生活污水SBR處理工藝運行條件優(yōu)化實驗研究
摘要：采用模型SBR反應(yīng)器對生活污水SBR處理工藝的運行條件進(jìn)行了實驗研究。實驗結(jié)果表明，SBR法對有機(jī)物有很好的去除效果，處理后出水COD達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，最佳工藝運行條件為曝氣時間1.5 h，缺氧時間3 h，沉淀時間1 h，排水時間0.5 h，周期5 h；交替式曝氣；pH為6.5~7.5。
關(guān)鍵詞：生活污水 序批式活性污泥法 優(yōu)化 工藝參數(shù)
隨著我國城市化的不斷發(fā)展，生活污水的排放量越來越大，與之相應(yīng),對城市污水處理設(shè)施的需求也越來越大，尋求高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的生活污水處理設(shè)施已經(jīng)成為水處理技術(shù)的發(fā)展熱點[1]。序批式活性污泥反應(yīng)器(Sequencing Batch Reactor, SBR) 由于工藝流程簡單、處理效果穩(wěn)定、占地面積小、節(jié)省費用、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)以及能夠脫氮除磷等優(yōu)點，深受中小城市污水處理單位的歡迎[2~4]。但是，由于傳統(tǒng)SBR工藝是分批地處理污水，處理水量受到限制，因此有必要對其工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，合理縮短處理時間。本試驗主要考察不同曝氣工況與處理效果的關(guān)系，研究有機(jī)物的降解規(guī)律，尋求最短的處理時間，確定SBR運行的最佳方式。
1 試驗裝置與方法
1.1 試驗裝置
①反應(yīng)器 ②攪拌機(jī) ③出水閥 ④微孔曝氣管 ⑤排泥閥
⑥潛水泵 ⑦進(jìn)水閥 ⑧曝氣閥 ⑨原水箱 ⑩鼓風(fēng)機(jī)
模型反應(yīng)器用有機(jī)玻璃制成，尺寸為：40 cm×40 cm×50 cm，總?cè)莘e80 L，有效容積50 L，由鼓風(fēng)機(jī)提供空氣，兩根微孔管曝氣，空氣轉(zhuǎn)子流量計控制氣流量；電機(jī)攪拌，電子調(diào)壓器控制攪拌速度。
進(jìn)水和出水人工控制，反應(yīng)、沉淀和空置各周期時間人工控制。
1.2 試驗菌種和污水水質(zhì)
試驗所用的活性污泥菌種取自廣州獵德污水廠回流污泥，經(jīng)過20 d馴化之后而得到試驗用活性污泥。試驗用污水成分水質(zhì)見表1。
表1 人工配水成分水質(zhì)表
| 成分 |
濃度(mg/L) |
水質(zhì)指標(biāo) |
數(shù)值 |
|
淀粉 |
50 |
COD(mg/L) |
179~508 |
|
葡萄糖 |
100 |
pH |
6.5~7.5 |
|
磷酸二氫鉀 |
6.58 |
溫度(℃) |
19~25 |
|
氯化銨 |
28.66 |
|
|
1.3 試驗方法
COD的測定采用快速催化氧化法。
試驗采用經(jīng)典SBR運行方式，即由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置5個工序構(gòu)成一個周期。試驗分以下4個部分：（1）通過控制體系在不同的曝氣工況下運行，監(jiān)測有機(jī)物的降解效果，找出最佳曝氣工況；（2）研究COD隨時間的降解規(guī)律；（3）通過測定不同沉淀時間下的沉淀效果，確定最佳沉淀時間；（4）研究pH對反應(yīng)的影響，確定體系運行的適宜pH范圍。
2 結(jié)果與分析
2.1 曝氣工況參數(shù)選擇試驗
表2 曝氣因素試驗
時間(h) 好氧 缺氧 總反應(yīng)歷時 沉淀歷時 1 4 4 8 1 2 4 3 7 1 3 3 4 7 1 4 2.25 4.25 6.5 1 5 3 3 6 1 6 1.5 4.5 6 1 7 2 3 5 1 8 1.5 3 4.5 1 9 1.5 2.5 4 1 10 1 3 4 1 11 1 3 4 1
工況
試驗?zāi)康氖钦页鯯BR工藝運行過程中影響COD去除率的主要因素及確定較理想的運行方式組合。在試驗中，選取曝氣時間、缺氧時間、總反應(yīng)時間等影響處理效果的主要因素進(jìn)行試驗，各因素的取值見表2；以COD的去除率為考核指標(biāo)，試驗結(jié)果見表3。
表3 曝氣因素試驗結(jié)果
| 工 況 |
進(jìn)水COD（mg/L） |
出水COD（mg/L） |
COD去除率(%) |
|
1 |
240.74 |
35.65 |
85.19 |
|
2 |
460.76 |
37.05 |
91.96 |
|
3 |
179.65 |
35.76 |
80.09 |
|
4 |
356.02 |
43.74 |
87.71 |
|
5 |
460.76 |
38.40 |
91.67 |
|
6 |
482.85 |
40.17 |
91.68 |
|
7 |
436.14 |
50.52 |
88.42 |
|
8 |
508.61 |
45.42 |
91.07 |
|
9 |
445.47 |
46.27 |
89.61 |
|
10 |
482.85 |
45.76 |
90.52 |
|
11 |
474.03 |
49.31 |
89.60 |
