SBR法處理丁二醇廢水動力學研究
摘要：對高濃度丁二醇生產廢水進行了SBR法小型模擬基質濃度降解動力學 研究 ，求取了有關的動力學參數。結果表明Monod方程的修正式能很好地描述丁二醇的降解 規律 ，試驗溫度下Monod方程的修正式為：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]。試驗數據還表明在停留時間達40h時，丁二醇廢水的降解達到穩定。
關鍵詞：廢水處理 丁二醇 動力學 活性污泥法
A Study of Kinetics of Treatment of Wastewater from Butanediol Production Using SBR Process
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法小型模擬試驗裝置進行了丁二醇廢水處理動力學研究，并用試驗結果驗證在試驗溫度下丁二醇廢水的基質濃度生化降解過程符合 Monod 方程。
1 試驗材料與裝置
1.1 取水
廢水來源于山東勝利油田石油化工總廠生產1，4-丁二醇生產系統的排出水，水質見表1。廢水中。的主要污染物有丁二醇，甲醇，四氫呋喃，γ—丁內脂，順丁二酸二甲脂，其中丁二醇的質量濃度為6200mg/L，甲醇的質量濃度在5000-6000mg/L。取水CODcr的質量濃度為1400mg/L，混入沖地水、冷卻水等后CODcr降至2000-3000mg/L，進入10L間歇式反應器，進行3d適應性試驗后，開始動力學試驗研究。實驗CODcr初始質量濃度為2597mg/L。
表1 丁二醇生產廢水水質
溫度/℃pH值ρ(CODcr)/(mg·L-1)外觀氣味設備情況
40-502-614000清澈刺激腐蝕嚴重
1.2 試驗裝置
本試驗采用的是有機玻璃制成的錐形間歇反應器，有效容積10L。采用氣泵進行間歇曝氣，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。連續實驗周期為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，補充高濃度原水和自來水控制整個裝置中CODcr，的質量濃度在2500mg/L左右，然后曝氣進行重復循環試驗。
裝置尺寸：L×W×H=0.2m×0.25m。
運行參數：進水：進水10L，之后每48h換水3L;曝氣：46.5山沉降靜置時間：1h;停留時間：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活性污泥置于反應器中，每隔12h加入15000mg/l丁二醇廢水，再加入自來水補足10L。按m(CODcr)：m(N)：m(P)=100：5：1的比例向反應器中加適量的NH4OH和Na3PO4溶液，并連續向反應器中曝氣。污泥馴化3d，待CODcr降解穩定后，即達到馴化要求。
1.4 試驗原理[l]
根據Monod方程，v=vmax/(Ks+S)
式中：v——基質比去除速度，d-1;
vmax——基質的最大比去除速度，d-1;
Ks——飽和常數，其值為v=vmax/2時的基質的質量濃度，mg/L;
S——基質的質量濃度，(以CODcr計)，mg/L。
如果存在難生化降解物質，則Monod方程的修正式為v=vmax(S-Sn)/[Ks(S-Sn)]
式中：Sn——難降解基質的質量濃度，mg/L。
2 試驗結果討論
2.1 丁二醇廢水降解 規律
試驗溫度為21.6-23.6℃，平均為22.8℃。MLSS的平均值(X)為6019mg/L，污泥負荷約為0.15kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d)，試驗結果見表2。
表2 22.8℃試驗結果
t/hpH值θ/℃S/(mg·L-1)
08.2222.32597
38.2622.52417
78.3023.02126
108.3023.21908
138.3123.11732
178.3022.91557
268.2121.61213
398.3023.0693
由表2得出基質濃度隨時間變化的擬合公式：S=-0.0027t3+0.8135t2—75.782t+2616.3。
2.2 求難生化降解基質的質量濃度
難降解基質的質量濃度求解見表3。
表3 難降解基質的質量濃度求解
t/hS/(mg·L-1)(S-Sn)/(mg·L-1)△S/(mg·L-1)v×102/h-1 v-1/h
026162516
5225721573591.192983.83
10193718373201.063394.05
15165315532840.9437105.97
20140413042490.8274120.86
25118810882160.7177139.33
3010029921860.618161.8
358457451570.5217191.53
407146141310.4353229.73
456075071060.3522283.92
注：表3中S是由表2中的S隨時間變化曲線圖的擬合公式 計算 的結果。
丁二醇廢水中含有四氫呋喃，丁—丁內酯，順丁二酸二甲酯等高級酯類難生化降解的物質，而試驗中測的5既包含了易降解的物質也包含了難降解的物質。因為根據基質的質量濃度降解規律，只是針對易降解的物質，所以取時間間隔為5h，求5h內的平均基質的質量濃度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S與X數軸的交點就是難降解的物質濃度，見圖2。由圖可求出難降解基質的質量濃度Sn為100mg/L，由擬合曲線表達式計算，結果相同。
2.3 計算飽和常數和基質去除的最大比速度
根據Monod方程考慮難降解基質的質量濃度公式：v=vmax(S-Sn)/[Ks(S-Sn)],兩邊分別取倒數1/v=1/vmax+(Ks/vmax)[1/(S-Sn)],以1/(S-Sn)為自變量，以1/v為因變量，作線性圖，其中斜率是Ks/vmax，截距是1/vmax，如圖3。根據圖3進行線性擬合，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系數R=0.9979遠遠大于R0.05=0.811,所以認為擬合方程回歸性顯著。
根據上述方程計算：1/vmax=22.65,得出vmax=0.044/d-1;斜率是Ks/vmax=129974得出Ks=5719mg/L。因此得到試驗溫度下Monod方程的修正式為：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]
3 結論
①丁二醇生產廢水基本上屬于易生化處理的有機廢水，原始的質量濃度S=2597 mg/L，僅24h CODcr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。
②pH值呈現由低到高最后穩定趨勢，顯示在污水處理前期產生了酸化現象。數據顯示前3hCODcr的降解速度較快，到40h后CODcr降解基本穩定，所以在延長曝氣時間和停留時間，出水CODcr不會明顯降低。
③丁二醇生產廢水好氧生化處理的CODcr降解規律符合修正的Monod方程，平均溫度22.8℃時CODcr最大去除速率vmax=0.044d-1;飽和系數Ks=5719mg/L;難生化降解Sn=100mg/L。因為進水控制低于3000mg/L，并且反應速度比較慢，反應時間比較長，所以用SBR法可以達到如此高的飽和常數Ks。
④廢水初始溫度在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，因此所獲動力學關系和動力學參數可作設計依據。
參考 文獻 ：
[1] 顧夏聲.廢水生物處理數學模式[M].北京：清華大學出版社，1993.
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