SBR法特性及其在啤酒工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
摘 要：本文介紹 SBR(Sequencing Batch Reactor)法的工藝特性及其技術(shù)發(fā)展的必要性，對(duì)采用間歇性活性污泥法處理啤酒工業(yè)廢水進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析結(jié)果并提出該方法運(yùn)行控制過(guò)程中各指標(biāo)的合理化建議。
關(guān)鍵詞：SBR法 啤酒廢水處理
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)污水排放量不斷增加。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的限制，許多污水均未做到達(dá)標(biāo)排放，水環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重，當(dāng)前我國(guó)迫切需要一批能滿足排放需求，處理效果好，運(yùn)行費(fèi)用低的污水處理技術(shù)和新工藝。通過(guò)環(huán)保工作者的不懈努力，許多污水處理新技術(shù)、新工藝在我國(guó)得到應(yīng)用，其中間歇性活性污泥法(簡(jiǎn)稱(chēng)SBR)工藝發(fā)展迅速,近年來(lái)已成為我國(guó)污水處理的主導(dǎo)工藝，取得了許多研究成果和豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
1 SBR法工藝特性及其改進(jìn)[1]
1.1 SBR法簡(jiǎn)介
SBR是通過(guò)在時(shí)間上的交替實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的整個(gè)過(guò)程。它在流程上只有一個(gè)基本單元，將調(diào)節(jié)池、曝氣池和沉淀池的功能集中在池子里，兼有水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解、有機(jī)物和固液分離等功能。經(jīng)典的SBR反應(yīng)器的運(yùn)行過(guò)程：進(jìn)水—曝氣—沉淀—潷水—待機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，解決了開(kāi)發(fā)初期間歇操作中的復(fù)雜問(wèn)題，使該工藝的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。SBR法處理污水具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：①工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低;②時(shí)間上具有理想的推流式反應(yīng)器的特性;③運(yùn)行方式靈活，脫氮除磷效果好;④污泥沉降性能良好;⑤對(duì)進(jìn)水水質(zhì)水量的波動(dòng)具有較好的適應(yīng)性[3]。
2 SBR法工藝的改進(jìn)
由于SBR工藝時(shí)間和空間上的特點(diǎn)，造就了SBR工藝在運(yùn)行操作上的靈活性，使得SBR工藝的發(fā)展呈現(xiàn)了多樣性，開(kāi)發(fā)出了ICEAS、CASS、UNATANK等。
3 SBR法試驗(yàn)研究
在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機(jī)底物從污水中去除過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是有機(jī)底物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中所發(fā)生的一系列物理化學(xué)以及生物化學(xué)等反應(yīng)都需要氧的參與。因此微生物對(duì)有機(jī)物的降解過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是對(duì)氧的利用過(guò)程。運(yùn)行中可以用DO濃度作為過(guò)程控制和反應(yīng)時(shí)間的控制參數(shù)[4]。
3.1試驗(yàn)設(shè)備和方法
試驗(yàn)中采用的SBR法裝置，反應(yīng)器有效容積10L，共三個(gè)，采用微孔曝氣，溶解氧檢測(cè)儀在線檢測(cè)反應(yīng)器內(nèi)DO濃度，通過(guò)控制曝氣量維持DO濃度恒定。DO與曝氣量較小時(shí)用攪拌器使混合液混合充分。試驗(yàn)所用原水為啤酒廢水，其主要成分包括多種糖類(lèi)、酵母、醇類(lèi)、氨基酸和蛋白質(zhì)等有機(jī)物，屬于含糖量較高的易溶解性廢水，為維持微生物的正常生長(zhǎng)，按BOD：氨：磷=100：5：1的比例向原水中投加氯化銨和磷酸二氫鉀配制而成的營(yíng)養(yǎng)液。
檢測(cè)分析的項(xiàng)目有COD、DO、MLSS、SVI等，試驗(yàn)中的三個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物降解反應(yīng)分別在高DO(DO=3.5mg/L,3.0mg/L,2.5mg/L,0.1mg/L)的條件下進(jìn)行，相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)器依次命名為1#、2#、3#，進(jìn)水COD為600mg/L，混合液初始COD在400-500mg/L之間，污泥濃度維持在300mg/L左右，1#、2#、3#反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間分別為120min，135-165min和180-210min。反應(yīng)過(guò)程中維持DO濃度基本恒定。其中：CODcr濃度600mg/L;TN濃度18.42mg/L;PH值6.5;BOD5濃度371mg/L;TP濃度為3.72mg/L。
3.2試驗(yàn)結(jié)果和分析
3.2.1 DO對(duì)有機(jī)物降解反應(yīng)速率的影響
