SBR法對(duì)繅絲廢水的后續(xù)處理試驗(yàn)研究

陳小玲，李金城,2，鄭華燕，吳 蕾，闕光龍，李文文

(1.桂林理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西環(huán)境工程與保護(hù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004)

SBR法對(duì)繅絲廢水的后續(xù)處理試驗(yàn)研究

陳小玲1，李金城1,2，鄭華燕1，吳 蕾1，闕光龍1，李文文1

(1.桂林理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西環(huán)境工程與保護(hù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004)

通過(guò)研究影響序批式活性污泥法(SBR法)對(duì)繅絲廢水的后續(xù)處理效果的各種因素，得出最佳工況運(yùn)行條件。結(jié)果表明，在SBR法中，曝氣時(shí)間為8 h，沉淀時(shí)間為40 min，溶解氧值為2～3 mg/L時(shí)，系統(tǒng)處理效果最好，COD、氨氮和TP的去除率分別達(dá)到90.5 %±0.5 %、95.1 %±0.6 %和78.2 %±3.1 %，出水的COD和氨氮都能達(dá)標(biāo)排放。將SBR反應(yīng)器作為繅絲廢水后續(xù)好氧處理工藝，具有較高的處理效率和較好的運(yùn)行穩(wěn)定性。

繅絲廢水；SBR法；影響因素

中國(guó)既是世界最大生絲生產(chǎn)大國(guó)，又是繅絲廢水排放大國(guó)，繅絲業(yè)不僅單位產(chǎn)品取水量大，而且廢水排放量也大。為了應(yīng)對(duì)金融危機(jī)對(duì)紡織業(yè)造成的損失，2009年中國(guó)紡織工業(yè)協(xié)會(huì)指出紡織業(yè)應(yīng)將促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、產(chǎn)業(yè)鏈整合，在新材料、新工藝、新裝備、信息化，以及節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、綠色紡織等重點(diǎn)領(lǐng)域加快高新技術(shù)研發(fā)和利用[1]。從清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排的角度來(lái)說(shuō)，開(kāi)展繅絲行業(yè)生產(chǎn)廢水處理與資源化利用技術(shù)的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著自動(dòng)控制技術(shù)日趨成熟，以及各種既經(jīng)濟(jì)又精確的監(jiān)測(cè)儀器的出現(xiàn)，解決了SBR(序批式活性污泥法)在實(shí)際工程應(yīng)用上的問(wèn)題[2]，使SBR法的控制提高到了一個(gè)新的高度。技術(shù)人員還將SBR工藝廣泛應(yīng)用于啤酒廢水[3]、印染廢水[4]、屠宰廢水[5]、造紙廢水[6]等，對(duì)SBR的運(yùn)行模式、工藝特性、運(yùn)行參數(shù)、污泥性能及脫氮除磷等方面做了大量的研究并取得了很多研究成果，實(shí)踐證明SBR是一種性能穩(wěn)定的污水處理方法[7]。國(guó)內(nèi)SBR法在繅絲廢水處理中的應(yīng)用已很廣泛。如浙江某絲綢廠采用酸性混凝→調(diào)節(jié)池→SBR→斜板沉淀工藝處理繅絲廢水[8]，繅絲廢水經(jīng)預(yù)處理后，進(jìn)入SBR反應(yīng)池，廢水COD由1 037 mg/L降至89 mg/L，處理效果顯著。該方法具有工藝簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、處理能力強(qiáng)、耐沖擊負(fù)荷、運(yùn)行方式靈活、不易發(fā)生污泥膨脹和占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，是處理中小水量廢水，特別是間歇排放廢水的理想工藝。本研究通過(guò)改變水力停留時(shí)間、曝氣量、溶解氧、水溫等參數(shù)，確定最佳工藝運(yùn)行條件，并考察系統(tǒng)在最佳工藝條件下穩(wěn)定運(yùn)行的試驗(yàn)效果。

1 試 驗(yàn)

1.1 SBR試驗(yàn)裝置

SBR反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃制成，有效容積3 L，換水率為50 %。如圖1所示，廢水由反應(yīng)器頂部進(jìn)入，由反應(yīng)器中部出水口排出，放置曝氣頭在反應(yīng)器內(nèi)曝氣，進(jìn)水和出水由水泵、液位儀、時(shí)間繼電器和電磁閥共同控制，曝氣由時(shí)間繼電器控制。通過(guò)帶閥門(mén)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)并計(jì)量曝氣量，反應(yīng)器內(nèi)的溫度通過(guò)底部水浴加熱進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)和控制，水溫控制在(25±2)℃。反應(yīng)器的運(yùn)行周期分為進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水和閑置5個(gè)階段。每一周期處理水量為1.5 L。

