生活污水SBR處理工藝運行條件優化實驗研究
摘要：采用模型SBR反應(ying)器對生活污水SBR處理工藝(yi)的運行(xing)條(tiao)件進行(xing)了實驗研究。實驗結果表明，SBR法(fa)對有機物有很好的去除效果，處理后出(chu)水COD達(da)到國家一級排放(fang)標準，最佳工藝(yi)運行(xing)條(tiao)件為(wei)曝(pu)氣(qi)時間(jian)1.5 h，缺(que)氧時間(jian)3 h，沉淀時間(jian)1 h，排水時間(jian)0.5 h，周期5 h;交替式曝(pu)氣(qi);pH為(wei)6.5~7.5。
關鍵詞：生活污水 序批式活性污泥法 優(you)化 工(gong)藝參數
隨著我國(guo)城市化的(de)(de)(de)不斷發展，生(sheng)活污(wu)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)排放量越(yue)(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)(yue)大，與(yu)之(zhi)相應,對城市污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)設施的(de)(de)(de)需求也越(yue)(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)(yue)大，尋(xun)求高效、經濟、穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)生(sheng)活污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)設施已經成為水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)發展熱點[1]。序批式(shi)活性污(wu)泥反應器(qi)(Sequencing Batch Reactor, SBR) 由(you)于工(gong)(gong)藝(yi)流程簡(jian)單(dan)、處(chu)(chu)理(li)(li)(li)效果(guo)穩(wen)定(ding)(ding)、占地(di)面積小(xiao)、節(jie)省費用、耐沖擊負荷強以及能夠脫氮除(chu)磷等(deng)優點，深受中小(xiao)城市污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)單(dan)位的(de)(de)(de)歡迎(ying)[2~4]。但是(shi)，由(you)于傳統(tong)SBR工(gong)(gong)藝(yi)是(shi)分(fen)批地(di)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)污(wu)水(shui)(shui)，處(chu)(chu)理(li)(li)(li)水(shui)(shui)量受到限制，因此有必(bi)要對其(qi)工(gong)(gong)藝(yi)條(tiao)件(jian)進(jin)行優化，合(he)理(li)(li)(li)縮短(duan)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)時間(jian)。本試驗主(zhu)要考察(cha)不同曝氣工(gong)(gong)況(kuang)與(yu)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)效果(guo)的(de)(de)(de)關系，研究有機物的(de)(de)(de)降解(jie)規律，尋(xun)求最短(duan)的(de)(de)(de)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)時間(jian)，確定(ding)(ding)SBR運行的(de)(de)(de)最佳方式(shi)。
1 試驗裝置(zhi)與方(fang)法
1.1 試驗裝置
①反應器 ②攪拌機 ③出(chu)水(shui)閥 ④微孔曝氣管 ⑤排泥(ni)閥
⑥潛水泵 ⑦進水閥(fa)(fa) ⑧曝氣閥(fa)(fa) ⑨原水箱 ⑩鼓風機
模(mo)型(xing)反(fan)應器用有機(ji)玻璃制(zhi)成，尺寸為：40 cm×40 cm×50 cm，總容(rong)積(ji)80 L，有效(xiao)容(rong)積(ji)50 L，由鼓風機(ji)提供(gong)空氣，兩根微孔管曝氣，空氣轉子(zi)流量計控制(zhi)氣流量;電(dian)機(ji)攪拌(ban)，電(dian)子(zi)調壓器控制(zhi)攪拌(ban)速(su)度。
進(jin)水(shui)和出水(shui)人工(gong)(gong)控制(zhi)，反應、沉淀和空(kong)置各周期時間(jian)人工(gong)(gong)控制(zhi)。
1.2 試驗(yan)菌種和(he)污水水質(zhi)
試(shi)驗所用的活性污泥(ni)菌種取自廣(guang)州獵德污水廠回流污泥(ni)，經(jing)過(guo)20 d馴化之后(hou)而得(de)到試(shi)驗用活性污泥(ni)。試(shi)驗用污水成分(fen)水質見表1。
表(biao)1 人(ren)工(gong)配水(shui)成(cheng)分(fen)水(shui)質表(biao)
成分濃度(mg/L)水質指標數值
淀粉50COD(mg/L)179~508
葡(pu)萄(tao)糖100pH6.5~7.5
磷酸二氫(qing)鉀6.58溫度(℃)19~25
氯化銨28.66
1.3 試(shi)驗方法
COD的測定采(cai)用快速(su)催(cui)化(hua)氧化(hua)法(fa)。
