生活污水SBR處理工藝運行條件優(yōu)化實驗研究

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簡介： 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行了實驗研究。實驗結(jié)果表明，SBR法對有機物有很好的去除效果，處理后出水COD達到國家一級排放標準，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)鍵字：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、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、耐沖擊負荷強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

　　圖1  試驗裝置

　　①反應(yīng)器 ②攪拌機 ③出水閥 ④微孔曝氣管 ⑤排泥閥

　?、逎撍?⑦進水閥 ⑧曝氣閥 ⑨原水箱 ⑩鼓風(fēng)機

　　模型反應(yīng)器用有機玻璃制成，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；電機攪拌，電子調(diào)壓器控制攪拌速度，如圖1所示。

　　進水和出水人工控制，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

　　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

　　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行試驗，各因素的取值見表2；以COD的去除率為考核指標，試驗結(jié)果見表3。

　　表3 曝氣因素試驗結(jié)果

　　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準（城鎮(zhèn)二級污水處理廠COD排放標準為60 mg/L,GB8978-1996）。曝氣4 h COD去除率可高達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

　　試驗中采用瞬間進水的方式，曝氣與缺氧交替進行，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（進水），1、2、3、4、5 h取樣100 mL，均沉淀1 h后再測定COD。共進行了二組試驗，結(jié)果見表4和圖2。

　　表4  COD降解過程試驗結(jié)果      mg/L

　　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去除率達到88%以上。

　　為進一步確定最佳總反應(yīng)時間，進行了對比試驗，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

　　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)進水濃度和出水要求進行選擇。

　　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，測試結(jié)果見圖3。

　　從表6可見，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)，微生物降解有機物分別生成不同的產(chǎn)物，缺氧狀態(tài)下微生物降解有機物不徹底，生成有機酸，使pH降低；曝氣時有機酸降解完全，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，進行一系列試驗，瞬間進水，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

　　污水呈中性有利于微生物降解有機物，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,達到國家一級排放標準，COD的去除率高達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。

　　參考文獻

　　1 陳永祥，程曉如，邵  青. SBR處理城市生活污水的試驗研究. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2001，6：15~17

　　2 王  忠. SBR工藝特點及改進類型. 交通環(huán)保，2002，23 (2)：41~42

　　3 楊云龍，陳啟斌. SBR工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展.工業(yè)用水與廢水，2002，33 (2)：1~3

　　4 王凱軍，宋英豪. SBR工藝的發(fā)展類型及其應(yīng)用特性. 中國給水排水，2002，18 (7)：23~26

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　　[1] 第一作者：謝志旺，男，1980生，暨南大學(xué)環(huán)境工程系在讀碩士研究生，研究方向為環(huán)境規(guī)劃與管理。