間歇活性污泥法處理磺胺廢水及其動力學(xué)研究
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。
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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。
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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) ℃。空氣泵的氣量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制在1～2 L/min，用溶解氧測定儀監(jiān)測反應(yīng)器中的溶氧濃度，確；钚晕勰嗷旌弦喝苎鯘舛仍2 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。在馴化期間分別對處理水的DOC和混合液污泥濃度進(jìn)行了測定，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。
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這里需要說明的是，在做20倍稀釋水的試驗(yàn)時(shí)夜間沒有采樣，所以反應(yīng)的第6 h至22.5 h之間無數(shù)據(jù)。另外圖3中的幾個(gè)空白點(diǎn)是由于樣品測試失敗造成的。
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 動力學(xué)常數(shù)求定
為了探討磺胺的抑制性問題，依據(jù)Contois型動力學(xué)模型對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理。
Contois型動力學(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)簡化為一級反應(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)，故上式可改寫為：
d(S/X)/dt=K(S/X) (4)
其積分式為：
C=C0exp(-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)間的延長而降低的，其變化趨勢與一級反應(yīng)規(guī)律非常符合，因此可通過一級反應(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)。
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表2中動力學(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)對測試結(jié)果進(jìn)行處理而求出以kgBOD/kgVSS為單位的相應(yīng)動力學(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，即使是馴化過的污泥，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，20倍稀釋時(shí)磺胺的抑制性幾乎不存在，因此對于該廢液的處理建議采用稀釋20倍。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對磺胺的降解采用兩級串聯(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。
4 結(jié)論
通過以上分析，對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：
、 采用10倍稀釋水進(jìn)行處理，即使進(jìn)行了污泥馴化，磺胺也會對微生物產(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型動力學(xué)模型的一級反應(yīng)式描述，所得參數(shù)可供設(shè)計(jì)者參考。
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