曝氣變化對SBR反應器去除污水COD效率的影響

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(1.東北林業大學 林學院，黑龍江 150040；2.浙江金環寶生物技術有限公司，浙江 湖州 313399；3.杭州電子科技大學，浙江 杭州 310018)

1 引言

水污染現象嚴重是我國面臨的重要的環境問題之一。我國排放的污水主要為工業污水，工業污水排放量可達到總污水排放量的70%以上，而大部分的工業污水為高濃度有機污水，其COD的含量一般在2000 mg·L-1以上[1]。COD是判斷處理后污水能否達標排放的重要指標之一，COD越高，表示污水的有機物污染現象越嚴重，如果污水中的COD沒有得到有效處理或未經處理排入水體，污染物會被水體底部的污泥吸附而沉積，對水生植物和動物造成不同程度的毒害作用，人類若食用此類有毒的植物或動物會導致慢性中毒等疾病[2]。因此，高濃度有機污水的有效處理對人類身體健康尤為重要。

高濃度有機污水處理難度高，對工藝的要求較為嚴格，一直是國內外環保研究領域的難題之一，有些工廠在原有污水處理流程的基礎上增加預處理階段或中間處理階段來提高COD的去除效果。SBR是序批式活性污泥法的簡稱，該工藝具有工藝簡單和耐沖擊負荷高的特點，但目前國內對SBR參與高濃度有機污水處理的研究相對較少[3]。因此采用SBR反應器處理模擬高濃度有機污水，探究不同曝氣時間和曝氣量對SBR反應器的COD去除效果的影響，為我國高濃度有機污水的有效處理提供有價值的參考。

2 實驗材料與方法

2.1 原水水質與接種污泥

該實驗采用紅糖配置高濃度有機污水，經實驗測得，不同濃度的紅糖溶液對應的COD含量詳見表1。為使實驗中模擬污水的COD維持在2500 mg·L-1左右，確定該實驗模擬污水的紅糖濃度為4.46 g·L-1。模擬污水中其他微量元素濃度詳見表2[4]。摸擬污水的氨氮濃度為(120±10)mg·L-1，模擬污水中的總磷濃度為(30±5)mg·L-1。同時加入適量的NaHCO3溶液，使模擬污水的pH維持在6～8之間[5]。

表1 不同濃度的紅糖溶液對應的COD含量

表2 模擬生活污水中其他微量元素

活性污泥取自七格污水處理廠，取回的污泥盛放至廣口容器，通過持續曝氣的方法對污泥進行馴化，馴化時間為兩個星期左右，當污泥呈現黃褐色時表示馴化完成[5]，接種污泥MLSS為4g·L-1。實驗啟動前對反應器進行清理以確保實驗的準確性。清理結束后取馴化好的污泥180 g，將配置好的模擬污水和污泥定容至90 L并倒入進水箱中，同時設定系統的進水流量為3 L·min-1。

2.2 實驗裝置和方法

SBR反應器的構成以及運行流程詳見圖1。該裝置在原本SBR反應器的基礎上安裝了五個儀表，用于人工設定各階段的運行時間，使整個系統的控制更為簡捷，并能夠有效節省人力和時間[7]。該反應器的有效容積為90 L。反應器在啟動后持續進水，當實際水位達到感應位置后系統會自動停止進水。進水結束后進入曝氣階段，曝氣可以使污泥和氧氣充分的接觸，同時利用攪拌器對混合液進行攪拌，使曝氣階段發生的反應更加充分。曝氣停止后，反應器進入沉淀階段，通過靜止使污泥和污水進行分離，靜止時間設為30min。沉淀后利用潷水器將上清液排出，反應器出水流量設為100 mL·s-1。出水完成后系統進入閑置階段，開啟攪拌器，對污泥進行攪拌，使污泥中微生物的活性得到恢復，閑置時間設定為25min。

實驗分兩次進行，第一次實驗分為十組，采用對比實驗的方式來探究曝氣時間對污水中COD去除效果的影響；第二次實驗分為五組，在第一次實驗的基礎上探究曝氣量對污水中COD去除效果的影響。兩次實驗的沉淀時間均設定為30 min，出水流量設為100 mL·s-1，第一組實驗設定曝氣量為5.5 L·min-1，曝氣時間分別設為8 h和10 h。并對處理后的污水中COD進行檢測。第二次實驗將曝氣量調整為10 L·min-1，曝氣時間調整為10 h，其他參數與第一組實驗相同，實驗結束后對出水COD以及COD的平均去除率進行檢測和計算，并對最后的結果進行整理分析。

