SBR法處理丁二醇廢水動力學(xué)研究

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簡介： 對高濃度丁二醇生產(chǎn)廢水進(jìn)行了SBR法小型模擬基質(zhì)濃度降解動力學(xué)研究，求取了有關(guān)的動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明Monod方程的修正式能很好地描述丁二醇的降解規(guī)律，試驗(yàn)溫度下Monod方程的修正式為：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明在停留時(shí)間達(dá)40h時(shí)，丁二醇廢水的降解達(dá)到穩(wěn)定。
關(guān)鍵字：廢水處理 丁二醇 動力學(xué) 活性污泥法

中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1009—2455(2004)01—0012—03

A Study of Kinetics of Treatment of Wastewater from Butanediol Production Using SBR Process
ZHENG Yi-li，XIE Jia
(Architectural and Environmental Department, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

　　Abstract：The kinetics of the degradation of the high-concentration wastewater from butanediol production was studied by SBR(sequencing batch reactor) process based on a small-scale simulation of substrate concentration．The results showed that the corrected formula of Monod equation well described the rule of the degradation of butanediol. The corrected formula of Monod equation at the test temperature was：v=0.044(S-100)／[5719+(S-100)]．It was also shown by the data from the test that the degradation of the butanediol-containing wastewater became stable when the retention time reached 40 hours．
　　Key words： wastewater treatment；butanediol；kenitics；activated sludge process

　　本研究采用SBR法小型模擬試驗(yàn)裝置進(jìn)行了丁二醇廢水處理動力學(xué)研究，并用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證在試驗(yàn)溫度下丁二醇廢水的基質(zhì)濃度生化降解過程符合 Monod 方程。

1 試驗(yàn)材料與裝置

1.1 取水
　　廢水來源于山東勝利油田石油化工總廠生產(chǎn)1，4-丁二醇生產(chǎn)系統(tǒng)的排出水，水質(zhì)見表1。廢水中。的主要污染物有丁二醇，甲醇，四氫呋喃，γ—丁內(nèi)脂，順丁二酸二甲脂，其中丁二醇的質(zhì)量濃度為6200mg／L，甲醇的質(zhì)量濃度在5000-6000mg／L。取水COD_cr的質(zhì)量濃度為1400mg／L，混入沖地水、冷卻水等后CODcr降至2000-3000mg／L，進(jìn)入10L間歇式反應(yīng)器，進(jìn)行3d適應(yīng)性試驗(yàn)后，開始動力學(xué)試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)COD_cr初始質(zhì)量濃度為2597mg／L。

表1 丁二醇生產(chǎn)廢水水質(zhì)

溫度/℃pH值ρ（COD_cr）/(mg·L^-1)外觀氣味設(shè)備情況40-502-614000清澈刺激腐蝕嚴(yán)重

1.2 試驗(yàn)裝置
　　本試驗(yàn)采用的是有機(jī)玻璃制成的錐形間歇反應(yīng)器，有效容積10L。采用氣泵進(jìn)行間歇曝氣，兩根曝氣管直接將氣送至池底部，起到充氧與混合攪拌的雙重作用，上清液及底部沉泥均采用虹吸排出，具體見圖1。連續(xù)實(shí)驗(yàn)周期為48h，停止曝氣之前取樣測SV，觀察污泥絮凝狀況，靜置0.5 h后測裝置中溶解氧。污泥自由沉降1 h后取出上清液3L，補(bǔ)充高濃度原水和自來水控制整個(gè)裝置中COD_cr，的質(zhì)量濃度在2500mg／L左右，然后曝氣進(jìn)行重復(fù)循環(huán)試驗(yàn)。
　　裝置尺寸：L×W×H=0.2m×0.25m。
　　運(yùn)行參數(shù)：進(jìn)水：進(jìn)水10L，之后每48h換水3L；曝氣：46.5山沉降靜置時(shí)間：1h；停留時(shí)間：48h:污泥泥齡：48h；曝氣量：0.06m³／h；溶解氧：靜置0.5h后測量在4.5—5mg／L之間；排水(換水)：虹吸式排水，歷時(shí)0.5h。

1.3 污泥馴化
　　污泥來源于成都市污水處理廠的二沉池污泥，污泥絮凝性良好。取1 L活性污泥置于反應(yīng)器中，每隔12h加入15000mg／l丁二醇廢水，再加入自來水補(bǔ)足10L。按m(COD_cr)：m(N)：m(P)=100：5：1的比例向反應(yīng)器中加適量的NH₄OH和Na₃PO₄溶液，并連續(xù)向反應(yīng)器中曝氣。污泥馴化3d，待COD_cr降解穩(wěn)定后，即達(dá)到馴化要求。
1.4 試驗(yàn)原理[l]
　　根據(jù)Monod方程，v=v_max／(Ks+S)
　　式中：v——基質(zhì)比去除速度，d^-1；
　　　　 v_max——基質(zhì)的最大比去除速度，d^-1；
　　　　   Ks——飽和常數(shù)，其值為v=v_max／2時(shí)的基質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg／L；
　　　　   S——基質(zhì)的質(zhì)量濃度，(以COD_cr計(jì))，mg／L。
　　 如果存在難生化降解物質(zhì)，則Monod方程的修正式為v=v_max（S-S_n)/[Ks(S-S_n)]
　　 式中：S_n——難降解基質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg／L。

