SBR工藝處理電鍍廢水的運行參數探討

于 望，蔣小友，吳 軍

(揭陽市表面處理生態工業園有限公司，廣東 揭陽 522000)

1 引言

電鍍廢水具有生化性差的特點，電鍍園區的廢水更加復雜，針對當前電鍍廢水處理的難點及有效降低處理成本和提高處理效率的角度出發，需要探索一種即經濟又可行性的生化工藝，筆者就廣東某電鍍園區的混合廢水進行實驗室探索研究，以SBR工藝為實驗工藝，以電鍍園區的電鍍廢水作為實驗水樣，實驗室探索運行參數及最佳的運行控制工藝參數。

2 SBR工藝

序批式活性污泥法比連續流活性污泥法出現的早很久，但由于當時運行管理條件的限制而被連續流活性污泥法所取代。隨著自動化控制系統的發展，SBR法又進入了人們的視野，并對它進行了更加深入的研究及創新。其工藝流程圖如圖1。

圖1 SBR工藝流程

反應機理：①通過對時間的控制，SBR也具有脫氮除磷的功能。污水進入SBR反應器后進行一段時間的缺氧攪拌，好氧菌即利用進水中攜帶的有機物和溶解氧進行好氧分解，此時水中的溶解氧將迅速降低有可能接近零。這是厭氧微生物進行厭氧反應，反硝化微生物進行脫氮；②池體進入厭氧階段，聚磷微生物釋放磷；③進行曝氣，硝化微生物進行硝化反應，聚磷微生物吸收磷；經過一定的時間反應，停止曝氣，進行沉淀；當污泥沉降下來后，放掉上部清水，然后再進入原污水進行下一個周期的操作，周而復始。

3 實驗設計

以SBR反應器為基礎，AO工藝為運行模式，考察厭氧、好氧最佳反應時間、最佳pH值范圍、最佳溶解氧濃度，以化學需氧量、氨氮、總磷的濃度為評價指標，確定最佳的運行模式。

3.1 污泥脫氮除磷效果

污泥取回后經過馴化培養，使化學需氧量、氨氮、總磷的去除效果趨于穩定，進行脫氮除磷效果的研究。

3.2 調整最佳pH值范圍

微生物的生長有最佳的pH范圍，在這個范圍內，微生物的生長、繁殖能達到最佳狀態，有利于有機物的去除。

3.3 調整最佳溶解氧濃度

好氧微生物的生長、繁殖受水中溶解氧濃度的限制，濃度過大、過少都會影響其生長情況，本實驗研究其最佳的水中溶解氧濃度，以便于后續有機物的去除。

3.4 確定最佳厭氧時間

厭氧階段主要完成聚磷菌釋磷，確定最佳的釋磷時間便于后續聚磷菌吸磷，通過運行一定量的周期，測定總磷、氨氮、COD的變化確定最佳的厭氧時間。

3.5 確定最佳好氧時間

好氧階段主要是好氧微生物進行吸附、降解去除有機物，在厭氧時間確定的前提下，研究好氧時間對COD、氨氮、總磷的影響，確定最佳的好氧時間，最大限度地提高氮、磷的去除率，節省運營成本。

4 結果與討論

4.1 污泥濃度對COD、TP、氨氮去除效果的影響

污泥馴化階段結束，分取不同的污泥濃度裝在SBR反應器中，進水、攪拌、嚗氣、靜沉、排水、排泥，根據具體的實驗情況進行相應的調整。穩定運行幾個周期后，開始采集進水、厭氧出水、好氧出水等三部分水樣，測定其COD、氨氮、總磷的濃度變化，考察污泥濃度對COD、TP、氨氮去除效果的影響，其測定結果如表1。

表1 污泥濃度對評價指標去除率的影響

理論上污泥濃度越大，有機物的去除效果越好，從表1并沒有看到這樣的規律，分析原因如下：污泥濃度的測定受部分微生物死亡影響，部分死亡的微生物在污泥濃度里，但是沒有參與有機物的去除。

4.2 最佳反應系統對營養物質去除效果的比較

根據表1中的數據，接下來的實驗選擇了污泥濃度3255 mg/L、4160 mg/L運行研究，兩個反應器進行對比，穩定運行10個周期后采集水樣進行監測。以COD、氨氮、總磷的去除率作為評價指標，根據測定結果選擇最佳去除效果的污泥濃度。兩個反應器采取間歇進水、厭氧4 h、好氧3 h、間歇出水運行模式運行。通過監測水樣的COD、氨氮、總磷進水、出水濃度，計算各評價指標的去除率，其計算結果見表2、表3。

表2 反應器1運行結果

表3 反應器2運行結果

由表2和表3可知：污泥濃度一直在降低，造成污泥濃度降低的原因：①曝氣量太大或太小；②水溫降低；③有害物質流入；④停留時間過長等都可能抑制微生物放入生長，降低其對有機物的去除率。氨氮的去除率一直不是很高。

