曝氣變化對(duì)SBR反應(yīng)器去除污水COD效率的影響

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(1.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，黑龍江 150040；2.浙江金環(huán)寶生物技術(shù)有限公司，浙江 湖州 313399；3.杭州電子科技大學(xué)，浙江 杭州 310018)

1 引言

水污染現(xiàn)象嚴(yán)重是我國(guó)面臨的重要的環(huán)境問題之一。我國(guó)排放的污水主要為工業(yè)污水，工業(yè)污水排放量可達(dá)到總污水排放量的70%以上，而大部分的工業(yè)污水為高濃度有機(jī)污水，其COD的含量一般在2000 mg·L-1以上[1]。COD是判斷處理后污水能否達(dá)標(biāo)排放的重要指標(biāo)之一，COD越高，表示污水的有機(jī)物污染現(xiàn)象越嚴(yán)重，如果污水中的COD沒有得到有效處理或未經(jīng)處理排入水體，污染物會(huì)被水體底部的污泥吸附而沉積，對(duì)水生植物和動(dòng)物造成不同程度的毒害作用，人類若食用此類有毒的植物或動(dòng)物會(huì)導(dǎo)致慢性中毒等疾病[2]。因此，高濃度有機(jī)污水的有效處理對(duì)人類身體健康尤為重要。

高濃度有機(jī)污水處理難度高，對(duì)工藝的要求較為嚴(yán)格，一直是國(guó)內(nèi)外環(huán)保研究領(lǐng)域的難題之一，有些工廠在原有污水處理流程的基礎(chǔ)上增加預(yù)處理階段或中間處理階段來提高COD的去除效果。SBR是序批式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，該工藝具有工藝簡(jiǎn)單和耐沖擊負(fù)荷高的特點(diǎn)，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)SBR參與高濃度有機(jī)污水處理的研究相對(duì)較少[3]。因此采用SBR反應(yīng)器處理模擬高濃度有機(jī)污水，探究不同曝氣時(shí)間和曝氣量對(duì)SBR反應(yīng)器的COD去除效果的影響，為我國(guó)高濃度有機(jī)污水的有效處理提供有價(jià)值的參考。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 原水水質(zhì)與接種污泥

該實(shí)驗(yàn)采用紅糖配置高濃度有機(jī)污水，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，不同濃度的紅糖溶液對(duì)應(yīng)的COD含量詳見表1。為使實(shí)驗(yàn)中模擬污水的COD維持在2500 mg·L-1左右，確定該實(shí)驗(yàn)?zāi)M污水的紅糖濃度為4.46 g·L-1。模擬污水中其他微量元素濃度詳見表2[4]。摸擬污水的氨氮濃度為(120±10)mg·L-1，模擬污水中的總磷濃度為(30±5)mg·L-1。同時(shí)加入適量的NaHCO3溶液，使模擬污水的pH維持在6～8之間[5]。

表1 不同濃度的紅糖溶液對(duì)應(yīng)的COD含量

表2 模擬生活污水中其他微量元素

活性污泥取自七格污水處理廠，取回的污泥盛放至廣口容器，通過持續(xù)曝氣的方法對(duì)污泥進(jìn)行馴化，馴化時(shí)間為兩個(gè)星期左右，當(dāng)污泥呈現(xiàn)黃褐色時(shí)表示馴化完成[5]，接種污泥MLSS為4g·L-1。實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)前對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行清理以確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。清理結(jié)束后取馴化好的污泥180 g，將配置好的模擬污水和污泥定容至90 L并倒入進(jìn)水箱中，同時(shí)設(shè)定系統(tǒng)的進(jìn)水流量為3 L·min-1。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

