SBR工藝在處理模擬制革廢水中運行參數(shù)的優(yōu)化

朱 蕾

（渭南師范學院，陜西渭南 714099）

SBR工藝在處理模擬制革廢水中運行參數(shù)的優(yōu)化

朱 蕾

（渭南師范學院，陜西渭南 714099）

在處理制革廢水中常用SBR工藝，試驗探討了不同HRT、進水pH、COD負荷、NH3-N濃度、活性污泥濃度的運行參數(shù)，研究SBR工藝處理制革廢水的最優(yōu)運行參數(shù).結果表明：SBR反應器在進水COD為1 500～2 000 mg／L、NH3-N為150～250 mg／L、pH為7.5、運行污泥濃度在3.0 g／L左右、曝氣時間為18 h時COD去除率能達到95%左右，NH3-N去除率達到97%左右，其出水能夠達到一級出水標準.

SBR反應器；進水pH；COD負荷；NH3-N濃度；污泥裝載量

制革行業(yè)的污染在輕工業(yè)中僅次于造紙和印染，屬于高污染產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)過程排放的廢水具有高污染物濃度、高pH、高懸浮物、臭味濃等特點，若處理不徹底或直接排放，將對環(huán)境造成嚴重污染［1-2］.目前關于制革廢水的生化處理工藝有SBR法、氧化溝法、生物接觸氧化法、A／O法、A2／O法等［3-5］.

近年來，SBR是國內外迅速發(fā)展起來的一種處理廢水的新工藝，其最大的特點是靈活，可以間歇運行.馮元群、吳斌［6］等人結合實際工程經(jīng)驗，比較了幾種常用的生化法在制革廢水處理中的運用，對SBR法的運行管理、治理制革廢水的工程設計進行了研究，發(fā)現(xiàn)SBR生化法在治理制革廢水的過程中具有耐沖擊性、操作運行管理方便、建設成本和運行費用比較低等優(yōu)點.本試驗研究SBR工藝處理制革廢水的運行參數(shù)并進行優(yōu)化.

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，SBR反應器用有機玻璃制作，其結構主要由內徑為300 mm、高度為800 mm的圓柱和底部高度是250 mm、下半徑為50 mm的圓臺構成.反應器通過轉子流量計控制反應器的溶解氧在3～4 mg／L，試驗用水為模擬制革廢水，主要含有油脂、蛋白質、碎毛等大量有機物質以及重金屬離子Cr3+、硫化物等.

1.2 試驗材料

1.2.1 模擬制革廢水的配制

在燒杯中加入一定量的Ca（OH）2和Na2S，加一定量水進行溶解，然后加入適量牛毛并加熱，使牛毛逐漸水解，當牛毛水解完全后依次加入一定量的KH2PO4、（NH4）2SO4、荊樹皮栲膠、黑染料2GB、SE加脂劑、標準鉻粉和NaCl，調節(jié)pH值到7.5，根據(jù)試驗需求稀釋模擬制革廢水.

圖1 SBR反應器裝置圖

1.2.2 儀器

pHs-2F型pH計、BS224S型電子天平、ACO-003型電磁式空氣泵.

1.2.3 測定方法

重鉻酸鉀法測定COD，納氏試劑比色法測定NH3-N，pH計測定pH值.

2 結果與討論

2.1 SBR反應器體系中HRT的確定

SBR是通過在時間上的交替實現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的整個過程，它在流程上只有一個基本單元，將調節(jié)池、曝氣池和二沉池的功能集中在該池子上，兼有水質水量調節(jié)、微生物降解有機物和固液分離等功能. SBR反應器的運行過程主要分為進水、曝氣、沉淀、潷水、待機5個階段.進水階段是反應器在短時間內接納需要處理的污水，同時起到調節(jié)和均質的作用，由于反應器有效容積比較小，將采用快速進水方式，時間控制在30 min左右，在該階段不進行曝氣；沉淀時間參考實際工程將控制在2 h；潷水階段將直接通過排水口進行排水，時間較短可忽略不計；待機時間控制在4 h.由于曝氣階段是進行生化反應的主要過程，因此本試驗主要研究曝氣時間對SBR反應器處理制革廢水的影響.

試驗在HRT不同的條件下，制革廢水中COD和NH3-N的去除率變化曲線如圖2所示.