試驗采用經(jing)典SBR運行方式(shi)，即由進(jin)水(shui)、反應(ying)、沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)、排水(shui)、閑置5個(ge)工(gong)序構成一個(ge)周期。試驗分(fen)以(yi)下(xia)4個(ge)部分(fen)：(1)通(tong)過(guo)(guo)控(kong)制體(ti)系在不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)(de)曝氣工(gong)況下(xia)運行，監測有機物的(de)(de)(de)降解(jie)效果(guo)，找出最佳曝氣工(gong)況;(2)研究COD隨時間(jian)的(de)(de)(de)降解(jie)規(gui)律;(3)通(tong)過(guo)(guo)測定(ding)不(bu)(bu)同(tong)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)時間(jian)下(xia)的(de)(de)(de)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)效果(guo)，確(que)定(ding)最佳沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)時間(jian);(4)研究pH對反應(ying)的(de)(de)(de)影響，確(que)定(ding)體(ti)系運行的(de)(de)(de)適宜(yi)pH范圍。
2 結(jie)果與分析
2.1 曝氣工況參數選擇試驗(yan)
表2 曝氣因素試驗
工況時間(h)
好(hao)氧缺(que)氧總(zong)反應歷時沉淀歷時
14481
24371
33471
42.254.256.51
53361
61.54.561
72351
81.534.51
91.52.541
101341
111341
試(shi)驗(yan)目(mu)的(de)是(shi)找(zhao)出SBR工藝運行過程中影(ying)(ying)響(xiang)COD去除率的(de)主要(yao)因素(su)(su)及確定較理想的(de)運行方式(shi)組合。在試(shi)驗(yan)中，選取曝氣時間、缺氧(yang)時間、總反(fan)應時間等影(ying)(ying)響(xiang)處理效果(guo)的(de)主要(yao)因素(su)(su)進行試(shi)驗(yan)，各因素(su)(su)的(de)取值見表2;以COD的(de)去除率為考核指標，試(shi)驗(yan)結果(guo)見表3。
表(biao)3 曝(pu)氣因素試(shi)驗結果
工 況進水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去(qu)除率(%)
1240.7435.6585.19
2460.7637.0591.96
3179.6535.7680.09
4356.0243.7487.71
5460.7638.4091.67
6482.8540.1791.68
7436.1450.5288.42
8508.6145.4291.07
9445.4746.2789.61
10482.8545.7690.52
11474.0349.3189.60
從試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)(guo)得知，上述影響SBR工藝處(chu)理(li)效果(guo)(guo)的(de)因素(su)從主(zhu)(zhu)到次依次為曝(pu)氣(qi)時(shi)間(jian)(jian)、缺(que)氧(yang)時(shi)間(jian)(jian)。曝(pu)氣(qi)時(shi)間(jian)(jian)是影響處(chu)理(li)效果(guo)(guo)最(zui)主(zhu)(zhu)要的(de)因素(su)。結(jie)果(guo)(guo)表明(ming)，曝(pu)氣(qi)1 h，缺(que)氧(yang)3 h，COD去除(chu)率即可(ke)高(gao)達90%以上，這說明(ming)在SBR工藝中，COD能(neng)(neng)在較短的(de)曝(pu)氣(qi)時(shi)間(jian)(jian)內去除(chu);各工況的(de)出水都(dou)在35~51 mg/L，均低于(yu)國(guo)家一級(ji)排放(fang)標(biao)準(城鎮二(er)級(ji)污水處(chu)理(li)廠COD排放(fang)標(biao)準為60 mg/L,GB8978-1996)。曝(pu)氣(qi)4 h COD去除(chu)率可(ke)高(gao)達91.96%，但太(tai)(tai)長(chang)的(de)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)(jian)會影響處(chu)理(li)量、且在節能(neng)(neng)降耗方面不(bu)(bu)可(ke)取(qu)，因而(er)曝(pu)氣(qi)時(shi)間(jian)(jian)不(bu)(bu)能(neng)(neng)太(tai)(tai)長(chang)。由試(shi)驗(yan)得出的(de)最(zui)佳曝(pu)氣(qi)工況為曝(pu)氣(qi)1.5 h，缺(que)氧(yang)3 h，總反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)(jian)4.5 h。
2.2 COD隨時間的降解規律
試驗(yan)中采(cai)用(yong)瞬間進水的方式，曝氣(qi)與缺氧交替進行(xing)，曝氣(qi)時(shi)(shi)間2 h，缺氧時(shi)(shi)間3 h，總反(fan)應(ying)時(shi)(shi)間5 h，在(zai)反(fan)應(ying)時(shi)(shi)間分別(bie)為(wei)0(進水)，1、2、3、4、5 h取樣100 mL，均(jun)沉淀1 h后再測定COD。共進行(xing)了(le)二組(zu)試驗(yan)，結果(guo)見表4和圖2。
表4 COD降解過程試(shi)驗結果(guo) mg/L
反應時(shi)間(h)012345
組次1440.00161.50108.1764.3754.2550.52
組次2508.61162.3388.4850.3345.4247.58