SBR反應(yīng)器的構(gòu)成以及運(yùn)行流程詳見圖1。該裝置在原本SBR反應(yīng)器的基礎(chǔ)上安裝了五個(gè)儀表，用于人工設(shè)定各階段的運(yùn)行時(shí)間，使整個(gè)系統(tǒng)的控制更為簡(jiǎn)捷，并能夠有效節(jié)省人力和時(shí)間[7]。該反應(yīng)器的有效容積為90 L。反應(yīng)器在啟動(dòng)后持續(xù)進(jìn)水，當(dāng)實(shí)際水位達(dá)到感應(yīng)位置后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止進(jìn)水。進(jìn)水結(jié)束后進(jìn)入曝氣階段，曝氣可以使污泥和氧氣充分的接觸，同時(shí)利用攪拌器對(duì)混合液進(jìn)行攪拌，使曝氣階段發(fā)生的反應(yīng)更加充分。曝氣停止后，反應(yīng)器進(jìn)入沉淀階段，通過靜止使污泥和污水進(jìn)行分離，靜止時(shí)間設(shè)為30min。沉淀后利用潷水器將上清液排出，反應(yīng)器出水流量設(shè)為100 mL·s-1。出水完成后系統(tǒng)進(jìn)入閑置階段，開啟攪拌器，對(duì)污泥進(jìn)行攪拌，使污泥中微生物的活性得到恢復(fù)，閑置時(shí)間設(shè)定為25min。

實(shí)驗(yàn)分兩次進(jìn)行，第一次實(shí)驗(yàn)分為十組，采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式來探究曝氣時(shí)間對(duì)污水中COD去除效果的影響；第二次實(shí)驗(yàn)分為五組，在第一次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上探究曝氣量對(duì)污水中COD去除效果的影響。兩次實(shí)驗(yàn)的沉淀時(shí)間均設(shè)定為30 min，出水流量設(shè)為100 mL·s-1，第一組實(shí)驗(yàn)設(shè)定曝氣量為5.5 L·min-1，曝氣時(shí)間分別設(shè)為8 h和10 h。并對(duì)處理后的污水中COD進(jìn)行檢測(cè)。第二次實(shí)驗(yàn)將曝氣量調(diào)整為10 L·min-1，曝氣時(shí)間調(diào)整為10 h，其他參數(shù)與第一組實(shí)驗(yàn)相同，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)出水COD以及COD的平均去除率進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算，并對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行整理分析。

圖1 SBR反應(yīng)器構(gòu)成及運(yùn)行流程圖

2.3 分析項(xiàng)目與方法

實(shí)驗(yàn)中COD采用快速密閉催化消解法測(cè)定；pH采用玻璃電極法進(jìn)行測(cè)定；氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定；總磷采用鉬酸鹽分光光度法測(cè)定。曝氣量采用LZB-6WB玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量。

3 結(jié)果與討論

3.1 曝氣時(shí)間對(duì)SBR反應(yīng)器效果影響

曝氣階段是影響SBR反應(yīng)器處理效果的重要階段，本次實(shí)驗(yàn)取曝氣量為5.5 L·min-1，曝氣時(shí)間分別設(shè)定為8 h和10 h，每個(gè)曝氣時(shí)間做5組實(shí)驗(yàn)，共10組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)取3個(gè)樣本。曝氣結(jié)束后對(duì)水樣中的COD進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表2。當(dāng)曝氣時(shí)間為8 h時(shí)，出水COD的平均值為706.2 mg·L-1。當(dāng)曝氣時(shí)間為10 h時(shí)，出水COD的平均值為675 mg·L-1，COD處理效果優(yōu)于曝氣時(shí)間為8 h的COD處理效果。不同曝氣時(shí)間下的COD平均去除率詳見圖2，曝氣時(shí)間為8h時(shí)，COD平均去除率為69.4%，曝氣時(shí)間為10 h時(shí)，COD的平均去除率為71%。在曝氣量相同的情況下，曝氣時(shí)間越長(zhǎng)，COD去除效果越好。這是因?yàn)楫?dāng)曝氣時(shí)間增加，延長(zhǎng)了污泥在好氧狀態(tài)的時(shí)間，為污泥去除有機(jī)物提供了充足的時(shí)間，使COD去除更加充分，而相對(duì)較短的曝氣時(shí)間不能為污泥提供充足的作用時(shí)間，所以曝氣時(shí)間為8 h的COD去除率要低于曝氣時(shí)間為10 h的COD去除率[8]。楊紅薇[9]等研究SBR法處理高鹽肝素廢水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水pH為7.5、反應(yīng)溫度在26～29℃時(shí)，控制曝氣時(shí)間在10 h，COD的去除率能穩(wěn)定在85%以上，當(dāng)曝氣時(shí)間大于10 h時(shí)，COD的去除率會(huì)隨著曝氣時(shí)間的增加而下降，這是因?yàn)槲鬯械氖Ｓ嘤袡C(jī)物很難降解，部分微生物因缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和曝氣過量而進(jìn)行內(nèi)源呼吸，從而使出水水質(zhì)變差，COD的去除率變低。