2 試驗(yàn)結(jié)果討論

2.1 丁二醇廢水降解規(guī)律
　　試驗(yàn)溫度為21.6-23.6℃，平均為22.8℃。MLSS的平均值(X)為6019mg／L，污泥負(fù)荷約為0.15kg[BOD₅]／(kg[MLSS]·d)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2  22.8℃試驗(yàn)結(jié)果

t/hpH值θ/℃S/(mg·L^-1)08.2222.3259738.2622.5241778.3023.02126108.3023.21908138.3123.11732178.3022.91557268.2121.61213398.3023.0693

　　由表2得出基質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的擬合公式：S=-0.0027t³+0.8135t²—75.782t+2616.3。
2.2 求難生化降解基質(zhì)的質(zhì)量濃度
　　難降解基質(zhì)的質(zhì)量濃度求解見表3。

表3  難降解基質(zhì)的質(zhì)量濃度求解

t/hS/(mg·L^-1)(S-Sn)/(mg·L^-1)△S/(mg·L^-1)v×10²/h^-1 v^-1/h026162516　 　 　 5225721573591.192983.8310193718373201.063394.0515165315532840.9437105.9720140413042490.8274120.8625118810882160.7177139.333010029921860.618161.8358457451570.5217191.53407146141310.4353229.73456075071060.3522283.92

注：表3中S是由表2中的S隨時(shí)間變化曲線圖的擬合公式計(jì)算的結(jié)果。

　　丁二醇廢水中含有四氫呋喃，丁—丁內(nèi)酯，順丁二酸二甲酯等高級酯類難生化降解的物質(zhì)，而試驗(yàn)中測的5既包含了易降解的物質(zhì)也包含了難降解的物質(zhì)。因?yàn)楦鶕?jù)基質(zhì)的質(zhì)量濃度降解規(guī)律，只是針對易降解的物質(zhì)，所以取時(shí)間間隔為5h，求5h內(nèi)的平均基質(zhì)的質(zhì)量濃度S和降解速度v(v=△S／（X×△t)，其中X代表污泥濃度)。作S-v曲線，在v=0時(shí)S與X數(shù)軸的交點(diǎn)就是難降解的物質(zhì)濃度，見圖2。由圖可求出難降解基質(zhì)的質(zhì)量濃度Sn為100mg／L，由擬合曲線表達(dá)式計(jì)算，結(jié)果相同。

2.3 計(jì)算飽和常數(shù)和基質(zhì)去除的最大比速度
　　根據(jù)Monod方程考慮難降解基質(zhì)的質(zhì)量濃度公式：v=v_max（S-S_n)/[Ks(S-S_n)],兩邊分別取倒數(shù)1/v=1/v_max+(Ks/v_max)[1/(S-S_n)],以1/（S-S_n)為自變量，以1/v為因變量，作線性圖，其中斜率是Ks/v_max，截距是1/v_max，如圖3。根據(jù)圖3進(jìn)行線性擬合，得到在22.8℃下直線方程y=129974x+22.65,并且此方程的線性回歸相關(guān)系數(shù)R=0.9979遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R_0.05=0.811,所以認(rèn)為擬合方程回歸性顯著。

　　根據(jù)上述方程計(jì)算：1/v_max=22.65,得出v_max=0.044/d^-1；斜率是Ks/v_max=129974得出Ks=5719mg/L。因此得到試驗(yàn)溫度下Monod方程的修正式為：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]

3 結(jié)論

　　①丁二醇生產(chǎn)廢水基本上屬于易生化處理的有機(jī)廢水，原始的質(zhì)量濃度S=2597 mg／L，僅24h COD_cr就降解到 1000mg／L以下，所以SBR法好氧處理丁二醇廢水是可行的。
　?、趐H值呈現(xiàn)由低到高最后穩(wěn)定趨勢，顯示在污水處理前期產(chǎn)生了酸化現(xiàn)象。數(shù)據(jù)顯示前3hCOD_cr的降解速度較快，到40h后COD_cr降解基本穩(wěn)定，所以在延長曝氣時(shí)間和停留時(shí)間，出水COD_cr不會明顯降低。
　　③丁二醇生產(chǎn)廢水好氧生化處理的COD_cr降解規(guī)律符合修正的Monod方程，平均溫度22.8℃時(shí)COD_cr最大去除速率v_max=0.044d^-1；飽和系數(shù)Ks=5719mg／L；難生化降解Sn=100mg／L。因?yàn)檫M(jìn)水控制低于3000mg／L，并且反應(yīng)速度比較慢，反應(yīng)時(shí)間比較長，所以用SBR法可以達(dá)到如此高的飽和常數(shù)Ks。
　?、軓U水初始溫度在40-50℃之間，混入沖地水和冷卻水后可終年保持水溫在20-30℃之間，因此所獲動力學(xué)關(guān)系和動力學(xué)參數(shù)可作設(shè)計(jì)依據(jù)。 

參考文獻(xiàn)：
[1] 顧夏聲．廢水生物處理數(shù)學(xué)模式[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1993．

作者簡介：鄭軼麗(1979—)，女，遼寧沈陽人，學(xué)士，現(xiàn)為四川 大學(xué)在讀碩士研究生，1997年畢業(yè)于四川大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué) 系，研究方向?yàn)樗廴揪C合治理工程，電 話:(028)85405740。