圖1 SBR反應(yīng)器Fig.1 Sequencing batch reactor

1.2 接種污泥

將取自桂林市某污水廠氧化溝中的活性污泥作為接種污泥，悶曝2 d后，取1.5 L污泥加入到反應(yīng)器中?？紤]試驗(yàn)的操作性，SBR反應(yīng)器每天只運(yùn)行2個(gè)周期，每周期12 h，反應(yīng)器按“瞬時(shí)進(jìn)水—曝氣—沉淀—排水(1 min)—閑置”模式進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。通過(guò)改變運(yùn)行方式考察COD、NH3-N、TP的去除效果，確定SBR工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)。

1.3 分析方法

COD：重鉻酸鉀法，BOD5：稀釋與接種法，NH3-N，納氏試劑分光光度法，TP：鉬酸銨分光光度法，pH：玻璃電極法，MLSS、MLVSS：重量法。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥的培養(yǎng)與馴化

活性污泥是由具有活性的微生物、微生物自身氧化的殘留物，以及吸附在活性污泥上的不能被微生物降解的有機(jī)物組成，對(duì)廢水的處理起主要作用。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，直接進(jìn)實(shí)際廢水，隨著廢水水量的增加，部分污泥解體直至死亡，表現(xiàn)為污泥松散，大塊上浮。經(jīng)過(guò)2周后，污泥上浮情況基本消失，絮體明顯增多，黑色的污泥逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S褐色污泥，以不同濃度的進(jìn)水負(fù)荷對(duì)污泥進(jìn)行進(jìn)一步培養(yǎng)馴化，直至進(jìn)水全為繅絲廢水，所需的水溫始終維持在(25±2)℃，進(jìn)水pH值保持在7.0～8.0。經(jīng)近一個(gè)月的培養(yǎng)馴化，污泥生長(zhǎng)情況良好，沉降性能穩(wěn)定，SV30穩(wěn)定在18.1 %～28.9 %，SVI在64.1～89.2 mL/g，COD去除率穩(wěn)定在90 %以上。通過(guò)鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥成分以菌膠團(tuán)占優(yōu)勢(shì)，并且鏡檢時(shí)可以觀察到累枝蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)、輪蟲(chóng)等，鐘蟲(chóng)、輪蟲(chóng)是出水水質(zhì)非常好的表現(xiàn)[9-10]，可認(rèn)為此時(shí)污泥馴化成功。

圖2 SBR反應(yīng)器中的微生物相Fig.2 The microorganisms in SBR reactor

馴化階段，SBR對(duì)COD去除情況如圖3所示。由圖3可以看出，隨著進(jìn)水COD質(zhì)量濃度的逐步升高，開(kāi)始存在一定的波動(dòng)，15 d后，隨著進(jìn)水COD質(zhì)量濃度的升高，去除率趨于穩(wěn)定。當(dāng)質(zhì)量濃度增加到1 044 mg/L時(shí)，COD質(zhì)量濃度去除率呈一定的下降趨勢(shì)。當(dāng)進(jìn)水COD質(zhì)量濃度超過(guò)1 139 mg/L時(shí)，出水COD濃度超過(guò)100 mg/L，不能達(dá)到GB 8978－1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，確定容積負(fù)荷為1.05 kgCOD/m3·d。通過(guò)改變繅絲廢水的進(jìn)水負(fù)荷，COD的去除率變化不大，說(shuō)明SBR系統(tǒng)對(duì)繅絲廢水具有一定的抗負(fù)荷能力。

圖3 進(jìn)水COD質(zhì)量濃度對(duì)去除效果的影響Fig.3 Effect of in fl uent COD on removal rate

2.2 最佳運(yùn)行工況的確定

2.2.1 曝氣時(shí)間

在SBR反應(yīng)器中，曝氣是氧氣供給的必要條件，曝氣時(shí)間是SBR工藝運(yùn)行中最為重要的參數(shù)[11]。曝氣時(shí)間不足，會(huì)引起系統(tǒng)的溶解氧供應(yīng)不充分，微生物的代謝將受到影響，曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，微生物進(jìn)行消耗性?xún)?nèi)源呼吸，會(huì)造成污泥性狀?lèi)夯?，又增加運(yùn)行成本[12]?？疾炱貧鈺r(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)繅絲廢水中COD與NH3-N去除效果，確定曝氣時(shí)間的長(zhǎng)短，其降解曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