啤酒廢水是一種可溶解性易降解工業(yè)廢水。在反應(yīng)開(kāi)始，易降解有機(jī)物立即被微生物吸附，儲(chǔ)存在細(xì)胞內(nèi)用于后續(xù)的變化氧化反應(yīng)。隨著曝氣的進(jìn)行，剩余有機(jī)物不斷地去除，在反應(yīng)前期，有機(jī)物降解迅速，約lh左右有機(jī)物降解完畢。此過(guò)程中，底物濃度與反應(yīng)時(shí)間幾乎呈線性關(guān)系，有機(jī)底物以最大的速率進(jìn)行分解，與底物濃度關(guān)系不大。當(dāng)DO在2.0mg/L以上高濃度時(shí)，有機(jī)物降解速率受DO影響很小，有機(jī)物曲線幾乎重合。而在中、低DO濃度的環(huán)境中，有機(jī)物降解速率受DO影響則較大，尤其是低DO濃度(DO<1.0mg/L時(shí)，需100 min左右有機(jī)物才能降到100mg/L以下)。當(dāng)有機(jī)物降解到一定濃度之后，降解速率及耗氧速率均開(kāi)始減少，需氧量也隨之降低。到反應(yīng)后期，反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)物濃度很低(COD在100mg/L以下)，且大部分為不可生物降解的細(xì)胞殘留物質(zhì)。當(dāng)DO濃度在2mg/L以上時(shí)，有機(jī)物降解速率與DO濃度間的關(guān)系，可用莫諾方程式采用線性回歸通過(guò)計(jì)算機(jī)可求出氧飽和常數(shù)KO2為0.194mg/L，比IAMRRC推薦的KO2為0.2mg/L略小，這表示在較高濃度下，DO對(duì)有機(jī)物降解速率影響很小，這啟示：為了節(jié)能沒(méi)有必要維護(hù)曝氣池中過(guò)高的DO濃度。
3.2.2 SBR工藝中DO對(duì)污泥指數(shù)的影響
DO濃度的高低影響著活性污泥微生物的生長(zhǎng)，中DO濃度(DO=2.0-1.0mg/L)和高DO濃度(DO>2.0mg/L)環(huán)境下，SVI一直較低，尤其是在高DO濃度條件下，SVI均在35ml/g左右，這是因?yàn)椋贒O適宜的情況下，微生物絮狀菌占優(yōu)勢(shì)，相反絲狀菌的生長(zhǎng)則受到抑制。一直以來(lái)，低DO濃度被認(rèn)為是引起絲狀菌污泥膨脹的主要因素之一，且在筆者以前做的試驗(yàn)中，恒定曝氣量在低DO濃度條件下也曾發(fā)生過(guò)絲狀菌污泥膨脹。然而，本試驗(yàn)條件下，卻出現(xiàn)了截然相反的試驗(yàn)結(jié)果，可能是因?yàn)樵诘虳O環(huán)境中細(xì)菌能量水平降低，活性減弱，代謝過(guò)程緩慢，這使得在菌膠團(tuán)的形成中起主要作用的莢膜的分泌量減少，污泥含水率下降，SVI值降低。另外，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中DO濃度是逐漸低的，且每一DO值都有較長(zhǎng)一段時(shí)間的馴化,這也可能是導(dǎo)致低DO條件下SVI降低的原因。
3.3結(jié)論
通過(guò)對(duì)上述結(jié)果的分析與評(píng)論，可以提出以下結(jié)論：
(1)SBR法處理啤酒工業(yè)廢水中，DO濃度高(DO>2.0mg/L)時(shí)，有機(jī)物降解反應(yīng)很快完成，DO對(duì)有機(jī)物降解速率的影響不大;相反，DO濃度較低(DO<0.8mg/L時(shí)，有機(jī)物降解完畢則需較長(zhǎng)時(shí)間，DO對(duì)有機(jī)物降解速率有明顯的影響，DO濃度越快，有機(jī)物降解速率越小。
(2)DO濃度對(duì)有機(jī)物比降解速率的影響可用莫諾方程式描述，試驗(yàn)中求得有機(jī)物最大比降解速率vmax=4.62d-1，氧飽和常數(shù)KO2=0.194mg/L。當(dāng)DO>2.0mg/L時(shí)，有機(jī)物比降解速率接近最大值vmax，此時(shí)，再增大DO濃度并不能提高有機(jī)物降解速率。因此，為了節(jié)能，在曝氣池中也沒(méi)有必要維持過(guò)高的DO濃度。
(3)一般認(rèn)為低DO是引起污泥膨脹的主要原因之一。然而，在本試驗(yàn)條件下，低DO濃度并沒(méi)有引起膨脹，相反卻使SVI值降低，但微生物活減弱，代謝過(guò)程緩慢，有機(jī)物降解速率降低。可見(jiàn)，在某種情況下，低DO濃度并不是引起污泥膨脹的充分與必要條件，這一
新的發(fā)現(xiàn)還有待于在進(jìn)一步研究中驗(yàn)證。
4 結(jié)語(yǔ)
SBR工藝反應(yīng)池內(nèi)活性污泥馴化成熟后，活性高，降解率高，沉降性能好，適應(yīng)能力強(qiáng)。在SBR工藝系統(tǒng)啟動(dòng)初期應(yīng)大量曝氣，提高有機(jī)負(fù)荷應(yīng)該慎重，以免造成超負(fù)荷運(yùn)行;當(dāng)污泥凝聚性能好轉(zhuǎn)時(shí)，則需有意加大負(fù)荷，以促進(jìn)污泥生長(zhǎng)，提高混合液污泥濃度。當(dāng)30min沉降實(shí)驗(yàn)及混合液污泥濃度均顯示污泥性能足夠時(shí)，應(yīng)及時(shí)排除剩余污泥，以免污泥老化，在污泥馴化期還要適時(shí)排放泥水分離后的上清液。在實(shí)際工作中，當(dāng)處理規(guī)模大時(shí)，需多套SBR池并聯(lián)運(yùn)行，使控制系統(tǒng)及維護(hù)管理趨于復(fù)雜，故SBR法特別對(duì)于一般中、小型規(guī)模有機(jī)濃度較高、可生化性好的工業(yè)廢水處理，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值[5]。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 方先金，Horst A Jezierski，薛平.間歇式雙向特環(huán)活性污泥法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。給水排水[J].2001，27(10)：59-61
[3] 李道棠，趙敏鈞，間歇式活性污泥法技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，30(9)45-48
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[5] Goronszy M..C.朱明權(quán).循環(huán)式活性污泥法在工業(yè)廢水中的應(yīng)用[J]中國(guó)給水排水.1996，12(6)23-27
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