水解酸化+兩級SBR處理蛋白飼料生產(chǎn)廢水

祁佩時，李鵬杰，劉云芝

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱 150090)

水解酸化+兩級SBR處理蛋白飼料生產(chǎn)廢水

祁佩時，李鵬杰，劉云芝

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，哈爾濱 150090)

通過水解酸化和兩級SBR工藝處理蛋白飼料生產(chǎn)廢水的試驗研究，確定了水解酸化反應(yīng)器的最佳停留時間，探討了兩級SBR反應(yīng)器中CODCr、NH3—N和DO的變化規(guī)律.實驗結(jié)果表明，進水CODCr在1 654～213 2 mg/L、NH3—N在35～65 mg/L時，反應(yīng)器處理效果穩(wěn)定，出水CODCr在100 mg/L以下，去除率在96%左右，NH3—N在5 mg/L以下，去除率在92%左右，出水水質(zhì)達到了《淀粉工業(yè)水污染物排放標準》.

水解酸化；SBR；蛋白飼料廢水；廢水處理

馬鈴薯淀粉生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的高質(zhì)量濃度有機廢水，這些廢水含有大量的有機物，如蛋白、低聚糖等[1-6]，如果不經(jīng)過處理直接排放，不僅會造成水環(huán)境的污染，而且會導(dǎo)致大量的資源流失.

隨著人們對廢水資源化利用認識的不斷深入，對于該種高質(zhì)量濃度有機廢水資源化利用的研究也越來越多.某公司研究利用馬鈴薯生產(chǎn)廢水和薯渣通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料，不僅有效地利用了馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水和薯渣中的有機物使其資源化，而且極大地降低了蛋白飼料生產(chǎn)廢水中有機物的質(zhì)量濃度.

有關(guān)利用馬鈴薯生產(chǎn)廢水生產(chǎn)蛋白飼料所產(chǎn)生廢水的處理方面的報道數(shù)量較少.根據(jù)該廢水有機物質(zhì)量濃度較高、B/C比較低、以及階段式排放的特點，本研究采用水解酸化+兩級SBR的組合工藝處理該種廢水；水解酸化單元可以提高廢水的可生化性[7]，SBR工藝能適宜廢水水量和水質(zhì)的變化[8-11]，使得該處理系統(tǒng)具有較強的抗沖擊負荷能力.

1 實驗材料與方法

1.1 實驗廢水

本實驗所用的廢水為模擬廢水和實際生產(chǎn)廢水兩種.模擬廢水采用馬鈴薯淀粉、尿素、氯化銨、磷酸二氫鉀和自來水配置；實際生產(chǎn)廢水取自蛋白飼料生產(chǎn)裝置.兩種廢水的主要水質(zhì)如表1所示.

表1 實驗廢水水質(zhì)

項目溫度/℃pHCODCr/(mg·L-1)NH3—N/(mg·L-1)模擬廢水15～186．5～7．81654～213235～65實際廢水15～186．8～7．61760～206949～57

1.2 實驗裝置和工藝流程

本試驗主體裝置采用有機玻璃制作.水解酸化反應(yīng)器上部為柱狀(直徑28 cm，高度45 cm)，下部為倒圓錐形，總高為53 cm，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)可調(diào)式攪拌器一個.兩級SBR反應(yīng)器也為圓柱與倒圓錐結(jié)合的形式，總高均為63 cm(倒圓錐部分高度13 cm，直徑18 cm).其中，兩級SBR反應(yīng)器底部設(shè)有曝氣器，進氣管設(shè)有閥門和流量計.蛋白飼料生產(chǎn)廢水處理試驗工藝流程如圖1所示.

圖1 蛋白飼料生產(chǎn)廢水處理試驗工藝流程

1.3 檢測項目及方法[12]

1)化學(xué)需氧量(CODCr)：重鉻酸鉀氧化法；2)溶解氧(DO)：便攜式溶解氧測定儀 雷磁JPBJ-608；3)pH: pH計雷磁PHS-3C；4) MLSS：標準重量法；5)NH3—N：酸堿中和滴定法.

