【工業(yè)廢水處理】SBR和氧化溝工藝運行情況比較
摘 要：本文對我國 SBR和氧化溝工藝污水處理廠的運行數(shù)據(jù)，按照不同規(guī)模類型進行了分類統(tǒng)計。同時分析比較了 SBR和氧化溝工藝各項指標，包括占地面積、基建投資、單位電耗、直接成本、總成本、COD去除率、BOD去除率、SS去除率、氨氮去除率和磷去除率。并在此基礎上，結合兩種工藝的特點及我國當前實際，分析了差異造成的原因。最后對兩種處理技術的發(fā)展和應用情況做了展望。
關鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠；SBR；氧化溝；運行比較
1. 引 言
根據(jù)我國的實際情況，可將規(guī)模大于 10×104m3/d 的視為大型污水處理廠。而規(guī)模小于等于 10×104m3/d 的為中小型污水處理廠。SBR 和氧化溝作為中小型城市污水處理廠的優(yōu)選工藝，它們具有負荷低，工藝構成簡單，管理簡單方便，出水水質(zhì)好等共同特點。但同時它們也有著各自的特點和適用性。
2. 工藝特點比較
2.1 工藝簡介
SBR 法，即間歇式活性污泥法又稱序批式活性污泥法。近年來，隨著儀表、自動控制技術與裝備的發(fā)展， SBR新工藝不斷涌現(xiàn)， 如 ICEAS、 CASS、 CAST、 DAT-IAT、 UNITANK、MSBR 等。 氧化溝又稱循環(huán)曝氣法， 是活性污泥法的變種。 它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠[5]，污水滲入其中得到凈化。當前常見的氧化溝類型有：Carrousel 氧化溝、Orbal 氧化溝、交替工作型氧化溝、DE 型氧化溝及一體化氧化溝等。
2.2 工藝特點比較
與氧化溝相比，SBR 工藝所呈現(xiàn)的不同點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①一般不需設置二沉池；②不用污泥回流或少量污泥回流；③曝氣系統(tǒng)多采用鼓風曝氣，而氧化溝多采用機械曝氣；④曝氣池出水水位不恒定，需用潷水器；⑤自動化程度較高，對自控系統(tǒng)有較高的要求。
3. 運行數(shù)據(jù)分析比較
現(xiàn)通過對我國 194 個中小型城鎮(zhèn)污水處理廠運行數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)來源： 《中國城鎮(zhèn)污水處理廠匯編》[6]）的分析，可得以下結論。
3.1 規(guī)模分布情況
如圖 1，圖 2可知：在所統(tǒng)計的 194個中小型城鎮(zhèn)污水廠中，氧化溝實例 129 個，SBR為 65 個。對于 0～2 萬噸/天的污水廠， SBR19 個，氧化溝 18 個。對于 2～5 萬噸/天的污水廠，SBR27 個，氧化溝 65 個。至于 5～10 萬噸/天的污水廠，SBR19個，氧化溝 46 個。
3.2 處理單位水量占地面積
由表 1 可知：①對于0～2 萬噸/天的污水廠，氧化溝處理單位水量占地面積小于 SBR。但對于 2～5萬噸/天和 5～10 萬噸/天的污水廠，氧化溝處理單位水量占地面積要大于 SBR。至于 0～10 萬噸/天的污水廠，兩者處理單位水量占地面積大致相當。②單位占地面積隨著規(guī)模的增加而減小，同時減小得越來越緩慢。結果分析：一般而言氧化溝水力停留時間較長，需設二沉池，占地面積較大。但對于規(guī)模較小的氧化溝，占地問題并不明顯。
3.3 各項經(jīng)濟指標