由(you)圖2可見，在反(fan)應(ying)開始(shi)的(de)1 h內，COD降(jiang)(jiang)低迅速，這是由(you)于活性(xing)污泥(ni)的(de)吸附作用和(he)微生(sheng)物經閑置期活性(xing)恢復到(dao)(dao)最(zui)大，產生(sheng)較大的(de)降(jiang)(jiang)解(jie)速率(lv)。1 h后由(you)于底質濃度(du)越來越小，反(fan)應(ying)速率(lv)越來越慢(man)。到(dao)(dao)5 h時COD下降(jiang)(jiang)到(dao)(dao)50 mg/L以下，COD去除(chu)率(lv)達到(dao)(dao)88%以上。
為進一步確定最佳總反應時間，進行了對(dui)比(bi)試驗，試驗組次安(an)排(pai)及(ji)試驗結果見表5。
表5 總(zong)反應時間參數試驗
好氧(h)缺氧(h)總反應時間(h)進水COD(mg/L)出水COD(mg/L)去除率 (%)
448240.7435.6585.19
437460.7637.0591.96
2.254.256.5356.0243.7487.71
1.54.56482.8540.1791.68
235436.1450.5288.42
1.534.5508.6145.4291.07
134482.8545.7690.52
從表5可見(jian)，4 h以上的處理(li)時(shi)(shi)間(jian)得到的處理(li)效果并無(wu)明顯差(cha)別。為節約處理(li)時(shi)(shi)間(jian)，增大(da)系統的處理(li)水量，應把總(zong)反(fan)應時(shi)(shi)間(jian)控制在5 h內。
綜合以上兩方面試(shi)驗結果，把總反應時間確定(ding)為4~5 h，具體可根(gen)據(ju)進水濃度和出水要求進行選擇。
2.3 最佳沉(chen)淀時間選擇試驗
分(fen)別在曝氣3 h和4 h后(hou)，開始沉淀(dian)并計時，分(fen)別于15、25、40、55、65、80、100、120 min在反應器中取樣，取樣位置為(wei)水面以(yi)下3 cm。然后(hou)，測(ce)試(shi)上清(qing)液的COD濃度(du)。
在(zai)(zai)運行過程(cheng)中(zhong)污水的(de)pH基本保持在(zai)(zai)中(zhong)性范圍，同(tong)時(shi)存在(zai)(zai)一定的(de)波動，這是由于(yu)反應器內好氧(yang)和缺(que)氧(yang)交替(ti)出(chu)現，微生(sheng)物(wu)(wu)降解(jie)有機(ji)物(wu)(wu)分別(bie)生(sheng)成(cheng)不同(tong)的(de)產物(wu)(wu)，缺(que)氧(yang)狀(zhuang)態下微生(sheng)物(wu)(wu)降解(jie)有機(ji)物(wu)(wu)不徹底，生(sheng)成(cheng)有機(ji)酸(suan)，使(shi)pH降低;曝氣(qi)時(shi)有機(ji)酸(suan)降解(jie)完全，生(sheng)成(cheng)CO2逸(yi)出(chu)水面使(shi)pH有一定程(cheng)度的(de)恢復。
2.4 體系(xi)運行的適(shi)宜(yi)pH范圍
為(wei)確定體系運(yun)行(xing)的(de)適宜pH范圍，進行(xing)一(yi)系列試驗(yan)(yan)，瞬間(jian)進水，曝氣(qi)時(shi)間(jian)1.5 h，缺氧時(shi)間(jian)2.5 h，總反應時(shi)間(jian)4 h，曝氣(qi)分3個(ge)階段(duan)，每個(ge)階段(duan)30 min，沉淀時(shi)間(jian)1 h。控(kong)制pH為(wei)5、6、7、8、9，試驗(yan)(yan)結(jie)果如(ru)表7所示。
表7 pH范圍選擇(ze)試驗
pH5.056.117.058.018.99
進(jin)水COD(mg/L)575.80477.24445.47240.54562.67
出(chu)水(shui)COD(mg/L)131.6075.3746.2761.01113.32
污(wu)水呈中性有利于微(wei)生物降解有機物，試驗結果顯示體系運行的(de)適宜pH范圍(wei)為6.5~7.5。
3 結 論
在本試驗中，SBR的處理效果好，在最(zui)優(you)工藝運行條(tiao)件下，出水COD為(wei)45.42 mg/L,達到(dao)國家一級排放標(biao)準，COD的去除率高達91.07%。在曝(pu)氣3 h的條(tiao)件下，可得到(dao)COD為(wei)38.4 mg/L的良好出水水質。
本試驗得到(dao)的(de)COD降(jiang)解(jie)規律為(wei)：在反(fan)(fan)應(ying)(ying)開始(shi)的(de)1 h內，COD迅速降(jiang)低，1 h后由于底物濃度越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，反(fan)(fan)應(ying)(ying)速率越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，到(dao)5 h降(jiang)解(jie)反(fan)(fan)應(ying)(ying)基本結束。
本試驗得到的(de)SBR最優工(gong)(gong)藝運行條(tiao)件為：曝(pu)(pu)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)1.5 h，缺氧時(shi)(shi)間(jian)3 h，沉淀(dian)時(shi)(shi)間(jian)1 h，排水時(shi)(shi)間(jian)0.5 h，周期5 h;交替式(shi)曝(pu)(pu)氣(qi);pH為6.5~7.5。該(gai)工(gong)(gong)藝條(tiao)件周期短，有利于處理更(geng)多的(de)污水;同時(shi)(shi)采(cai)用(yong)交替式(shi)曝(pu)(pu)氣(qi)，提高了空氣(qi)利用(yong)率，曝(pu)(pu)氣(qi)時(shi)(shi)間(jian)短，節(jie)約氣(qi)量。來源：天工(gong)(gong)網
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