間歇活性污泥法處理磺胺廢水及其動(dòng)力學(xué)研究

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簡(jiǎn)介： 間歇活性污泥法處理磺胺廢水及其動(dòng)力學(xué)研究
關(guān)鍵字：間歇 活性污泥 磺胺

1 材料及方法

1.1 廢水
　　試驗(yàn)所采用的廢水由實(shí)際的磺胺廢液加自來(lái)水和NH₄Cl、Na₂HPO₄(以BOD∶N∶P=100∶5∶1添加)配制而成，廢液的性質(zhì)如表1所示。

表1 磺胺廢液的性質(zhì)成分濃度TOC(g/L)30～34CODMn(g/L)18～26NaCl(%)14～16NaAc(%)7～8磺胺（%）1.8～2.0TS（%）24～27TVS（%）16～18pH6.0～6.2

　　廢液的稀釋倍數(shù)分別為10倍和20倍。另外，為了考察磺胺的影響，還根據(jù)過(guò)濾液在稀釋20倍時(shí)的NaCl和NaAc濃度，人工配制了不含磺胺的廢水進(jìn)行對(duì)比。
1.2 試驗(yàn)裝置及方法　
　　試驗(yàn)裝置的構(gòu)成如圖1所示。

　　活性污泥反應(yīng)器為圓桶形有機(jī)玻璃容器，容積為8 L。反應(yīng)器放在一個(gè)恒溫水槽中，水溫控制在(20±1) ℃?？諝獗玫臍饬坑赊D(zhuǎn)子流量計(jì)控制在1～2 L/min，用溶解氧測(cè)定儀監(jiān)測(cè)反應(yīng)器中的溶氧濃度，確?；钚晕勰嗷旌弦喝苎鯘舛仍? mg/L以上。為了補(bǔ)充因曝氣造成的水分損失，在空氣泵與散氣球之間串聯(lián)了空氣加濕瓶。
　　試驗(yàn)時(shí)取2 L馴化好的污泥混合液與4 L廢水放入反應(yīng)器中曝氣，并以一定時(shí)間間隔取樣化驗(yàn)。
1.3 種泥及其馴化方法
　　活性污泥種泥采自城市污水廠的曝氣池。種泥的馴化和廢水處理分別采用上述濾液的10倍和20倍稀釋水進(jìn)行。第一階段和第二階段試驗(yàn)的HRT分別為10d和5d，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間各2個(gè)月。在馴化期間分別對(duì)處理水的DOC和混合液污泥濃度進(jìn)行了測(cè)定，同時(shí)用顯微鏡觀察了污泥中細(xì)菌相的變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果

　　圖2、3、4分別為廢液在10倍稀釋、20倍稀釋和原水中不含磺胺(人工廢水)時(shí)，活性污泥反應(yīng)體系中各指標(biāo)的逐時(shí)變化情況。
　　這里需要說(shuō)明的是，在做20倍稀釋水的試驗(yàn)時(shí)夜間沒(méi)有采樣，所以反應(yīng)的第6 h至22.5 h之間無(wú)數(shù)據(jù)。另外圖3中的幾個(gè)空白點(diǎn)是由于樣品測(cè)試失敗造成的。

3 討論與分析

3.1 指標(biāo)的相關(guān)性
　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)線性回歸可以得出混合液懸浮固體濃度的SOC指標(biāo)與VSS指標(biāo)以及基質(zhì)濃度的DOC指標(biāo)與BOD指標(biāo)之間的換算關(guān)系，即式(1)、(2)，據(jù)此可方便地計(jì)算出VSS和BOD值。
　　VSS=1.6SOC+581.0 (1)
　　BOD=1.9DOC-1285.3 (2)
3.2 動(dòng)力學(xué)常數(shù)求定
　　為了探討磺胺的抑制性問(wèn)題，依據(jù)Contois型動(dòng)力學(xué)模型_[1]對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理。
　　Contois型動(dòng)力學(xué)模型如下：

　　(1/X)(dS/dt)=[Vm(S/X)]/[Ks+(S/X)]　　　(3)
　　式中　(1/X)(dS/dt)--基質(zhì)的比降解速率，h^-1
?　　　　Vm--基質(zhì)的最大比降解速率，h^-1
?　　　　Ks--飽和常數(shù)，mg/L
?　　　　X--微生物濃度，mgSOC/L
?　　　　S--基質(zhì)濃度，mgDOC/L

