摘要：因国家提高污水处理标准，使原有序批式间歇活性污泥处理工艺面临提标改造的局面，为此本文以实际案例为切入点，采用案例分析法、文献检索法，探究SBR工艺改造前污水性能和存在问题，分析高浓度城市污水处理厂对SBR工艺提标改造后，SBR工艺的运行效果以及经济效益，以便为污水处理厂对SBR工艺的改造提供参考依据以及工程借鉴。
关键词：高浓度城市污水；SBR工艺提标；改造设计
0引言
SBR工艺具有占地小，运行便捷的特点，但是存在脱氮除磷效率低、出水水质不稳定的问题，无法满足污水的高排放标准。随着国家城市对水环境要求、排入河流水源质量要求的提高，污水处理厂需要进一步加快对SBR工艺的改造，最大程度上挖掘和提升SBR脱氮除磷的潜力和速度，并提高污水深度处理工艺水平，以便确保出水水质达标，改善水质浓度高、预备用地有限的问题。
1高浓度城市污水处理厂SBR工艺改造前
SBR工艺是传统活性污泥处理法的一种变形，是通过降解有机物，将有机物与混合液沉淀于一体的反应器，整体工艺运行简单，建设费用和运行费用低廉，出水级别能够达到城镇污水处理厂排放标准中的二级标准。
1.1改造前SBR池
SBR生物池在改造前设计规模为5 500 m3/d。整个生物池可分为四池（1池、2池、3池、4池）。SBR生物池设计参数为，厌氧池尺寸可达3.25 m×310 m×6.35 m；好氧池参数2.35 m×20.00 m×5.00 m；SBR生物池的总容积已经突破了4 800 m3，其中生物池的MLSS质量浓度为4.0 g/L，生物池供氧量达40 000 m3/d[1]。在生物池改造前，污水需在第一小时进入1池，经曝气、沉淀、撇水、曝气后，待至第一阶段处理完成后进入2池，再经过曝气、撇水、曝气、沉淀后进入3池，重复上述步骤，进入四池直至出水，整体污水处理流程繁杂且效率低下，出水水质仅能达到二级标准。
1.2改造前SBR处理流程
整个SBR污水处理工艺具有间隙性、周期性的特点。在进行污水处理过程中，将其分为进水期、反应期、沉降期、排水期和闲置期。污水需要按照规定的流
程进入到运行周期。首先，污水进入到调节池中，在对污水进行预处理后，进入到粗格栅，经过粗格栅的沉淀，进入到泵房，利用泵房的反应推动力，降解污水中的有机物，以便减少后续曝气池的曝气时间；在对污水进行降解后，将污水传送到细格栅中，利用间歇曝气抑制污水中的丝状菌繁殖；然后进入旋流沉砂池，利用旋流作用沉淀污水中的杂质；待至沉淀完毕后，污水进入SBR生物池，代谢污水中的氮和磷，进行紫外线消毒，然后将污水排放至河流。
1.3实际进出水质（表1）
通过对实际出水质的检测发现，在SBR工艺处理后，污水中的CODCr、BOD5、SS含量、氨氮含量、TN含量都有所降低。其中CODCr在130～250 mg/L范围内；BOD5在230~340 mg/L范围内；SS含量在200~450 mg/L范围内，氨氮含量在52~64 mg/L范围内，TN含量在120~390 mg/L范围内。
1.4 SBR工艺存在问题
通过对出水水质的检测发现，其中有害物质含量浓度虽然有所降低，但是无法达到污水排放标准中的一级B标准，且其对CODCr、BOD5、SS、氨氮等有害物质的处理较为不稳定，即便经过紫外线消毒和抑制菌群的处理，有时也无法达到排放标准，为此需要对SBR工艺进行提标改造，以便使出水水质的保障率达到85%，其污水排放的评级达到一级B标准。
1.5 SBR工艺性能
在对SBR工艺进行提标改造前，SBR工艺在对污水处理的过程中，主要是通过增加间歇反应时间，提升对污泥的处理效率，减少污泥的反应时间。并且在处理时采用非曝气法式，使污水氧气均衡。但是由于污水处理过程中，间歇反应占主导地位，无法对氮和磷进行有效处理。因此，为提升SBR工艺的性能，在进行初步改进时将COD值的变化作为参考依据，测定污水中的污泥含量、温度，以及污泥沉降比，观察污水处理中的污泥沉降情况，以便调节SBR工艺的运行参数，提升污水对氮和磷的处理效率[2]。
2高浓度城市污水处理厂SBR工艺提标改造
为实现对SBR工艺的提标改造，确保出水水质达到污水处理标准中的一级B标准，在进行改造过程中结合实际水质以及进水水质浓度，对污水处理厂的现有设施进行改造，以便提升SBR工艺的处理水平，降低出水水质浓度。
2.1改造思路