圖1 SBR反應器構成及運行流程圖

2.3 分析項目與方法

實驗中COD采用快速密閉催化消解法測定；pH采用玻璃電極法進行測定；氨氮采用納氏試劑分光光度法測定；總磷采用鉬酸鹽分光光度法測定。曝氣量采用LZB-6WB玻璃轉子流量計測量。

3 結果與討論

3.1 曝氣時間對SBR反應器效果影響

曝氣階段是影響SBR反應器處理效果的重要階段，本次實驗取曝氣量為5.5 L·min-1，曝氣時間分別設定為8 h和10 h，每個曝氣時間做5組實驗，共10組實驗，每組實驗取3個樣本。曝氣結束后對水樣中的COD進行檢測，實驗結果詳見表2。當曝氣時間為8 h時，出水COD的平均值為706.2 mg·L-1。當曝氣時間為10 h時，出水COD的平均值為675 mg·L-1，COD處理效果優于曝氣時間為8 h的COD處理效果。不同曝氣時間下的COD平均去除率詳見圖2，曝氣時間為8h時，COD平均去除率為69.4%，曝氣時間為10 h時，COD的平均去除率為71%。在曝氣量相同的情況下，曝氣時間越長，COD去除效果越好。這是因為當曝氣時間增加，延長了污泥在好氧狀態的時間，為污泥去除有機物提供了充足的時間，使COD去除更加充分，而相對較短的曝氣時間不能為污泥提供充足的作用時間，所以曝氣時間為8 h的COD去除率要低于曝氣時間為10 h的COD去除率[8]。楊紅薇[9]等研究SBR法處理高鹽肝素廢水的實驗結果表明，當進水pH為7.5、反應溫度在26～29℃時，控制曝氣時間在10 h，COD的去除率能穩定在85%以上，當曝氣時間大于10 h時，COD的去除率會隨著曝氣時間的增加而下降，這是因為污水中的剩余有機物很難降解，部分微生物因缺乏營養物質和曝氣過量而進行內源呼吸，從而使出水水質變差，COD的去除率變低。

表3 不同曝氣時間的出水和進水COD

圖2 不同曝氣時間的COD平均去除率

3.2 曝氣量對SBR反應器效果影響

第二次實驗主要探究不同的曝氣量對SBR反應器處理COD效果的影響，實驗共5組，每組實驗取3個樣品，曝氣量設定為10 L·min-1，曝氣時間設為10 h，實驗結果詳見表4。第二次實驗的COD平均去除率與第一次實驗中曝氣時間為10 h，曝氣量為5.5 L·min-1的COD平均去除率詳見圖3。當曝氣量升為10 L·min-1時，出水COD的平均值為484.6 mg·L-1，COD的平均去除率為78.5%，明顯高于曝氣時間為10 h時的COD平均去除率71%。這可能是因為污泥在曝氣階段具有較強的吸附能力，但曝氣會沖刷污泥表層存在的COD，導致COD去除率會有顯著的升高，當曝氣量增加，沖刷作用也隨之增強，所以導致曝氣量為10 L·min-1的COD去除效果更好。也可能是因為在相同的曝氣時間內，曝氣量越大，污泥和污水的混合越充分，微生物和有機物的接觸也越充分，從而導致在相同的曝氣時間內，曝氣量越大，COD的去除效果也就越明顯[10]。

表4 曝氣量為10L·min-1的進水和出水COD

圖3 不同曝氣量的COD平均去除率對比圖

4 總結

(1) 當曝氣量均為5.5 L·min-1時，曝氣時間為8 h的COD平均去除率為69.4%，曝氣量為10 h的COD平均去除率為71%。表明在曝氣時間小于10 h時，曝氣時間越長，COD處理效果越好。

(2) 當曝氣時間均為10 h時，曝氣量為10 L·min-1的COD 平均去除率為78.5%。表明當曝氣時間相同的情況下，曝氣量越大，COD的去除效果越好。

(3)SBR反應器具有良好的COD去除效果，可以根據實際情況，通過改變曝氣時間和曝氣量等參數，提高COD的去除率。可應用于高濃度有機污水處理中的預處理階段或中間處理階段，有利于我國高濃度有機污水的達標排放。