表3 不同曝氣時(shí)間的出水和進(jìn)水COD

圖2 不同曝氣時(shí)間的COD平均去除率

3.2 曝氣量對(duì)SBR反應(yīng)器效果影響

第二次實(shí)驗(yàn)主要探究不同的曝氣量對(duì)SBR反應(yīng)器處理COD效果的影響，實(shí)驗(yàn)共5組，每組實(shí)驗(yàn)取3個(gè)樣品，曝氣量設(shè)定為10 L·min-1，曝氣時(shí)間設(shè)為10 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表4。第二次實(shí)驗(yàn)的COD平均去除率與第一次實(shí)驗(yàn)中曝氣時(shí)間為10 h，曝氣量為5.5 L·min-1的COD平均去除率詳見圖3。當(dāng)曝氣量升為10 L·min-1時(shí)，出水COD的平均值為484.6 mg·L-1，COD的平均去除率為78.5%，明顯高于曝氣時(shí)間為10 h時(shí)的COD平均去除率71%。這可能是因?yàn)槲勰嘣谄貧怆A段具有較強(qiáng)的吸附能力，但曝氣會(huì)沖刷污泥表層存在的COD，導(dǎo)致COD去除率會(huì)有顯著的升高，當(dāng)曝氣量增加，沖刷作用也隨之增強(qiáng)，所以導(dǎo)致曝氣量為10 L·min-1的COD去除效果更好。也可能是因?yàn)樵谙嗤钠貧鈺r(shí)間內(nèi)，曝氣量越大，污泥和污水的混合越充分，微生物和有機(jī)物的接觸也越充分，從而導(dǎo)致在相同的曝氣時(shí)間內(nèi)，曝氣量越大，COD的去除效果也就越明顯[10]。

表4 曝氣量為10L·min-1的進(jìn)水和出水COD

圖3 不同曝氣量的COD平均去除率對(duì)比圖

4 總結(jié)

(1) 當(dāng)曝氣量均為5.5 L·min-1時(shí)，曝氣時(shí)間為8 h的COD平均去除率為69.4%，曝氣量為10 h的COD平均去除率為71%。表明在曝氣時(shí)間小于10 h時(shí)，曝氣時(shí)間越長(zhǎng)，COD處理效果越好。

(2) 當(dāng)曝氣時(shí)間均為10 h時(shí)，曝氣量為10 L·min-1的COD 平均去除率為78.5%。表明當(dāng)曝氣時(shí)間相同的情況下，曝氣量越大，COD的去除效果越好。

(3)SBR反應(yīng)器具有良好的COD去除效果，可以根據(jù)實(shí)際情況，通過改變曝氣時(shí)間和曝氣量等參數(shù)，提高COD的去除率?？蓱?yīng)用于高濃度有機(jī)污水處理中的預(yù)處理階段或中間處理階段，有利于我國(guó)高濃度有機(jī)污水的達(dá)標(biāo)排放。