SBR處理合成氨廢水的中試探討

摘要：本文主要針對SBR處理合成氨廢水的中試展開了探討，結合了一系列具體的實驗研究，系統概述了中試系統的概況，并對實驗研究所得結果作了闡述和討論，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：合成氨廢水；SBR；中試

所謂的SBR，是一種高效的生物脫氮工藝，具有投資小、結構緊湊、耐沖擊負荷能力強等優點，在合成氨廢水的處理中有著廣泛的應用。而中試就是產品正式投產前的試驗，即中間階段的試驗，是產品在大規模量產前的較小規模試驗。為了進一步強化SBR工藝處理合成氨廢水的效果，本文通過結合一系列具體的中試試驗對SBR處理合成氨廢水進行了探討，相信對加強SBR的處理能力有一定的幫助。

1 中試系統概況

1.1 原水水質及種泥

供試廢水取自某化工廠物化調節池，水質如表1所示。試驗中所用接種污泥取自該化工廠現有A/O工藝中的回流污泥，污泥質量濃度為3000mg/L左右，污泥外觀呈黃褐色，鏡檢原生動物相較為豐富，其菌膠團結構緊密。

SBR反應器的有效容積為31m3，處理水量為5～10m3/d，池體由鋼板焊制，內壁進行防腐處理。SBR池中加裝球形漂浮填料以強化硝化菌的新陳代謝，好氧狀態下水中DO控制在2～3mg/L。廢水先經格柵后直接進入調節池進行水量和水質調節；此后，鼓風機啟動，進行曝氣（好氧硝化）并投加合適的堿度以防止廢水酸化；在曝氣結束后，啟動攪拌器并投加甲醇（缺氧反硝化），以達到廢水同時去除有機物和脫氮的目的；靜置沉淀后，采用虹吸方式排水。

1.3 分析方法

試驗中COD，NH4+-N，NO3--N，NO2--N和TN等指標根據《水和廢水監測分析方法》（第四版）進行測定。

2 結果與討論

2.1 進水負荷對SBR工藝的影響

進水負荷是SBR工藝重要的影響因素。研究表明只要負荷足夠高，在任何DO質量濃度和曝氣條件下都可能發生污泥膨脹，進而影響SBR工藝的處理效果。試驗進水量變化與COD和NH4+-N去除率關系如圖2所示。圖中Vin為進水體積，η為去除率，t為時間。進水量從8m3提高到9.5m3的過程中，反應器COD和NH4+-N的去除率均下降，當水量繼續增加到10m3，COD和NH4+-N的去除率下降到80%左右。此時COD和NH4+-N的出水質量濃度分別為97mg/L和29mg/L，NH4+-N的出水質量濃度較高，高于排放標準。

2.2 曝氣時間和曝氣量對SBR工藝的影響

有研究表明曝氣時間短，系統供氧不足，微生物的新陳代謝將受到影響；曝氣時間過長，微生物進行消耗性內源呼吸，活性污泥量減少，均影響SBR工藝的去除效果。等研究指出，曝氣量的大小對SBR工藝同步脫氮除磷的效果有較大的影響，曝氣量在28L/h時，SBR工藝對氮、磷及COD的去除效果最佳。

經研究發現曝氣130min后COD的去除較為理想，其質量濃度已降到60mg/L左右，達到合成氨廢水排放標準，其原因主要歸結于好氧階段初期活性污泥良好的吸附能力以及降解作用。但隨著曝氣時間的延長，COD質量濃度基本保持穩定，曲線趨于平穩。

綜上分析，選定SBR工藝的曝氣量為80m3/h，曝氣時間為9h。

2.3 廢甲醇的投加量對SBR工藝的影響

厭氧環境下，污水中的有機碳源可以作為反硝化菌的電子供體，通過微生物的代謝作用，硝態氮最終還原成氮氣。有研究表明，投加甲醇能夠強化反硝化能力，提高SBR工藝的脫氮效果。