圖2 SBR反應器中COD去除率隨曝氣時間的變化

圖3 制革廢水反應過程中pH的變化

由圖2可知，當HRT小于9 h時，COD和NH3-N的去除率迅速升高，這可能是由于微生物在此階段呈對數(shù)期增長造成的；當HRT大于9 h時，COD和NH3-N的去除率呈穩(wěn)定變化趨勢.當HRT=15 h時，NH3-N去除率最高，達到99.34%；當HRT=18h時，COD去除率最高為98.19%.為使出水達到一級出水標準，確定試驗曝氣時間為18 h.

2.2 進水pH值不同對SBR工藝的影響

制革廢水微生物降解過程中混合液的pH值變化曲線如圖3所示.

從圖3中的制革廢水反應過程pH的變化情況來看，當pH≤7.0時，混合液的pH隨時間變化，先較大幅度上升后再緩慢下降，這是因為，在模擬制革廢水的配置過程中主要通過添加乙酸來調節(jié)pH，而乙酸是極容易降解有機物.對于制革廢水，因其主要含有的是蛋白質，在混合液pH較低時，絕大數(shù)適應較高pH環(huán)境的微生物代謝受到抑制，不能很好地將蛋白質快速完全降解，只產(chǎn)生大量氨基酸等中間產(chǎn)物，使得混合液的pH在反應的后階段緩慢降低.少數(shù)低pH型微生物（如嗜酸乳桿菌等）在活躍時，將底物較徹底地降解氧化成CO2、H2O等過程中，CO2因制革廢水中的加脂劑在表面產(chǎn)生大量的粘性泡沫，不能及時帶走，這些產(chǎn)物也會使pH略微降低.當pH＞8.0時，處理過程中pH降低的原因除了與上述原因相似之外，還在于混合液在高pH的情況下會出現(xiàn)氨氣逸出，間接降低了堿度.當7.5≤pH≤8.0時，絕大多數(shù)的活性污泥都具有較高的活性，整個反應體系中pH隨著HRT的增加變化較小.

圖5 COD負荷與COD去除率的關系

不同進水pH處理制革廢水其COD去除率結果如圖4所示.試驗結果表明：當pH在7.5～8.0時，微生物能將絕大部分底物較徹底地降解成CO2、H2O等，COD去除率能達到93%以上.當pH小于7.5時，隨著pH的增大，COD去除率也相應增大，這是由于在酸性條件下，pH會影響外酶和內酶的催化作用［7］.當pH大于8時，COD去除率有所下降.

2.3 COD負荷對SBR工藝的影響

COD負荷對SBR工藝影響的試驗結果如圖5所示.

由圖5可知，隨著進水COD的增大，廢水COD的去除率先增大后降低.當進水COD小于2 100 mg／L時，COD去除率都能達到90%以上.隨著進水COD增大，當其大于2 100 mg／L時，COD去除率迅速下降，這是由于在一定反應條件下，SBR反應器所能承受的COD負荷極限在2 100 mg／L左右.

2.4 NH3-N濃度對SBR工藝的影響

進水氨氮濃度不同，反應器COD和NH3-N去除率的變化曲線如圖6所示.

圖6 NH3-N濃度與NH3-N和COD去除率的關系曲線圖

圖7 污泥裝載量與COD去除率的關系曲線圖

從圖6可知，隨著進水氨氮濃度增大，NH3-N去除率逐漸降低，COD去除率先升高再降低.當氨氮濃度小于250 mg／L時，NH3-N去除率都在90%以上.可見，SBR工藝對處理低濃度氨氮廢水效果較佳.當進水氨氮濃度為200 mg／L，COD的去除率達到最高為94.3%.這是由于一定含量的氨氮可為微生物提供必需的氮元素，有利于微生物代謝活動［8］.但NH3-N濃度繼續(xù)增大，會逐漸抑制微生物的活動，使得反應體系受到抑制.

2.5 污泥裝載量對SBR工藝的影響

為使測定結果穩(wěn)定并具有代表性，每種濃度的污泥，反應器運行3個周期.整個研究過程污泥濃度由低到高，測定反應前后的COD以及SVI，其實驗結果如圖7和圖8所示.

