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工艺流程及设计参数

内蒙古西乌珠穆沁旗污水净化厂设计处理规模为1×104m3/d ，采用CWSBR®（恒水位SBR）工艺，于2010年5月竣工，2010年6月启动生物调试运行，截止7月30日，该项目各项出水水质指标实际已达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）中的一级A标准。设计进水水质见表1

表1 西乌珠穆沁旗污水净化厂设计进水水质

工艺流程如图1所示，每组CWSBR池额定设计流量5000m3/d，污泥负荷为0.045 kgBOD5/(kgMLSS·d)，MLSS为4500mg/L，好氧污泥龄为15d，停留时间为20.8h，好氧阶段溶解氧采用在线联锁控制，使反应区内DO浓度维持在0.5~2.5mg/L范围内。

图1 污水处理厂工艺流程示意

CWSBR®池的结构原理

内蒙古西乌珠穆沁旗污水净化厂CWSBR®反应池共有2座，每座反应池（42m×37m×5m，有效水深为4.5m）由进水控制区、主反应区和出水平衡区三部分组成，各部分通过可移动水帆相隔，如图2所示。

1.可移动水帆； 2.恒水位滗水器； 3.反应区进水泵； 4.反应区出水泵；

5.推流搅拌器； 6.微孔曝气器； 7.剩余污泥泵； 8.混合搅拌器

图2 CWSBR反应池示意

柔性水帆将池体分隔为控制区、主反应区和出水平衡区三个区域，使系统在连续进水、反应、连续出水的过程中互不干扰。三个区域的水容积变化使水帆自动移位，确保系统各区域在恒水位条件下连续稳定运行。具体运行方式为控制区连续进水，平衡区连续出水，反应区进水泵按照周期时序向反应区间歇进水，反应区为典型的SBR反应器，完成反应并沉淀后，上清液通过恒水位滗水器及反应区出水泵排入平衡区，完成整个周期过程。

系统启动

项目于2010年6月初正式启动生物系统调试，启动具体实施为：采用污泥接种培养，菌种来源为锡林浩特市污水处理厂脱水污泥，考虑到脱水污泥活性较差的特点，对反应区仅进行少量的投加接种，生物量的主要增长则是依靠连续运行过程中进水有机污染物的降解而实现污泥增殖。整个培养驯化过程分为三个阶段，第一阶段：2010年6月3日至2010年6月4日，完成污泥接种并开始进水连续运行，反应周期为6小时，其中好氧阶段为3小时；第二阶段：2010年6月5日至2010年6月25日，按照第一阶段运行周期连续运行，至COD、BOD5、SS出水指标达到设计要求，反应区污泥培养逐步成熟，污泥浓度接近1000mg/L；第三阶段：2010年6月26日至2010年7月30日，按照生物脱氮除磷工艺要求进行驯化，至N、P出水达到设计要求。

低C/N的N、P去除效果

1.氨氮的去除

系统调试运行过程中，有机碳及悬浮物污染指标随着污泥性状的逐步成熟，以较快时间达到设计要求，6月20日至6月25日的出水COD平均值为33.7mg/L，出水悬浮物值则稳定在10mg/L以下。在此过程中，氨氮不具备明显处理效果，如图3所示，7月11日之前的出水氨氮值要比进水氨氮值平均升高4.5mg/L以上，这与大连夏家河污水处理厂调试运行初期的现象一致，原因为异养菌对进水有机氮的氨化作用使氨氮浓度升高[1]。

图3 NH4+-N的去除效果

此外，系统进水氨氮最高值达到62mg/L，均值为45.93mg/L，较高于设计值的40mg/L，这也部分提高了系统氮负荷。随着污泥生物量的不断增殖，再加上反应区水温的持续上升，污泥逐步具备硝化功能，7月13日的氨氮出水值已经降至6.2mg/L，且7月20日~7月30日的稳定运行期，出水氨氮平均值为2.68mg/L。由此也说明，与冬季启动调节硝化功能至少需要75天以上相比，夏季至少可节约40天的时间，且只少量投加污泥菌种的直接污泥培养方式对硝化效果没有不良影响。