由表 2 可知：①在基建投資上，三種規(guī)模類型的氧化溝均高于相應的 SBR。但總體均值小于 SBR。且隨著規(guī)模的增加，噸水基建費用顯著減小。②在單位電耗上，氧化溝均大于同等規(guī)模類型的 SBR。且不同規(guī)模的 SBR，其單位電耗基本相當。但氧化溝隨著規(guī)模的增大，單位電耗有所下降。③在直接成本上，SBR 均大于同等規(guī)模類型的氧化溝。且兩者的直接成本均隨著規(guī)模的增加而減小。④在總成本上，對于 0～2 萬噸/天的污水廠，氧化溝要高于 SBR，但其余規(guī)模的總成本及總體均值均小于SBR。且兩者的總成本隨著規(guī)模的增加而減小。結果分析如下：
（1）基建投資：根據(jù) Ketchum等人的統(tǒng)計結果表明，采用 SBR 法處理小城鎮(zhèn)污水要比普通活性污泥法節(jié)省基建投資 30%以上[7]。 而同時去除有機物及脫氮除磷的氧化溝的基建費用比常規(guī)活性污泥法要低 40%-60%，運行費用低 30%-50% [8]。其中 SBR 是合建式，一般情況下征地費和土建費較氧化溝低，而設備費較氧化溝高，總造價的高低要視具體情況決定。地價高，對氧化溝不利；BOD5 濃度低，反應容積與沉淀容積的比值低，對氧化溝不利。進水 BOD5 濃度高，反應容積與沉淀容積的比值高，對氧化溝有利。 就目前的結果而言，可知在我國進水 BOD5 低，地價高對于基建投資的影響超過了設備費用的影響。之所以出現(xiàn)基建費用整體均值小于 SBR，是因為偏小型的 SBR 比例要大得多，而基建投資則是隨著規(guī)模的增加而減小。
（2）單位電耗：一方面 SBR 通常采用鼓風曝氣，氧化溝則采用的機械曝氣。在供氧量相同的情況下，鼓風曝氣比機械曝氣省電。其次 SBR 為合建式，不用污泥回流或少量回流，而氧化溝的污泥需大量回流， 此時 SBR 電耗小于氧化溝。 另一方面 SBR 工藝視變水位運行，也增大了進水提升泵站的楊程，此時增加了 SBR 電耗。而在污水廠的電耗之中，曝氣設備動力消耗量約占總能耗的 40%~50%，是污水廠的用能第一大戶，污水、污泥提升泵的電耗約為 10%~20%。 因此可知，主要是由于曝氣設備的原因，使得氧化溝工藝電耗大于了 SBR 工藝。
（3）直接成本（包括折舊、大修和利潤）、總成本：污水廠的直接成本包括了水費、電費、污泥費、維修費、生產(chǎn)運行必需的管理費等。而總成本則額外囊括了固定資產(chǎn)的折舊、設備大修、更新改造費用和利潤。 雖然 SBR 基建投資省，電耗低，但由于自控系統(tǒng)的復雜性，使得設備維修，管理費用增加，設備大修、折舊費用增加。另外美國曾對 13 種處理水平、24 種二級生化及二級處理系統(tǒng)進行了技術經(jīng)濟比較， 統(tǒng)計結果表明， 對于處理量為 3785～37850m3/d 的污水處理廠，除滲濾系統(tǒng)外，氧化溝工藝是最經(jīng)濟的。這在一定程度上也體現(xiàn)了氧化溝在經(jīng)濟指標上具有一定優(yōu)勢。但是在我國對于 0～2 萬噸/天的污水廠，氧化溝總成本超過了 SBR。從前面的基建投資和單位電耗可知，氧化溝不占優(yōu)勢，且特別是小規(guī)模污水廠，這一差距變得更大，因此使得此時總成本超過了 SBR。當然各個污水處理廠直接成本參差不齊，鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）屬的污水處理廠成本偏高等原因也影響了我們的統(tǒng)計結果。 總的而言，氧化溝直接成本和總成本低于 SBR，具有一定的優(yōu)勢。
3.4 水質(zhì)指標