從試驗結(jié)果得知，上述影響SBR工藝處理效果的因素從主到次依次為曝氣時間、缺氧時間。曝氣時間是影響處理效果最主要的因素。結(jié)果表明，曝氣1 h，缺氧3 h，COD去除率即可高達(dá)90%以上，這說明在SBR工藝中，COD能在較短的曝氣時間內(nèi)去除;各工況的出水都在35~51 mg/L，均低于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)（城鎮(zhèn)二級污水處理廠COD排放標(biāo)準(zhǔn)為60 mg/L,GB8978-1996）。曝氣4 h COD去除率可高達(dá)91.96%，但太長的反應(yīng)時間會影響處理量、且在節(jié)能降耗方面不可取，因而曝氣時間不能太長。由試驗得出的最佳曝氣工況為曝氣1.5 h，缺氧3 h，總反應(yīng)時間4.5 h。
2.2 COD隨時間的降解規(guī)律
試驗中采用瞬間進(jìn)水的方式，曝氣與缺氧交替進(jìn)行，曝氣時間2 h，缺氧時間3 h，總反應(yīng)時間5 h，在反應(yīng)時間分別為0（進(jìn)水），1、2、3、4、5 h取樣100 mL，均沉淀1 h后再測定COD。共進(jìn)行了二組試驗，結(jié)果見表4和圖2。
表4 COD降解過程試驗結(jié)果 mg/L
| 反應(yīng)時間(h) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
組次1 |
440.00 |
161.50 |
108.17 |
64.37 |
54.25 |
50.52 |
|
組次2 |
508.61 |
162.33 |
88.48 |
50.33 |
45.42 |
47.58 |
由圖2可見，在反應(yīng)開始的1 h內(nèi)，COD降低迅速，這是由于活性污泥的吸附作用和微生物經(jīng)閑置期活性恢復(fù)到最大，產(chǎn)生較大的降解速率。1 h后由于底質(zhì)濃度越來越小，反應(yīng)速率越來越慢。到5 h時COD下降到50 mg/L以下，COD去除率達(dá)到88%以上。
為進(jìn)一步確定最佳總反應(yīng)時間，進(jìn)行了對比試驗，試驗組次安排及試驗結(jié)果見表5。
表5 總反應(yīng)時間參數(shù)試驗
| 好氧(h) |
缺氧(h) |
總反應(yīng)時間(h) |
進(jìn)水COD（mg/L） |
出水COD（mg/L） |
去除率 (%) |
|
4 |
4 |
8 |
240.74 |
35.65 |
85.19 |
|
4 |
3 |
7 |
460.76 |
37.05 |
91.96 |
|
2.25 |
4.25 |
6.5 |
356.02 |
43.74 |
87.71 |
|
1.5 |
4.5 |
6 |
482.85 |
40.17 |
91.68 |
|
2 |
3 |
5 |
436.14 |
50.52 |
88.42 |
|
1.5 |
3 |
4.5 |
508.61 |
45.42 |
91.07 |
|
1 |
3 |
4 |
482.85 |
45.76 |
90.52 |
從表5可見，4 h以上的處理時間得到的處理效果并無明顯差別。為節(jié)約處理時間，增大系統(tǒng)的處理水量，應(yīng)把總反應(yīng)時間控制在5 h內(nèi)。
綜合以上兩方面試驗結(jié)果，把總反應(yīng)時間確定為4~5 h，具體可根據(jù)進(jìn)水濃度和出水要求進(jìn)行選擇。
2.3 最佳沉淀時間選擇試驗
分別在曝氣3 h和4 h后，開始沉淀并計時，分別于15、25、40、55、65、80、100、120 min在反應(yīng)器中取樣，取樣位置為水面以下3 cm。然后，測試上清液的COD濃度。
在運行過程中污水的pH基本保持在中性范圍，同時存在一定的波動，這是由于反應(yīng)器內(nèi)好氧和缺氧交替出現(xiàn)，微生物降解有機(jī)物分別生成不同的產(chǎn)物，缺氧狀態(tài)下微生物降解有機(jī)物不徹底，生成有機(jī)酸，使pH降低；曝氣時有機(jī)酸降解完全，生成CO2逸出水面使pH有一定程度的恢復(fù)。
2.4 體系運行的適宜pH范圍
為確定體系運行的適宜pH范圍，進(jìn)行一系列試驗，瞬間進(jìn)水，曝氣時間1.5 h，缺氧時間2.5 h，總反應(yīng)時間4 h，曝氣分3個階段，每個階段30 min，沉淀時間1 h？刂苝H為5、6、7、8、9，試驗結(jié)果如表7所示。
表7 pH范圍選擇試驗
| pH |
5.05 |
6.11 |
7.05 |
8.01 |
8.99 |
|
進(jìn)水COD(mg/L) |
575.80 |
477.24 |
445.47 |
240.54 |
562.67 |
|
出水COD(mg/L) |
131.60 |
75.37 |
46.27 |
61.01 |
113.32 |
污水呈中性有利于微生物降解有機(jī)物，試驗結(jié)果顯示體系運行的適宜pH范圍為6.5~7.5。
3 結(jié) 論
在本試驗中，SBR的處理效果好，在最優(yōu)工藝運行條件下，出水COD為45.42 mg/L,達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，COD的去除率高達(dá)91.07%。在曝氣3 h的條件下，可得到COD為38.4 mg/L的良好出水水質(zhì)。
本試驗得到的COD降解規(guī)律為：在反應(yīng)開始的1 h內(nèi)，COD迅速降低，1 h后由于底物濃度越來越小，反應(yīng)速率越來越小，到5 h降解反應(yīng)基本結(jié)束。
本試驗得到的SBR最優(yōu)工藝運行條件為：曝氣時間1.5 h，缺氧時間3 h，沉淀時間1 h，排水時間0.5 h，周期5 h；交替式曝氣；pH為6.5~7.5。該工藝條件周期短，有利于處理更多的污水；同時采用交替式曝氣，提高了空氣利用率，曝氣時間短，節(jié)約氣量。
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