SBR的DATIAT法新型工艺及设备的研究与应用

水世界-中国城镇水网－IAT法新型工艺及设备的研究与应用张大群王秀朵天津市市政工程设计研究院【摘要】本文通过介绍新型的DAT－IAT工艺的工作原理、工作过程、工艺特点，以及该工艺主要的工艺参数和机械设备，表明了DAT-IAT系统是普通活性污泥法与传统SBR法有机结合的一种新型工艺。该工艺具有增加了工艺处理的稳定性、提高了池容利用率、提高了设备利用率和增加整个系统灵活性等特点。另外，重点研究了DAT-IAT工艺处理系统中的关键设备滗水器。介绍了三种滗水器：机械式滗水器、虹吸式滗水器、自力（浮力）式滗水器的机械结构及特点。工程实例证明所发明的DAT-IAT工艺是一种高效的污水处理新型工艺。关键词：SBR工艺；DAT－IAT工艺；机械设备；滗水器。一、前言SBR(SequenceBatchReactor)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。SBR工艺早在1914年即已开发，但由于当时人工管理繁琐，监测手段落后，使其难以推广应用。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—1—水世界-中国城镇水网—2—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。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(IntermittentCyclicExtendedAerationSystem)、CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)、CAST(CyclicActivatedSludgeTechnology)、DAT-IAT(DemandAerationTank-IntermittentAerationTank)、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：1）按进水方式分为：连续进水和间歇进水；2）按负荷分为：高负荷和低负荷：3）按反应池型式分为：完全混合式和循环水渠式；4）按进水曝气与否分为：限制曝气、非限制曝气、半限制曝气；下面主要介绍新型的DAT－IAT工艺及设备。二、DAT－IAT系统工艺的工作原理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水世界-中国城镇水网单元，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。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所示。沉砂外运—3—进水回流污泥剩余污泥泥饼外运排入水体分砂鼓风机房格栅进水泵房贮泥池加氯间脱水机房沉砂池DAT反应池IAT反应池DAT－IAT系统典型工艺流程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。三、DAT－IAT系统的工作过程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。水世界-中国城镇水网—4—1.进水阶段与典型的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。2.反应阶段反应阶段分两部分：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。3.沉淀阶段沉淀阶段只发生在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。4.排水阶段排水阶段只发生在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。5.待机阶段在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。四、DAT－IAT系统的特点1.传统SBR工艺的特点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水世界-中国城镇水网—5—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。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。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。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水世界-中国城镇水网—6—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。2.DAT－IAT系统的特点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：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。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。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，所需鼓风机的额定风量和功率也减小了。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。水世界-中国城镇水网—7—五、主要工艺设计参数序号设计参数名称取值备注1池子个数3座以上小规模时取3～6座大规模时取若干组，每组3池2有效水深3～7m3回流比50%～200%4污泥负荷0.05～0.1kgBOD/kgMLSS*d采用低负荷运行5混合液污泥深度3～5g/l6泥龄20～30d7耗氧量1.3～2.0kgO2/kgBOD8周期工作时间3.4.6.负荷小时，周期时间长9排出比1/3～1/6六、DAT－IAT工艺的6种专用机械设备及滗水器开发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。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。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：c机械式滗水器；d虹吸式滗水器；e自力（浮力）式滗水器。简述如下：水世界-中国城镇水网机械式滗水器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。机械旋转式滗水器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。—8—水世界-中国城镇水网－底板下管道；2－直管及套筒管2．虹吸式滗水器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，