2.总氮的去除

硝化效果明显出现后，系统于7月16日调整了周期运行时序，主要变化为将原周期中的一次进水改为单个周期两次进水，同时延长了缺、厌氧反应时间而适度缩短了曝气时间，并开始规律排放剩余污泥。具体时序如下表。

表2 CWSBR池反应周期时序表

反硝化是以有机物作为电子供体，在缺氧条件下将硝态氮还原为氮气。反硝化菌的驯化较为快速，如图4所示，7月17日系统即出现明显的反硝化效果，出水总氮值为26.42mg/L，但在接下来的几天中，出水总氮最低值仍为18.7mg/L。目前普遍认为，有机底物的含量对反硝化效率有很大的影响[2-4]，研究表明：进水COD浓度在200mg/L以上且C/N大于3的状况，脱氮效率可以达到设计要求，而C/N大于5时可以实现完全反硝化[5]。

图4 TN的去除

7月17日至7月23日的进水BOD均值为118mg/L，C/N值平均为2.6，低于C/N为3的常规要求。由此推断，碳源不足可能是导致反硝化效果不理想的主要原因。因此，如何在现有条件下提高碳源用于反硝化的利用率成为关键问题。7月16日调整时序后，CWSBR系统已经通过单个周期两步进水的运行方式，提高了反硝化所需碳源的补给率，强化了系统的生物脱氮能力[6]。在此基础上，于7月23日重新调整了时序，在原时序的两次曝气阶段之后，各增加了一个短时间的混合搅拌过程。目的是利用该搅拌过程消耗池内过剩溶解氧，减少在新的反硝化过程中，新投入的有机碳源被生物体利用溶解氧而氧化分解。如图4所示，在时序调整后的7月29日，出水总氮值已降为13.74mg/L，而进水BOD值和TN值并没有明显变化。

3.磷的去除

图5 TP的去除

系统对磷的去除主要通过生物除磷结合化学除磷来实现，如图5所示，7月16日之前，进水TP变化较大，最大值为3.77mg/L，最小值为1.69mg/L，然而在未投加化学药剂的情况下，出水总磷稳定在0.8mg/L以下。7月16日之后几天的总磷去除效果有一定下降，随后通过在好氧阶段适量投加化学药剂的方法，使出水TP稳定在0.5mg/L以下。生物除磷效果的下降则归因于随着系统硝化效果的出现，低C/N值下的有机碳源优先被反硝化菌所利用，厌氧条件下能够为聚磷菌释磷提供的碳源数量明显降低[7]。

中水回用

CWSBR池出水经过接触消毒单元后，少量直接排放，80%水量则排入厂内中水储池，由中水提升泵升压后送至各中水供水点进行回用，2010年12月，该厂出水成功应用于西乌旗国际冰雪节，为人工造雪及冰雕制作供水。目前该厂出水多应用于环城绿化带等市政绿化和城市景观用水，日后已计划为周边的西乌旗白音华金山电厂循环水系统提供持续性水源。

结语

内蒙古西乌珠穆沁旗污水净化厂采用恒水位SBR—CWSBR工艺，通过利用污水连续运行的直接污泥培养法，成功进行了系统的生物启动和活性污泥培养。

针对低C/N的水质特点，通过CWSBR系统的单个周期多步进水的运行方式以及运行时序的可控调整，提高了进水碳源进行反硝化的利用率，提高出水总氮效果的同时，部分减少了CO2的排放量。碳源不足导致生物除磷效果不佳，通过结合化学除磷的方法，满足出水总磷达标要求。

CWSBR池出水经消毒后，达到回用水标准，完全满足市政功能用水及工业循环水系统的要求。