4.3 厭氧階段影響因素

通過前面實驗研究確定以反應器2為基礎作進一步的試驗研究。穩定運行幾個周期后，進行下一步的研究，探討pH值、ORP、厭氧時間對COD、氨氮、總磷去除率的影響，pH值、ORP采取在線監測，每隔5 min記錄pH值、ORP數值，每隔0.5 h取一個水樣，過濾，放置冰箱保存，避免影響實驗結果，根據王亞宜等人[1]研究厭氧反應初期聚磷快速吸收進水中的有機酸引起，直到厭氧結束pH值一直處于下降趨勢，并且下降速率與磷的釋放速率呈現一定的相關性。當系統釋磷速率較小時pH值也趨于一個定值，預示厭氧時間的結束。根據此研究，通過觀察pH值的變化，判斷厭氧時間是否停止。按照實驗方法測定COD、氨氮、總磷的濃度，其結果如圖2～6。

圖2 pH值在厭氧階段的變化

圖3 ORP在厭氧階段的變化

圖4 厭氧時間對COD的影響

圖5 厭氧時間對TP的影響

圖6 厭氧時間對氨氮的影響

在實驗進行過程中，發現pH值過低，不適合硝化和反硝化過程的進行，為了便于后續反硝化去除氨氮。在厭氧進行30 min后決定調節pH值，通過胡曉蓮等人[2]的研究決定滴加氫氧化鈉溶液使其pH值增加到8.39，根據pH值下降速度，在厭氧后階段pH值降低速度緩慢，確定厭氧時間結束。厭氧微生物進行吸附、降解活動時伴隨著電子受體變化，本實驗通過測定氧化還原電位了解微生物的生長情況及作用情況。通過監測幾個運行周期后發現COD、氨氮出現反復跳動，分析原因可能存在部分微生物自養生長，釋放碳源、轉化，導致COD、氨氮濃度出現增加的情況。厭氧階段主要完成磷的釋放，根據圖5可知聚磷菌釋磷達到最大值其厭氧時間為3.5 h。

4.4 好氧階段影響因素

在厭氧時間確定的前提下，確定最佳的好氧時間。根據劉浩[3]的研究了解到不同的溶解氧濃度對COD、氨氮、總磷的去除效果影響。溶解氧需要保持在一定的范圍內才能保證脫氮除磷的有效進行。因此本實驗調整溶解氧在1.05～1.08 mg/L范圍內。每隔5 min記錄pH值、ORP數值，30 min取一次水樣，過濾，放置在冰箱里保存，好氧時間結束，靜沉30 min，排水。好氧階段主要考察了pH值、ORP、DO、好氧時間對COD、氨氮、總磷去除率的影響，運行幾個周期，采集水樣，其測定結果如圖7～11所示。

圖7 pH在好氧階段的變化

圖8 ORP在好氧階段的變化

圖9 好氧時間對氨氮濃度的影響

圖10 好氧時間對總磷濃度的影響

圖11 好氧時間對COD的影響

由圖7和圖8所知：好氧階段pH值緩慢增加、好氧后期趨于穩定。ORP在好氧前期快速下降，后期變化緩慢。說明好氧微生物的生長不會造成pH值變化過大，李開鑾等人[4]的研究表明，聚磷菌以硝酸鹽為電子受體，不需要外投加碳源，因此本實驗沒有過多探討ORP對脫氮除磷的影響，只是淺顯地了解其變化情況。由圖9、圖10和圖11可知，磷的最佳去除時間為2.5 h、氨氮的最佳去除時間為4 h、COD最佳的去除時間為4.5 h，考慮到本系統主要研究脫氮除磷[5]，所以確定最佳好氧時間為4 h。

5 結論

在SBR脫氮除磷運行模式優化研究中得到以下結論。

(1)在污泥的馴化培養階段，污泥的顏色由最初的黑色逐漸變成土黃色，氨氮、COD、總磷的去除率由最初的78.89%、60.50%、81.16%變成77.26%、86.13%、88.62%。

(2)考察污泥濃度對COD、氨氮、總磷去除效果的研究過程中，可能曝氣量過大、引入抑制微生物生長因子，導致污泥濃度沒有增加反而下降，影響了實驗的判斷，但是理論上污泥濃度越大，去除效果越好。

(3)考察厭氧階段厭氧時間對COD、氨氮、總磷去除效果的影響，通過運行幾個周期，不斷地采取水樣進行監測，確定最佳厭氧時間為3.5 h，此時聚磷菌釋放磷最大；在厭氧時間確定的基礎條件下，進一步探討好氧時間對于評價指標的影響，結合運營成本的考慮，確定最佳的好氧時間為4.5 h。確定最佳的運行模式為：間歇進水-厭氧(3.5 h)-好氧(4.5 h)-靜沉(0.5 h)-間歇排水。

[1]王亞宜,彭永臻,殷芳芳，等. 雙污泥SBR工藝反硝化除磷脫氮特性及影響因素[J]. 環境科學,2008(6):1526～1532.

[2]胡曉蓮,王西峰,楊民.改良式兩段內循環厭氧反應器處理養豬廢水[J].中國給水排水,2010(14):71～73，77.

[3]劉 浩,楊云龍. 硅藻精土強化SBR工藝處理城市污水試驗研究[J]. 工業用水與廢水,2012(2):46～49.

[4]李開鑾,張燕秋,黃 曦.多級缺氧·厭氧·好氧交替SBR脫氮除磷系統運行的研究[J].安徽農業科學,2011(5):2843～2844，2854.

[5]杜冬云，莫樨唯，蔡 艦，等.一種從酒廠廢水UASB出水中回收氮磷的新方法[J].中南民族大學學報(自然科學版)，2016(3)：1～5.