　　式(3)簡(jiǎn)化為一級(jí)反應(yīng)式：
　　(1/X)(dS/dt)=K(S/X)
　　由于間歇活性污泥反應(yīng)為非穩(wěn)態(tài)反應(yīng)，故上式可改寫(xiě)為：
　　d(S/X)/dt=K(S/X) (4)
　　其積分式為：
?　C=C_0exp(-Kt) (5)
　　式中 K=Vm/Ks--反應(yīng)速率常數(shù)
?　　　　C=S/X--基質(zhì)的比生物量濃度，mgDOC/mgSOC

　　S/X值在間歇活性污泥法(SBR法)中可視為不同時(shí)刻的污泥負(fù)荷，它是隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而降低的，其變化趨勢(shì)與一級(jí)反應(yīng)規(guī)律非常符合，因此可通過(guò)一級(jí)反應(yīng)方程式進(jìn)行回歸得出其相應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)(表2)。

表2 動(dòng)力學(xué)方程式原水種類SK10倍稀釋水8.0377exp(-0.1141t)0.114120倍稀釋水5.7646exp(-0.1369t)0.1369人工廢水3.0218exp(-0.4033t)0.4033

　　 表2中動(dòng)力學(xué)方程式的系數(shù)表示了反應(yīng)初始間歇式活性污泥反應(yīng)器中基質(zhì)與污泥濃度的比值，可視為SBR法的起始污泥負(fù)荷。同樣，可以根據(jù)式(1)、(2)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行處理而求出以kgBOD/kgVSS為單位的相應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式S和反應(yīng)速率常數(shù)K，為習(xí)慣于BOD和VSS表示的設(shè)計(jì)者提供參考。
3.3 磺胺的抑制性
　　從上述結(jié)果可見(jiàn)，即使是馴化過(guò)的污泥，磺胺的抑制作用也很明顯。試驗(yàn)所用廢液中，磺胺的濃度為14 140 mg/L，其理論TOC為5076 mg/L，且在10倍和20倍稀釋時(shí)分別為507.6、253.8mg/L。如按上述動(dòng)力學(xué)方程式進(jìn)行推斷，當(dāng)10倍、20倍稀釋情況以及人工廢水情況下反應(yīng)液中的醋酸鈉濃度被完全降解掉，即DOC濃度分別達(dá)507.6、253.8和0 mg/L(此時(shí)DOC/SOC分別為0.43、0.28和0.1)時(shí)，所需的反應(yīng)時(shí)間分別為25.6、22.1和21.6 h?？梢?jiàn)，20倍稀釋時(shí)磺胺的抑制性幾乎不存在，因此對(duì)于該廢液的處理建議采用稀釋20倍。
　　試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)磺胺的降解采用兩級(jí)串聯(lián)的接觸氧化工藝更為有效，在活性污泥法系統(tǒng)中的降解效率很低^[2]。

4 結(jié)論

　　通過(guò)以上分析，對(duì)于采用間歇活性污泥法處理制藥廠磺胺廢液，可得出如下階段性結(jié)論：
　　① 采用10倍稀釋水進(jìn)行處理，即使進(jìn)行了污泥馴化，磺胺也會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用，且磺胺的降解需要26 h以上的曝氣時(shí)間。而采用20倍稀釋水進(jìn)行處理，磺胺的抑制作用消失。
　?、?采用間歇活性污泥法處理該廢液，其有機(jī)物降解可以用Contois型動(dòng)力學(xué)模型的一級(jí)反應(yīng)式描述，所得參數(shù)可供設(shè)計(jì)者參考。

參考文獻(xiàn)

　　1 Leslie Grady C P Jr，Lim Henry C.Biological Wastewater Treatment Theory and Applications.MARCEL DEKKER,INC.New York and Basel,1980
　　2 張振家，中西弘.高濃度活性污泥法と接觸酸化法によるSA合成廢液の處理特性についての實(shí)驗(yàn)的研究，科學(xué)研究補(bǔ)助金(試驗(yàn)研究B，1)研究成果報(bào)告書(shū)，1993