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生活污水SBR处理工艺运行条件优化实验研究

简介: 采用模型SBR反应器对生活污水SBR处理工艺的运行条件进行了实验研究。实验结果表明,SBR法对有机物有很好的去除效果,处理后出水COD达到国家一级排放标准,最佳工艺运行条件为曝气时间1.5 h,缺氧时间3 h,沉淀时间1 h,排水时间0.5 h,周期5 h;交替式曝气;pH为6.5~7.5。
关键字:生活污水 序批式活性污泥法 优化 工艺参数

随着我国城市化的不断发展,生活污水的排放量越来越大,与之相应,对城市污水处理设施的需求也越来越大,寻求高效、经济、稳定的生活污水处理设施已经成为水处理技术的发展热点[1]。序批式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor, SBR) 由于工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、节省费用、耐冲击负荷强以及能够脱氮除磷等优点,深受中小城市污水处理单位的欢迎[2~4]。但是,由于传统SBR工艺是分批地处理污水,处理水量受到限制,因此有必要对其工艺条件进行优化,合理缩短处理时间。本试验主要考察不同曝气工况与处理效果的关系,研究有机物的降解规律,寻求最短的处理时间,确定SBR运行的最佳方式。

  1 试验装置与方法

  1.1 试验装置

  

  图1  试验装置

  ①反应器 ②搅拌机 ③出水阀 ④微孔曝气管 ⑤排泥阀

  ⑥潜水泵 ⑦进水阀 ⑧曝气阀 ⑨原水箱 ⑩鼓风机

  模型反应器用有机玻璃制成,尺寸为:40 cm×40 cm×50 cm,总容积80 L,有效容积50 L,由鼓风机提供空气,两根微孔管曝气,空气转子流量计控制气流量;电机搅拌,电子调压器控制搅拌速度,如图1所示。

  进水和出水人工控制,反应、沉淀和空置各周期时间人工控制。

  1.2         试验菌种和污水水质

  试验所用的活性污泥菌种取自广州猎德污水厂回流污泥,经过20 d驯化之后而得到试验用活性污泥。试验用污水成分水质见表1。

  表1   人工配水成分水质表

成分
浓度(mg/L)
水质指标
数值
淀粉
50
COD(mg/L)
179~508
葡萄糖
100
pH
6.5~7.5
磷酸二氢钾
6.58
温度(℃)
19~25
氯化铵
28.66

  1.3 试验方法

  COD的测定采用快速催化氧化法。

  试验采用经典SBR运行方式,即由进水、反应、沉淀、排水、闲置5个工序构成一个周期。试验分以下4个部分:(1)通过控制体系在不同的曝气工况下运行,监测有机物的降解效果,找出最佳曝气工况;(2)研究COD随时间的降解规律;(3)通过测定不同沉淀时间下的沉淀效果,确定最佳沉淀时间;(4)研究pH对反应的影响,确定体系运行的适宜pH范围。

  2 结果与分析

  2.1 曝气工况参数选择试验

  表2 曝气因素试验

工况
时间(h)
好氧
缺氧
总反应历时
沉淀历时
1
4
4
8
1
2
4
3
7
1
3
3
4
7
1
4
2.25
4.25
6.5
1
5
3
3
6
1
6
1.5
4.5
6
1
7
2
3
5
1
8
1.5
3
4.5
1
9
1.5
2.5
4
1
10
1
3
4
1
11
1
3
4
1

  试验目的是找出SBR工艺运行过程中影响COD去除率的主要因素及确定较理想的运行方式组合。在试验中,选取曝气时间、缺氧时间、总反应时间等影响处理效果的主要因素进行试验,各因素的取值见表2;以COD的去除率为考核指标,试验结果见表3。

  表3 曝气因素试验结果

工 况
进水COD(mg/L)
出水COD(mg/L)
COD去除率(%)
1
240.74
35.65
85.19
2
460.76
37.05
91.96
3
179.65
35.76
80.09
4
356.02
43.74
87.71
5
460.76
38.40
91.67
6
482.85
40.17
91.68
7
436.14
50.52
88.42
8
508.61
45.42
91.07
9
445.47
46.27
89.61
10
482.85
45.76
90.52
11
474.03
49.31
89.60

  从试验结果得知,上述影响SBR工艺处理效果的因素从主到次依次为曝气时间、缺氧时间。曝气时间是影响处理效果最主要的因素。结果表明,曝气1 h,缺氧3 h,COD去除率即可高达90%以上,这说明在SBR工艺中,COD能在较短的曝气时间内去除;各工况的出水都在35~51 mg/L,均低于国家一级排放标准(城镇二级污水处理厂COD排放标准为60 mg/L,GB8978-1996)。曝气4 h COD去除率可高达91.96%,但太长的反应时间会影响处理量、且在节能降耗方面不可取,因而曝气时间不能太长。由试验得出的最佳曝气工况为曝气1.5 h,缺氧3 h,总反应时间4.5 h。