由表 3 可知：①SBR 和氧化溝均有較高的 BOD，COD，SS 去除率，但氨氮、磷去除率較低。②在各項水質(zhì)指標上，SBR 和氧化溝相對照，無明顯規(guī)律，各有優(yōu)劣。③就全部污水廠均值而言，氧化溝除磷去除率不及 SBR，其余水質(zhì)指標均好于 SBR。 結果分析：氧化溝屬于延時曝氣，污泥齡較長，使得懸浮性有機物和溶解有機物可以得到很好的去除，但不利于除磷。另外由于我國污水廠進水 BOD5 較低，脫氮除磷所需碳源不足。使得我國污水處理廠中氨氮、磷去除率普遍偏低。總的而言，SBR 和氧化溝出水水質(zhì)的問題主要體現(xiàn)為氨氮、磷去除率不高。至于其它指標，均有較為理想的處理效果。
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4. 結論與展望
在我國，早在 80 年代 SBR 和氧化溝便有了應用。但目前運行的 SBR 和氧化溝污水處理廠基本上建于九五期間和十五期間。讓我們放眼于更遠的將來，基于 SBR 和氧化溝處理技術的不斷發(fā)展，我們有理由相信，它們將會不斷克服自身的缺點。
（1）在占地面積上，就目前而言，氧化溝不占優(yōu)勢，增加溝深成為其發(fā)展的必然趨勢。由于水下推進器在氧化溝中的應用，使得這一問題得到了很好的解決；另外一體化氧化溝等技術的發(fā)展，也在一定程度上簡化了工藝流程，減小了其占地面積。當然污水廠占地面積也不能一味的求小，生態(tài)綠化方面的要求也應該予以考慮。
（2）在基建投資上，就目前而言，由于進水 BOD5 低，地價高，氧化溝并不占優(yōu)勢。其中進水水質(zhì)同管網(wǎng)的普及率及城市特點類型，工業(yè)規(guī)模和性質(zhì)等有關，有時差別較大。隨著管網(wǎng)普及率的增加，進水 BOD5 會有一定的增大，但是人們用水量的增加，又勢必削弱這一影響?？偟枚?，我國進水水質(zhì)在未來幾年變化不大。至于地價，也并無下跌的趨勢。同時隨著國產(chǎn)化設備的研制，SBR 的基建投資會進一步降低。綜上可知：未來幾年在基建投資上，氧化溝將會持續(xù)高于 SBR。
（3） 在單位電耗上， 就目前而言， 主要由于曝氣設備的原因， 氧化溝的電耗要大于 SBR。而近年來由于水下推進器的應用，使得鼓風曝氣在氧化溝上的應用成為了可能，國內(nèi)已有多座氧化溝污水處理廠采用了鼓風曝氣加水下推進器的設備組合方式，節(jié)能效果明顯。同時如一體化氧化溝的發(fā)展， 也使得氧化溝污泥可以自動回流， 進一步降低了能耗。 因此綜上可知：氧化溝的電耗將會在將來應用中有所降低。
（4）在直接成本和總的成本上，總的而言，SBR 要高于氧化溝。主要是由于自控系統(tǒng)的復雜性，使得設備維修、管理費用增加，設備大修、折舊費用增加。隨著國產(chǎn)化設備的開發(fā)應用，這一問題會得到一定的緩解。
（5）在水質(zhì)指標上，兩者大致相當，氨氮、磷去除效率低是兩者共同存在的問題。這同當前低碳源的條件是分不開的。而隨著低碳源下脫氮除磷技術的開發(fā)及各種SBR、氧化溝改進工藝的應用。這一問題即將得到很好的解決。
5. 結語
隨著水環(huán)境治理的深入，中小型污水處理廠將會越來越多[15]。SBR 和氧化溝基于自身的眾多優(yōu)點， 它們必將在其中占有一席之地。 而充分利用已有的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行技術經(jīng)濟分析，再結合當?shù)貤l件，將會為工藝的選擇提供依據(jù)，帶來方便。同時，中小型污水處理廠的建設，也將會豐富我們的數(shù)據(jù)庫，豐富我們的經(jīng)驗。相信到那時，我國城鎮(zhèn)污水處理廠投資將越來越省、能耗和運行成本將會越來越低、占地將會越來越小。越來越多的環(huán)保型污水處理廠將會呈現(xiàn)在我們眼前。
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