圖4 曝氣時(shí)間對(duì)去除效果的影響Fig.4 Effect of aeration time on removal rate

由圖4可知，隨曝氣時(shí)間延長(zhǎng)，COD去除率逐漸增大，但曝氣到一定時(shí)間后COD去除率增加幅度很小。在反應(yīng)前2 h，COD去除率增長(zhǎng)很快，曝氣5 h后，出水COD達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但此時(shí)NH3-N的去除率為88.7 %，未能達(dá)標(biāo)排放，當(dāng)曝氣到8 h，出水NH3-N小于7.5 mg/L，同時(shí)對(duì)有機(jī)物的去除也更為徹底，出水COD小于90 mg/L，確定最優(yōu)曝氣時(shí)間為8 h。

2.2.2 溶解氧

溶解氧(DO)是影響生物處理效果的重要因素。當(dāng)曝氣量不足、溶解氧濃度偏低時(shí)，易發(fā)生絲狀菌性膨脹[13]。但DO濃度過(guò)高不僅造成動(dòng)力浪費(fèi)，而且易使污泥老化解絮，出水懸浮物增加[14-15]。試驗(yàn)通過(guò)空氣壓縮機(jī)和氣體流量計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)器中的溶解氧量，在運(yùn)行方式、進(jìn)水濃度、溫度等條件基本相同的情況下，DO值分別取1、2、3、4 mg/L，研究不同DO值對(duì)出水COD和氨氮濃度的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5可明顯看到DO對(duì)SBR去除效果的影響，當(dāng)DO為1 mg/L時(shí)，微生物處理廢水受到抑制，出水指標(biāo)濃度較高，去除率效果差；當(dāng)DO值由1 mg/L提高到2 mg/L時(shí)，微生物對(duì)廢水的處理效果較好，COD去除效果提高了27.09個(gè)百分點(diǎn)，氨氮去除效果提高了28.12個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)DO值大于2 mg/L時(shí)，有機(jī)物降解接近最大值，上升趨勢(shì)不明顯，不再是反應(yīng)的主要影響因素。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，曝氣階段DO值宜為2～3 mg/L。

圖5 DO值對(duì)SBR去除效果的影響Fig 5 Effect of dissolved oxygen on removal rate of SBR

2.2.3 沉淀時(shí)間

在SBR反應(yīng)器中，沉淀時(shí)間直接影響出水水質(zhì)，確定一個(gè)合理的沉淀時(shí)間很重要。沉淀時(shí)間過(guò)短，出水中含有大量未沉淀的懸浮物而影響出水水質(zhì)，沉淀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生污泥上浮現(xiàn)象[16]。

圖6 沉淀時(shí)間對(duì)SBR去除效果的影響Fig.6 Effect of precipitation time on removal rate of SBR

由圖6可知，沉淀時(shí)間對(duì)COD和NH3—N去除效果影響甚微，主要是從污泥的沉降性能來(lái)確定沉淀時(shí)間的。圖7為反應(yīng)器中污泥沉淀的泥水界面高度及上清液中SS質(zhì)量濃度變化規(guī)律。從圖7可以看出，沉淀時(shí)間小于10 min時(shí)，泥水界面不明顯，出水SS質(zhì)量濃度較高。當(dāng)沉淀時(shí)間為20 min時(shí)，泥水界面下降到排水口以下。經(jīng)過(guò)40 min的沉淀，沉淀過(guò)程基本完成，出水SS質(zhì)量濃度下降到14.52 mg/L，之后出水SS質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定。因此，確定SBR反應(yīng)器的沉淀時(shí)間為40 min。

圖7 SV與SS質(zhì)量濃度隨沉淀時(shí)間的變化Fig.7 Change of SV and SS with running time

2.3 最佳工況下運(yùn)行效果研究

在最佳工況條件下，采用SBR反應(yīng)器對(duì)繅絲廢水進(jìn)行后續(xù)處理。其廢水水質(zhì)情況如下：COD為671.2～972.3 mg/L，NH3-N為110.2～169.5 mg/L，TP為20.3～32.7 mg/L，pH6.8～7.9。

2.3.1 對(duì)COD的去除效果

由圖8可知，SBR反應(yīng)器的進(jìn)水COD質(zhì)量濃度為671.2～972.3 mg/L，其出水的COD值為63.4～88.7 mg/L，出水穩(wěn)定在100 mg/L以下，去除率為90.5 %±0.5 %，系統(tǒng)的COD去除效果良好。