2 結(jié)果分析與討論

2.1 水解酸化反應(yīng)器最佳停留時間的確定

水解酸化反應(yīng)器啟動運行穩(wěn)定后，測定不同反應(yīng)時間的處理效果.在進水CODCr分別為2 022、1 912、1 760 mg/L，污泥質(zhì)量濃度為3.6 g/L，水溫為15 ℃的條件下，取樣測定不同反應(yīng)時間的CODCr降解值和pH值變化值，反應(yīng)時間為6、12、24、36、48、60、72 h時的實驗結(jié)果如圖2、3所示.

圖2 水解酸化反應(yīng)器CODCr隨反應(yīng)時間的變化

圖3 水解酸化反應(yīng)器pH隨反應(yīng)時間的變化

由實驗結(jié)果可以看出廢水進入水解酸化反應(yīng)器后CODCr呈先快速降低然后升高再逐漸降低的趨勢，廢水的pH值則隨反應(yīng)時間的增加而降低.6 h時CODCr值出現(xiàn)了一個最低點，主要是由于廢水進入反應(yīng)器后廢水中的大分子有機物被活性污泥大量吸附；隨后在微生物胞外酶的水解作用下，大分子有機物被分解為小分子重新進入廢水中，這也是CODCr在達到一個最低點后又逐漸升高的原因；pH逐漸降低主要是產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)所致[13-14].在停留時間達到36 h左右時CODCr的降低已經(jīng)不明顯，而且隨著反應(yīng)時間的繼續(xù)增加pH值繼續(xù)降低.可以看出，在CODCr為2 000 mg/L左右的進水條件下，廢水在水解酸化反應(yīng)器中經(jīng)過36 h的反應(yīng)，水解酸化反應(yīng)器對CODCr的去除作用已不明顯.因此，選36 h為最佳停留時間.從實驗結(jié)果可以看出，在反應(yīng)時間為36 h，進水CODCr質(zhì)量濃度為2 022、1 912、1 760 mg/L 的條件下，對應(yīng)的CODCr去除率可以分別達到34.6%、38.5%、35.7%.

2.2 一級SBR中CODCr和NH3—N去除規(guī)律研究

試驗廢水經(jīng)過水解酸化反應(yīng)器的處理后(HRT=36 h)進入一級SBR裝置.在進水CODCr為1 205 mg/L，NH3—N為65 mg/L，MLSS為3.2 g/L，曝氣量為0.36 m3/h時，一級SBR中的CODCr、DO、NH3—N隨曝氣時間變化情況如圖4所示.

圖4 一級SBR中CODCr、DO、NH3—N隨曝氣時間的變化

從圖4可以看出，廢水進入一級SBR，經(jīng)過3 h曝氣后CODCr大幅度去除，去除率達到65%；NH3—N在曝氣開始2 h內(nèi)降低速度緩慢，曝氣2 h后降低速度明顯提高，4 h曝氣對應(yīng)的去除率為33.8%，6 h對應(yīng)的去除率為44.6%；DO在開始曝氣的2 h內(nèi)始終低于1.5 mg/L，2.5 h后開始快速升高，曝氣4 h后達到2.5 mg/L左右的水平.4 h后CODCr的降低已不明顯，NH3—N在4 h后的降低效果仍然比較明顯，但是一級SBR的曝氣動力消耗較高，而且在處理系統(tǒng)中設(shè)置該單元的主要目的是去除CODCr，因此，選擇3.5 h為一級SBR的最佳HRT.

2.3 二級SBR中CODCr和NH3—N去除規(guī)律研究

一級SBR裝置的出水進入二級SBR裝置，在MLSS=2.4 g/L，曝氣量為0.18 m3/h，CODCr為450 mg/L、NH3—N為45 mg/L的條件下，每隔0.5 h測定二級SBR中的CODCr、DO、NH3—N，實驗結(jié)果如圖5所示.

