套筒式。旋转式滗水器由电动机、减速机执行装置,四连杆机构,载体管道,浮子箱(拦渣器),淹没出流堰口,回转接头等组成。通过电动机带动减速机及执行装置和四连杆机构,使堰口绕出水管做旋转运动,滗出上清液,液面也随之同步下降。浮子箱(拦渣器),可在堰口上方和前后端之间形成一个无浮渣或泡沫的出流区域,并可调节的堰口之间的距离,以适应堰口淹没深度的微小变化。
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  套筒式滗水器有丝杠式和钢丝绳式两种,都是在一个固定的池内平台上,通过电动机带动丝杠或滚筒上的钢丝绳,牵引出流堰口上下移动。堰口下的排水管插在有橡胶密封的套筒中,可以随出水堰上下移动,套筒连结在水总管上,将上清液滗出池外。在堰口上也有一个拦浮渣和泡沫用的浮箱,采用剪刀式铰链和堰口连接,以适应堰口淹没深度的微小变化。
5 i: ^! {3 _* u4 R$ [0 [; Y3 \: w
1 W( B# }% K# q" h9 d& C+ T3 V  (2)虹吸式滗水器# ], O" C; Q2 a3 b8 Y1 w( T5 b6 e2tech.cn

# I- o& I8 i- i+ W  虹吸式滗水器实际是一组淹没出流堰,是由一组垂直的短管组成,短管吸口向下,上端用总管连接,总管与U形管相通,U形管一端高出水面一端低于反应池的最低水位,高端设自动阀与大气相通,低端接出水管以排出上清液。运行时通过控制进排气阀的开闭,采用U型管水封,来形成滗水器中循环间断的真空和充气空间,达到开关滗水器和防止混合液流入的目的。滗水的最低水面限制在短管吸口以上,以防浮渣或泡沫进入。
8 m3 t. @( Z& v  U$ J3 P  L5 a4 e
. Z$ l4 W5 B" x2 |; @1 E  (3)自力(浮力)式滗水器! p! K+ Q" ]& B0 b( c2tech.cn
8 Y; |, s- i( n: h3 d9 }2tech.cn
  自力(浮力)式滗水器也有多种形式,如前所述的两种机械式滗水器也都可以制成自力式滗水器,不同的是它只依靠堰口上方的浮箱本身的浮力,使堰口随液面上下运动而不需外加机械动力。按堰口形状可分为条形堰式、圆盘堰式和管道式等。堰口下采用柔性软管或肘式接头来适应堰口的位移变化,将上清液滗出池外。浮箱本身也起拦渣作用。为了防止混合液进入管道,在每次滗水结束后,采用电磁阀,自力式阀关闭堰口,或采用气水置换浮箱,将堰口抬出水面。3 W8 ]. D  i5 t) P1 I9 X2tech.cn

/ A1 e+ s$ b& W# ~) w7 工程实例0 t3 b) g/ n5 C- o8 F2tech.cn
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  天津经济技术开发区污水处理厂日处理污水10万吨,污水主要来源于区内生活污水和工业园区生产废水,设计进水水质为:BOD5 150mg/L,COD 400mg/L,SS 200mg/L,出水水质BOD5 30mg/L,COD 120mg/L,SS 30mg/L,同时要求去除NH3-N 10mg/L由于开发区污水受区内工业生产影响,水质水量变化幅度较大,通过方案比选,结合贷款国技术特点,选择了DAT-IAT工艺。该厂已于1999年正式投产使用。
% ]+ L. }) m0 D8 Q% ?" X
2 b% l- ]. \" D  DAT-IAT系统共设六组池,每组池容积为:11000m3每组池长L=80m,池宽B=32m,有效水深H=4.3m,反应池最低水位时水深3.75m,污泥负荷0.052kgBOD/kgMLSS·d,混合液浓度(MLSS)5g/L,IAT运行周期T=3h(曝气、沉淀、滗水各1h)每组反应池中DAT和IAT体积相同,各长40m,中间设两道导流墙,为保持DAT内足够的混合液浓度,需从IAT将混合液回流到DAT,混合液回流比最大可达R=4.0在IAT两侧距导流墙8米处设2台潜污泵,每台流量0.55-0.6m3/s,扬程2米。回流泵的开停由PLC按预设程序自动控制,停泵的时间安排在滗水阶段。
* w0 F5 i, e) J* S1 ~: [1 C" I( n$ `& ?. [2tech.cn
两台泵的回流污泥管在DAT内分为四个出口,位于池的四个角,它们以高速沿池底喷向池中心,对全池起强烈搅拌作用,形成完全混合流态,混合液经两道导流墙进入IAT。经过导流墙的混合液以很低的流速从底部进入IAT,不会对IAT沉淀的污泥产生搅动。
1 h; S) k6 ], N" J
$ s  t) h' S7 Z( V/ z0 W  a" z  采用鼓风曝气,曝气设备为膜片式微孔曝气器。曝气器总数19838个。厂内设4台单级高速离心风机,单台供气量Q=18000m3/h,风压P=0.5bar。电机功率N=400kw。
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  污泥产率系数为YT=1.1,泥龄tDS=22d,每日污泥总产量体积V=2400m3/d,每池设有SS计,可根据污泥浓度值随时调整开泵的时间和周期,确保反应池的正常运行。本工程排水选用虹吸式滗水器,每池3台,每台滗水能力为700m3/h。滗水器在最高水位时自动开动,最低水位时自动停止,滗水器安装在IAT尾部。
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