經過實驗 當廢甲醇的投加量分別為12L和14L時，出水TN質量濃度在20mg/L左右，TN去除效果較好，但出水COD質量濃度較高，分別在125和160mg/L左右。當廢甲醇的投加量為10L時，出水的TN和COD質量濃度分別低于25和80mg/L，均能夠達到排放標準。在反硝化階段投加10L廢甲醇較為適宜。

2.4 缺氧時間對SBR工藝的影響

大多數反硝化細菌是異氧型兼性厭氧細菌，其適宜條件為缺氧環境，進而也決定了脫氮的效果。為了確定合適的缺氧時間，在缺氧攪拌階段，監測分析了廢水中的COD，NH4+-N，NO2--N和N NO3-N的變化情況，經結果發現反應器在缺氧攪拌開始的1.5h時間內，反硝化速率較快，主要原因可能為廢甲醇作為反硝化的碳源，促進硝化產物亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮在生物膜內實現快速的反硝化，同時COD的質量濃度也由初始的380mg/L降低到78mg/L；但隨著攪拌時間的增加，反硝化速率和COD的質量濃度基本穩定。

綜上分析，SBR最佳運行方式為：進水1.5h→好氧曝氣9h（曝氣量80m3/h）→缺氧攪拌3h→沉淀50min→出水1.5h。

2.5 SBR反應器對COD的去除效果

SBR工藝進出水COD的質量濃度監測結果如圖3所示。圖中ρinCOD，ρoutCOD，η分別為進水COD濃度、出水COD濃度、COD去除率。

由此可見，SBR工藝對廢水中的COD具有較好的去除效率且抗沖擊負荷能力較佳。其原因在于SBR反應器內的球形漂浮填料為微生物提供了良好的生長環境，工藝兼具活性污泥法和生物膜法的優勢，并且能夠使好氧階段廢水中DO穩定在2～3mg/L，從而保證了運行期間穩定的COD去除效果。研究表明由于閑置的活性污泥具有較強的吸附能力，故在SBR工藝運行周期內COD的去除主要發生在進水后較短時間內。在67～88d，出水COD質量濃度維持在40～89mg/L，COD的去除率在85%～93%，能夠達到相應的排放標準。

2.6 SBR反應器對氨氮的去除效果

SBR工藝對合成氨廢水中NH4+-N的去除如圖4所示，圖中ρin氨氮，ρout氨氮分別為進水氨氮濃度和出水氨氮濃度。可見，在54～62d的運行期間，NH4+-N的去除率基本在85%以上，最高可達92%，說明硝化細菌的活性較高，NH4+-N的去除效果較好。但在63～65d期間，NH4+-N去除率有所下降。原因是進水中的污染物負荷突然增大，NH4+-N質量濃度驟增。研究表明SBR工藝中NH4+-N負荷率過高會嚴重影響脫氮效果，最佳NH4+-N負荷率應低于0.063g/（g·d）。有研究表明，堿度不足也會影響硝化反應的進行。但由于反應器內設有球形漂浮填料，硝化細菌的種群數量得到優化，硝化菌的活性得到加強；同時，在好氧曝氣階段投加適宜堿度，防止硝化導致廢水酸化，保證系統具有良好的NH4+-N去除效果。連續2d的沖擊負荷過后，NH4+-N去除率趨于平穩，出水氨氮質量濃度維持在10～19mg/L，NH4+-N的去除率在84%～92%范圍內。本研究與已有的研究趨勢相一致。

3結語

綜上所述，SBR工藝是一種高效的生物脫氮工藝，憑借其具有投資小、結構緊湊、耐沖擊負荷能力強等優點，在廢水脫氮的處理中有著廣泛的應用。通過上述對SBR工藝中試的研究探討，相信對強化SBR工藝脫氮效果并簡化其操作會有一定的參考作用。

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