圖8 SBR反應(yīng)器對(duì)COD的去除效果Fig.8 Removal effect of SBR reactor on COD

2.3.2 氨氮的去除效果

由圖9可知，SBR反應(yīng)器的進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度范圍為110.2～169.5 mg/L，其出水氨氮值一直保持在10 mg/L以下，去除率為95.1 %±0.6 %。

圖9 SBR反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除效果Fig.Removal effect of SBR reactor on ammonia nitrogen

2.3.3 TP的去除效果

由圖10可知，SBR反應(yīng)器的進(jìn)水TP質(zhì)量濃度范圍為20.3～32.7 mg/L，其出水TP質(zhì)量濃度為4.9～6.1 mg/L，去除率為78.2 %±3.1 %，不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。主要原因在于，雖然在SBR的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中有厭氧(或缺氧)與好氧環(huán)境的交替，使沉淀、排水及排泥階段的污泥可處于良好的厭氧或缺氧狀態(tài)，但此時(shí)反應(yīng)器中的有機(jī)底物已所剩無(wú)幾，因而對(duì)聚磷菌的磷釋放不具備足夠的易被聚磷菌所利用的有機(jī)底物。所以導(dǎo)致SBR反應(yīng)器對(duì)TP的去除效果不佳，還需進(jìn)行深度除磷。

圖10 反應(yīng)器對(duì)TP的去除效果Fig.10 Removal effect of SBR reactor on TP

3 結(jié) 論

1)經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的培養(yǎng)馴化，得到了活性較高的污泥，呈黃褐色，絮狀，S V 3 0穩(wěn)定在18.1 %～28.9 %，SVI在64.1～89.2 mL/g，COD去除率穩(wěn)定在90 %以上，反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定。

2)通過(guò)改變曝氣時(shí)間、DO值和沉淀時(shí)間來(lái)確定SBR反應(yīng)器的最佳工況條件為：曝氣時(shí)間為8 h，沉淀時(shí)間為40 min，DO值為2～3 mg/L。

3)在最佳工況條件下，SBR反應(yīng)器對(duì)厭氧處理后的繅絲廢水具有很好的處理效果。在進(jìn)水COD、氨氮和TP質(zhì)量濃度分別為671.2～972.3 mg/L，110.2～169.5 mg/L，20.3～32.7 mg/L時(shí)，對(duì)COD、氨氮和TP的去除率分別穩(wěn)定在90.5 %±0.5 %、95.1 %±0.6 %和78.2 %±3.1 %，出水COD和氨氮都能達(dá)標(biāo)排放。將SBR反應(yīng)器作為繅絲廢水后續(xù)好氧處理設(shè)備，具有較高的處理效率和較好的運(yùn)行穩(wěn)定性。

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Follow-up treatment research of filature wastewater by SBR

CHEN Xiao-ling1, LI Jin-cheng1,2, ZHENG Hua-yan1, WU Lei1, QUE Guang-long1, LI Wen-wen1
(1. College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China; 2. State Key Laboratory of Environmental Engineering and Protected Assessment in Guangxi, Guilin 541004, China)

By studying the impact of sequencing batch activated sludge process (SBR) to the filature wastewater treatment effect of various factors, the best operation conditions was obtained. The results showed that: when the aeration time is 8 h, the precipitation time is 40 min and dissolved oxygen value is 2-3 mg/L in SBR,it can achieve the best effect; under this condition, the removal rate of COD, ammonia nitrogen and TP are 90.5%±0.5%, 95.1%±0.6% and 78.2% ±3.1%, and both of the effluent COD and ammonia nitrogen can reach the standards. As filature wastewater treatment subsequent aerobic process, SBR reactor has high treatment efficiency and good operation stability.

Filature wastewater; SBR; Influence factor

X791

A

1001-7003(2012)01-0017-04

2011-08-30；

2011-10-09

廣西科技廳項(xiàng)目(桂科攻10124002-3)；廣西教育廳科研項(xiàng)目(桂教科研200911LX125)；廣西高校人才小高地建設(shè)“環(huán)境工程”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助計(jì)劃項(xiàng)目(桂教人[2007]71)；廣西環(huán)境工程與保護(hù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任基金項(xiàng)目(桂科能0701z010)

陳小玲(1986－ )，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樗廴究刂啤Ｍㄓ嵶髡撸豪罱鸪?，教授，博士，china_ljc@263.net。