生活污水SBR處理工藝運(yùn)行條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究
摘要：采用模型SBR反應(yīng)器對(duì)生活污水SBR處理工藝的運(yùn)行條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SBR法對(duì)有機(jī)物有很好的去除效果，處理后出水COD達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，最佳工藝運(yùn)行條件為曝氣時(shí)間1.5 h，缺氧時(shí)間3 h，沉淀時(shí)間1 h，排水時(shí)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(guó)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(duì)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(diǎn)[1]。序批式活性污泥反應(yīng)器(Sequencing Batch Reactor, SBR) 由于工藝流程簡(jiǎn)單、處理效果穩(wěn)定、占地面積小、節(jié)省費(fèi)用、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)以及能夠脫氮除磷等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)其工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，合理縮短處理時(shí)間。本試驗(yàn)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(shí)間，確定SBR運(yùn)行的最佳方式。
1 試驗(yàn)裝置與方法
1.1 試驗(yàn)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(jì)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(shí)間人工控制。
1.2 試驗(yàn)菌種和污水水質(zhì)
試驗(yàn)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(yàn)用活性污泥。試驗(yàn)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50COD(mg/L)179~508
葡萄糖100pH6.5~7.5
磷酸二氫鉀6.58溫度(℃)19~25
氯化銨28.66
1.3 試驗(yàn)方法
COD的測(cè)定采用快速催化氧化法。
試驗(yàn)采用經(jīng)典SBR運(yùn)行方式，即由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、閑置5個(gè)工序構(gòu)成一個(gè)周期。試驗(yàn)分以下4個(gè)部分：(1)通過控制體系在不同的曝氣工況下運(yùn)行，監(jiān)測(cè)有機(jī)物的降解效果，找出最佳曝氣工況;(2)研究COD隨時(shí)間的降解規(guī)律;(3)通過測(cè)定不同沉淀時(shí)間下的沉淀效果，確定最佳沉淀時(shí)間;(4)研究pH對(duì)反應(yīng)的影響，確定體系運(yùn)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(yàn)
表2 曝氣因素試驗(yàn)
工況時(shí)間(h)
好氧缺氧總反應(yīng)歷時(shí)沉淀歷時(shí)
14481
24371
33471
42.254.256.51
53361
61.54.561
72351
81.534.51
91.52.541
101341
111341
試驗(yàn)?zāi)康氖钦页鯯BR工藝運(yùn)行過程中影響COD去除率的主要因素及確定較理想的運(yùn)行方式組合。在試驗(yàn)中，選取曝氣時(shí)間、缺氧時(shí)間、總反應(yīng)時(shí)間等影響處理效果的主要因素進(jìn)行試驗(yàn)，各因素的取值見表2;以COD的去除率為考核指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3 曝氣因素試驗(yàn)結(jié)果
工 況進(jìn)水COD(mg/L)出水COD(mg/L)COD去除率(%)
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
從試驗(yàn)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(shí)間、缺氧時(shí)間。曝氣時(shí)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(shí)間內(nèi)去除;各工況的出水都在35~51 mg/L，均低于國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(城鎮(zhèn)二級(jí)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(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間會(huì)影響處理量、且在節(jié)能降耗方面不可取，因而曝氣時(shí)間不能太長(zhǎng)。由試驗(yàn)得出的最佳曝氣工況為曝氣1.5 h，缺氧3 h，總反應(yīng)時(shí)間4.5 h。
2.2 COD隨時(shí)間的降解規(guī)律
試驗(yàn)中采用瞬間進(jìn)水的方式，曝氣與缺氧交替進(jìn)行，曝氣時(shí)間2 h，缺氧時(shí)間3 h，總反應(yīng)時(shí)間5 h，在反應(yīng)時(shí)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(cè)定COD。共進(jìn)行了二組試驗(yàn)，結(jié)果見表4和圖2。
表4 COD降解過程試驗(yàn)結(jié)果 mg/L
反應(yīng)時(shí)間(h)012345
組次1440.00161.50108.1764.3754.2550.52
組次2508.61162.3388.4850.3345.4247.58
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(shí)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(shí)間，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)組次安排及試驗(yàn)結(jié)果見表5。
表5 總反應(yīng)時(shí)間參數(shù)試驗(yàn)
好氧(h)缺氧(h)總反應(yīng)時(shí)間(h)進(jìn)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，4 h以上的處理時(shí)間得到的處理效果并無明顯差別。為節(jié)約處理時(shí)間，增大系統(tǒng)的處理水量，應(yīng)把總反應(yīng)時(shí)間控制在5 h內(nèi)。
綜合以上兩方面試驗(yàn)結(jié)果，把總反應(yīng)時(shí)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(shí)間選擇試驗(yàn)
分別在曝氣3 h和4 h后，開始沉淀并計(jì)時(shí)，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(cè)試上清液的COD濃度。
在運(yùn)行過程中污水的pH基本保持在中性范圍，同時(shí)存在一定的波動(dòng)，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(shí)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(yùn)行的適宜pH范圍
為確定體系運(yùn)行的適宜pH范圍，進(jìn)行一系列試驗(yàn)，瞬間進(jìn)水，曝氣時(shí)間1.5 h，缺氧時(shí)間2.5 h，總反應(yīng)時(shí)間4 h，曝氣分3個(gè)階段，每個(gè)階段30 min，沉淀時(shí)間1 h。控制pH為5、6、7、8、9，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。
表7 pH范圍選擇試驗(yàn)
pH5.056.117.058.018.99
進(jìn)水COD(mg/L)575.80477.24445.47240.54562.67
出水COD(mg/L)131.6075.3746.2761.01113.32
污水呈中性有利于微生物降解有機(jī)物，試驗(yàn)結(jié)果顯示體系運(yùn)行的適宜pH范圍為6.5~7.5。
3 結(jié) 論
在本試驗(yàn)中，SBR的處理效果好，在最優(yōu)工藝運(yùn)行條件下，出水COD為45.42 mg/L,達(dá)到國(guó)家一級(jí)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(yàn)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(yàn)得到的SBR最優(yōu)工藝運(yùn)行條件為：曝氣時(shí)間1.5 h，缺氧時(shí)間3 h，沉淀時(shí)間1 h，排水時(shí)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(shí)采用交替式曝氣，提高了空氣利用率，曝氣時(shí)間短，節(jié)約氣量。來源：天工網(wǎng)
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