  2.2         COD随时间的降解规律

  试验中采用瞬间进水的方式,曝气与缺氧交替进行,曝气时间2 h,缺氧时间3 h,总反应时间5 h,在反应时间分别为0(进水),1、2、3、4、5 h取样100 mL,均沉淀1 h后再测定COD。共进行了二组试验,结果见表4和图2。

  表4  COD降解过程试验结果      mg/L

反应时间(h)
0
1
2
3
4
5
组次1
440.00
161.50
108.17
64.37
54.25
50.52
组次2
508.61
162.33
88.48
50.33
45.42
47.58

  由图2可见,在反应开始的1 h内,COD降低迅速,这是由于活性污泥的吸附作用和微生物经闲置期活性恢复到最大,产生较大的降解速率。1 h后由于底质浓度越来越小,反应速率越来越慢。到5 h时COD下降到50 mg/L以下,COD去除率达到88%以上。

  为进一步确定最佳总反应时间,进行了对比试验,试验组次安排及试验结果见表5。

  

  表5  总反应时间参数试验

好氧(h)
缺氧(h)
总反应时间(h)
进水COD(mg/L)
出水COD(mg/L)
去除率    (%)
4
4
8
240.74
35.65
85.19
4
3
7
460.76
37.05
91.96
2.25
4.25
6.5
356.02
43.74
87.71
1.5
4.5
6
482.85
40.17
91.68
2
3
5
436.14
50.52
88.42
1.5
3
4.5
508.61
45.42
91.07
1
3
4
482.85
45.76
90.52

  从表5可见,4 h以上的处理时间得到的处理效果并无明显差别。为节约处理时间,增大系统的处理水量,应把总反应时间控制在5 h内。

  综合以上两方面试验结果,把总反应时间确定为4~5 h,具体可根据进水浓度和出水要求进行选择。

  2.3 最佳沉淀时间选择试验

  分别在曝气3 h和4 h后,开始沉淀并计时,分别于15、25、40、55、65、80、100、120 min在反应器中取样,取样位置为水面以下3 cm。然后,测试上清液的COD浓度,测试结果见图3。

  从表6可见,在运行过程中污水的pH基本保持在中性范围,同时存在一定的波动,这是由于反应器内好氧和缺氧交替出现,微生物降解有机物分别生成不同的产物,缺氧状态下微生物降解有机物不彻底,生成有机酸,使pH降低;曝气时有机酸降解完全,生成CO2逸出水面使pH有一定程度的恢复。

  

  2.4  体系运行的适宜pH范围

  为确定体系运行的适宜pH范围,进行一系列试验,瞬间进水,曝气时间1.5 h,缺氧时间2.5 h,总反应时间4 h,曝气分3个阶段,每个阶段30 min,沉淀时间1 h。控制pH为5、6、7、8、9,试验结果如表7所示。

  表7  pH范围选择试验

pH
5.05
6.11
7.05
8.01
8.99
进水COD(mg/L)
575.80
477.24
445.47
240.54
562.67
出水COD(mg/L)
131.60
75.37
46.27
61.01
113.32

  污水呈中性有利于微生物降解有机物,试验结果显示体系运行的适宜pH范围为6.5~7.5。

  3  

  在本试验中,SBR的处理效果好,在最优工艺运行条件下,出水COD为45.42 mg/L,达到国家一级排放标准,COD的去除率高达91.07%。在曝气3 h的条件下,可得到COD为38.4 mg/L的良好出水水质。

  本试验得到的COD降解规律为:在反应开始的1 h内,COD迅速降低,1 h后由于底物浓度越来越小,反应速率越来越小,到5 h降解反应基本结束。

  本试验得到的SBR最优工艺运行条件为:曝气时间1.5 h,缺氧时间3 h,沉淀时间1 h,排水时间0.5 h,周期5 h;交替式曝气;pH为6.5~7.5。该工艺条件周期短,有利于处理更多的污水;同时采用交替式曝气,提高了空气利用率,曝气时间短,节约气量。

  参考文献

  1 陈永祥,程晓如,邵  青. SBR处理城市生活污水的试验研究. 环境科学与技术,2001,6:15~17

  2 王  忠. SBR工艺特点及改进类型. 交通环保,2002,23 (2):41~42

  3 杨云龙,陈启斌. SBR工艺的现状与发展.工业用水与废水,2002,33 (2):1~3

  4 王凯军,宋英豪. SBR工艺的发展类型及其应用特性. 中国给水排水,2002,18 (7):23~26

  (收到修改稿日期:2004-05-15)


  [1] 第一作者:谢志旺,男,1980生,暨南大学环境工程系在读硕士研究生,研究方向为环境规划与管理。

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生活污水SBR处理工艺运行条件优化实验研究
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