进水水质中SS浓度过高，且其中含有大量的无机物，因此决定在改造时增加预处理设施，事先对污水中的SS物质进行沉淀分离，以便降低后续污水处理负担，避免SS物质对污水处理系统造成影响。预处理系统的改造，主要是在粗格栅、细格栅以及旋流沉砂池加设初沉池，提升排泥效果，提升系统运行的稳定性[3]。而针对污水处理中CODCr含量较高的问题，在对其进行改造，选择时先用生物处理手段消除污水中的BOD、氨氮和CODCr等污染物，以便为后续出水水质达到一级B标准奠定基础。通过改造现有的SBR工艺，提升其脱氮除磷的效率，通过设立独立的功能分区（见图1），扩建SBR池，降低出水水质波动，保证出水水质的稳定性。另外，在进行改造过程中，增加深度处理设施，以便能提升处理SS污染物的数量，在采用生物处理手段的基础上，辅以化学除磷手段，确保出水水质得以达到排放标准。
2.2复核二级处理能力
在预处理阶段，主要是利用初沉池去除污水中部分污染物，确保污水中的CODCr、SS含量降到25%以下，其中污染物的去除率达到50%，氨氮的去除率为2.5%。在对生物池中好氧池和缺氧池容积进行计算时，依照室内排水设计标准，采用缺氧和好氧法进行计算，确保污泥质量浓度得以降低至4 000 mg/L，而好氧池的容积达到39 602 m3，厌氧池的容积达到15 476 m3。
2.3预处理系统
在SBR池新增两座幅流式初沉池，以便提升表面水力负荷，将污水的沉淀时间缩短至1.15 h。为初沉池配备周边传动半桥式刮泥机，并在初沉池的进水管上设置超越管，一旦系统检测污水中的SS含量较低，就可以启动超越初沉池，将原水中的碳源直接传输至生物池中，提升碳源的利用效率[4]。
2.4生物池改造
本次对SBR工艺进行改造主要是通过设立独立功分区的方式，对污水进行处理，设置厌氧、好氧、缺氧各功能区对污水中污泥浓度进行控制，确保将污水中的污泥质量浓度降低至4 000 mg/L。同时，设置混合液回流系统，挖掘污水中的有效水，提升生物池中的有效水含量，将其深度提升至6 m，以便增加有效水的容积。为了确保污泥和原水有效分离，还增加泥水分离设施，利用隔墙分离厌氧区，减少污泥的停留时间，并为分离预留出富裕的缺氧区，以便在SBR进行主反应时，能借助现有的生物池结构，分离泥水。另外，在厌氧区增加搅拌器，每个区域内添加功率为2.0 kW的搅拌器，并在缺氧区每个区域内添加功率为5 kW的推流器，拆除好氧区原有的曝气设施，重新选用功率较大的曝气系统，以保证污水处理的有效性[5]。在好氧区末端加设回流泵，提升污水的回流比。更为重要的是，在好氧区还要加设原状空气主管装置，以便缩短泥水分离时间，确保反硝化脱氮效果，提升整个系统运行的灵活性。
2.5加药鼓风系统
针对加药系统的改造，主要是在全系统中添加聚合氯化铝为去除磷提供辅助。在整个系统共添加两个投加点，其一是生物池出水堰，其二是进水管混合器。在生物池出水堰添加投加点，能够在去除磷污染物时，提升活性污泥的沉降性能，确保磷的消除率提升10%。而在进水管混合器添加投加点，则能基于实际的水质情况以及运行效果，辅助投加聚丙烯酰胺，一旦在进水时SS含量较高，可以通过在进水管混合器投加聚合氯化铝，改善SS的沉降效果。针对鼓风系统的改造，目的在于降低原有鼓风机的能源消耗，改善噪音大，提升鼓风机的风量和风压。本次在改造过程中，将鼓风系统更换为磁悬浮离心鼓风机，能够有效降低噪音污染，保证鼓风系统的节能效果。并且在鼓风机作用时，还能够基于进出水质的曝气量，重新核算汽水比，适当地增加风量和风速。
2.6消毒系统
原本SBR工艺的消毒系统是紫外线消毒，但是在消毒过程中极易受到进水水质波动的影响，无法保消毒的稳定性，尤其是无法保证SS出水指标的稳定性，无论是紫外线的透光率还是实际消毒效果都达不到相应的标准。为此，本次改造过程中，出于降低消毒系统运行成本，提升消毒效果的目的，将紫外线消毒改造成液氯消毒方式，通过液氯投加点对污水进行消毒，以便提升污水的消毒率。在对消毒池进设计的过程中，将其尺寸设为45 m×52.2 m×4.2 m，其出水量需要达到1.80 m3/s。同时，为了有效检测出水的水质，在进行设计的过程中，还在消毒池建立在线监测房，用以实时监测出水的水质，确保消毒后的水质得以达标。
2.7供电系统