圖8 污泥裝載量和出水SVI的關系圖

圖9 COD和NH3-N去除率與運行時間的曲線圖

由圖7可知，COD的去除率隨著污泥裝載量的提高先增大后降低.當污泥濃度在3.0和3.5的時候COD去除率達到最大.可見污泥的裝載量對SBR反應器具有一定的影響.這表明對于一定量的COD負荷，存在一個污泥濃度使其去除率達到較高水平，再提高污泥濃度對于化學需氧量去除率并不會再有很明顯的作用，而僅僅是將消化速率提高了一些.而圖8的數(shù)據(jù)顯示，當反應器中污泥濃度提高3.5 g／L以上時，SVI值達到200以上，說明污泥的沉淀性能受到影響，可能發(fā)生了污泥膨脹.這與微生物之間的競爭存在一定關系［9］.

2.6 優(yōu)化后SBR工藝在處理模擬制革廢水中運行狀況

由試驗對SBR反應器工藝進行參數(shù)優(yōu)化.優(yōu)化參數(shù)為：進水COD為1 500～2 000 mg／L、NH3-N為150～250 mg／L、pH控制在7.5、污泥濃度為3.0 g／L左右、曝氣時間18 h、沉淀時間2 h、閑置時間4 h、反應器運行30 d.結果如圖9所示.

由圖9可以看出，廢水COD去除率達到95%左右，NH3-N去除率達到97%左右.

3 結語

通過優(yōu)化SBR工藝參數(shù)，試驗結果表明：SBR反應器在進水COD為1 500～2 000 mg／L、NH3-N為150～250 mg／L、pH為7.5、運行污泥濃度在3.0 g／L左右、曝氣時間為18 h，其出水COD去除率達到95%左右，NH3-N去除率達到97%左右，出水能夠達到一級標準.

［1］張潔，劉素英，鄭德明.序批式活性污泥（SBR）法在制革生產(chǎn)廢水處理中的應用［J］.陜西科技大學學報，2001，24（3）：143-145.

［2］矯彩山，楊秀石，王有志，等.間歇式活性污泥法處理制革廢水工程實例研究［J］.應用科技，2001，28（5）：38-39.

［3］牛艷芳，馬興元，呂凌云，等.制革廢水處理新技術存在的問題和解決方法［J］.中國皮革，2009，38（11）：37-41.

［4］李宜娟，李彥春，劉漢勛.制革廢水生物處理方法的研究進展［J］.中國皮革，2008，37（9）：50-53.

［5］郭沛涌，李賴通.化學混凝法去除制革廢水懸浮物的研究［J］.中國皮革，2009，38（1）：20-22.

［6］馮元群，吳斌，梅竹松，等.SBR生化法在制革廢水處理中的應用［J］.工業(yè)水處理，2009，29（1）：20-22.

［7］MeCartney D M，Oleszkiewiez J A.Sulfide inhibition of anaerobic degradation of lactate and acetate［J］.Wat.Res，1991，25（2）：203-290.

［8］Borja R，Sanchez E，Weiland P.Influence of ammonia concentration on thermophilic anaerobic digestion of cattle manure in upflow anaerobic sludge blanket（UASB）reactors［J］.Process Biochemistry，1996，31（5）：477-483.

［9］Sossa K，Alarcon M，Aspe E，et a1.Effect of ammonia on the methanogenic activity of methylaminotrophic methane producing archaea enriched biofilm［J］.Anaerobe，2004，（10）：13-18.

【責任編輯 曹 靜】

Parameters Optimization of SBR in Treatment of Simulation Tannery Wastewater

ZHU Lei
（Weinan Normal University，Weinan 714099，China）

The optimization of parameters used in SBR for tannery wastewater treatment from HRT，the pH values of intake，COD load，NH3-N concentration and the activated sludge concentration was investigated.The results show in the process of SBR，when the intake COD is 1 500～2 000 mg／L，NH3-N is 150～250 mg／L，pH is 7.5，the operating sludge concentration is about 3. 0 g／L and the aeration time is 18h，the removal rate of COD is up to 95%.The NH3-N removal rate is about 97%.The outfall could be satisfied with the standard.

SBR；pH；COD load；NH3-N；sludge burden

X703

A

1009-5128（2014）19-0034-05

2014-06-09

朱蕾（1988—），女，陜西渭南人，渭南師范學院教師，工學碩士，主要從事制革廢水的處理方法研究.