圖5 二級SBR中CODCr、DO、NH3—N隨曝氣時間的變化

由于進入二級SBR的廢水CODCr較低，在曝氣器1.5 h后，DO便達到了2 mg/L的水平；其中CODCr隨曝氣時間的增加逐漸降低，在4 h后幾乎不再降低；而氨氮在開始的1 h內(nèi)降低速率緩慢，隨后降低速率加快，到4 h時后降低幅度很小.因此二級SBR的最佳HRT取為4 h，對應(yīng)的CODCr、NH3—N去除率為82%、89.3%.

2.4 最優(yōu)停留時間下系統(tǒng)連續(xù)運行結(jié)果

在水解酸化反應(yīng)器水力停留時間為36 h，一級SBR水力停留時間為3.5 h，二級SBR水力停留時間為4 h，進水CODCr在1 654～2 132 mg/L，NH3—N在35～65 mg/L的條件下，系統(tǒng)連續(xù)運行15 d，測定出水的CODCr和NH3—N.運行結(jié)果如圖6所示.

圖6 系統(tǒng)連續(xù)運行15 d進出水CODCr和NH3—N變化情況

由實驗結(jié)果可以看出，各反應(yīng)器在最佳停留時間運行下，當(dāng)進水CODCr在1 654 mg/L和2 132 mg/L之間、NH3—N在35 mg/L和65 mg/L之間波動時，系統(tǒng)出水NH3—N<5 mg/L ，CODCr<100 mg/L，系統(tǒng)的抗沖擊負荷的能力強，出水水質(zhì)穩(wěn)定.處理系統(tǒng)的CODCr總?cè)コ试?6%左右，NH3—N的總?cè)コ试?2%左右.3 結(jié) 論

1)采用水解酸化+兩級SBR工藝能夠有效地處理蛋白飼料生產(chǎn)廢水，在進水CODCr質(zhì)量濃度在1 654～2 132 mg/L，NH3—N質(zhì)量濃度在35～65 mg/L時，處理系統(tǒng)對CODCr和NH3—N的去除率分別達到96%和92%；

2)水解酸化反應(yīng)器對CODCr的去除效率在37%左右，其主要作用是降解大分子的淀粉產(chǎn)生小分子的酸性物質(zhì)，為SBR處理廢水創(chuàng)造有利的條件，其最佳停留時間為36 h；

3)兩級SBR對CODCr和NH3—N都有一定的去除作用.其中一級SBR對CODCr的去除效率為65%，去除的CODCr占進水CODCr的38%；NH3—N的去除效率為33.8%，NH3—N去除量占總NH3—N的33.8%；二級SBR對CODCr的去除效率為82%，去除的CODCr占進水CODCr的25%；NH3—N的去除效率為89.3%，NH3—N去除量占總NH3—N的66.2%.

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Treatment of protein feed production wastewater by hydrolysis acidification and two-stage SBR process

QI Pei-shi, LI Peng-jie, LIU Yun-zhi

(State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment,Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

By the experiment of treatment to the protein feed production wastewater with hydrolysis acidification and two-stage SBR wastewater process, the optimal HRT of hydrolysis acidification reactor was determined. Also the law of variation on CODCr, NH3—N and DO of the two-stage SBR reactor was studied. Experimental results showed that when the influent’s CODCrranged between 1 654 and 2 132 mg/L, NH3—N ranges between 35 and 65 mg/L, and the treatment effect of the process was well. CODCr in the effluent is below 100 mg/L with a removal rate of 96%, and NH3—N in the effluent was below 5 mg/L with a removal rate of 92%. The process has a good effluent quality which meets the discharge standard of water pollutants for starch industry.

hydrolysis acidification; SBR; protein feed production wastewater; wastewater treatment

2014-10-25.

國家重大水專項(2013ZX07201007-005-03)； 城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室(2013DX06)

祁佩時(1955-)，男，博士，教授，研究方向：污水厭氧微生物處理、穩(wěn)定的新型厭氧反應(yīng)器的研制與開發(fā)、污泥減量化和資源化利用.

X703

A

1672-0946(2015)03-0308-03