原有SBR工艺所配备的供电系统为10/0.2 kV变配电室，其中囊括了高压配电室、低压配电室、柴油发电室。但是在使用过程中，其无法满足SBR系统运行的需求，且消耗的能源也超出预期，因此决定对其进行改造。在原有电气系统的基础上，建设10 kV/0.4 kV分变配电室，以便扩大配电及控制范围，满足新加设初沉池、改造后的鼓风系统、加药系统以及预处理系统的供电需要。同时，在改造过程中，为了能够提升电气系统的负荷，为新建筑物提供稳定的电源，还在污泥泵房、消毒池、加氯间增加输电设备，确保供电的安全性，满足系统的供电需要。对供电系统的改造，都是在原有供电系统的基础上对其进行改造，并未改动供电系统的主体，因此整体改造成本较低，不仅满足了新添设备供电的需要，同时还保证了供电的安全性。
3案例分析
对SBR工艺进行改造后，为检测其改造效果，决定对SBR工艺进行试运行。在实验的过程中，通过检测SBR工艺参数、运行效果以及判定经济效益，检测SBR工艺改造存在的问题，以便进行及时改进，提升SBR工艺提标改造的合理性。
3.1工程概况
某污水处理厂占地18 310 m3，近期污水处理规模为5 000 m3，远期污水处理规模为10 000 m3/d。该污水厂自运行开始，就将出水水质的标准定为二级标准，随着国家污水处理标准的提高，现需将污水处理标准提升为一级B标准。但是由于污水处理厂占地规模有限，故只能通过对SBR工艺进行提标改造，提升出水水质，强化污水处理厂的污水处理能力，提升SBR系统的运行能力。
3.2实验分析
在利用SBR工艺对污水进行处理时，其关键在于降低污水中的有机物浓度，并在处理的过程中缩短反应时间，提高污泥有机物负荷。因此，在本次实验中基于污水中的有机物浓度对系统的反应时间进行测定，在SBR工艺预处理系统和生物池改造的前提下，如果进水时有机物浓度较高，反应时间被缩短，则会提升活性污泥的内源氧化速度。同时，在利用SBR工艺对高浓度污水进行处理时，借助生物池中的各个功能分区，抑制污泥中细菌的增长速度，并减少大量游离菌、丝状菌的生长。另外，借助SBR工艺的回流器，为污水中的微生物群制造了激烈的竞争环境，降低了微生物群的成活率，并有效抑制了丝状菌的过分繁殖，污泥膨胀的现象也得到有效改善，提升了系统对污泥的处理效果。
3.3实验参数
通过对SBR反应工艺的改造，SBR反应工艺系统能够基于系统的运行情况和对污水的处理情况，调节运行参数。因为改造后的SBR工艺是在系统的控制下，所以对污水处理的每个阶段的时间都可以进行灵活调节。例如，在实验时，将进水时间设置为3 min，曝气反应180 min，则系统就会将沉淀时间调整为30 min，出水时间设置为3 min，将整个排水比设定在1:3，确保系统运行与污水处理的需要的适配性，保证污水处理效果。
3.4运行效果
改造后的SBR工艺在实际运行过程中，其出水水质中的SS质量浓度维持在15～20 mg/L。污水在经过生物处理后，其氨氮含量也大幅降低，并且在对污水处理时并未发现明显的滤池板结现象，其出水水质提升至一级B标准。
3.5经济效益
本污水厂通过对SBR工艺的改造，污水处理规模得到了大幅提升。且本次改造的费用并未超出预期。通过计算，本次改造费用为5 325.5万元，其中土建费用不足3 000万元，各个设备采买费用约2 000万元左右。
4结语
本次对SBR工艺进行提标改造，是基于原污水处理厂SBR工艺的运行情况、水力流程以及水池容积进行变动，并且在改造过程中充分利用了现有的水头和池容，采用增添设备，增设投加点的方式进行变动，以便确保SBR工艺不受水质波动的影响，提升SBR工艺的处理效果，强化污水厂的污水处理能力。
参考文献
[1]王梦.高浓度溶氧水对SBR工艺处理生活污水的影响研究[D].武汉：中钢集团武汉安全环保研究院，2020.
[2]冉斌虎.SBR-FO耦合工艺处理生活污水的研究[D].广州：广州大学，2018.
[3]张亚.A/SBR工艺处理高浓度有机废水研究[J].资源节约与环保，2015（4）：32-34.
[4]董国日.序批式活性污泥工艺（SBR）自动化控制及工艺性能研究[D].长沙：中南大学，2007.
[5]景兆华，王向举，刘海茹，等.西北某高浓度城市污水处理厂SBR工艺提标改造设计[J].净水技术，2023，42（4）：169-175.
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