【生化污水處理】食品廢水處理中兩段SBR法的應(yīng)用
食品行業(yè)是我國發(fā)酵的主要行業(yè)之一，2002年我國食品的生產(chǎn)量已超過100萬 ，隨著食品生產(chǎn)的不斷發(fā)展，其廢水排放量在不斷增加，污染周圍環(huán)境，損壞企業(yè)形象，因此尋找經(jīng)濟(jì)、高效的食品廢水治理方法，對(duì)保護(hù)環(huán)境、食品企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。本試驗(yàn)采用兩段SBR工藝對(duì)含COD和NW-N較高的食品廢水進(jìn)行處理， 有效結(jié)合SBR反應(yīng)器靈活便捷的特點(diǎn)和短程硝化反硝化的新型脫氮技術(shù)，提高了反應(yīng)效率，節(jié)約了能耗。
1試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)裝置
兩段SBR工藝系統(tǒng)由2套相同的SBR反應(yīng)器串聯(lián)而成，該SBR反應(yīng)器均為圓柱形，內(nèi)徑為550mm，高為800mm，總有效容積為160L。一段反應(yīng)器(SBR1)主要去除大部分有機(jī)物；二段反應(yīng)器(SBR2)控制硝化反應(yīng)至亞硝化階段再反硝化，試驗(yàn)裝置見圖1。
1.2 試驗(yàn)水質(zhì)
試驗(yàn)用水取自廣州某大型食品廠調(diào)節(jié)池廢水，主要來源于發(fā)酵車間、糖化車間、精煉車間經(jīng)過預(yù)處理后的低濃度廢水以及生產(chǎn)觸口水。具體水質(zhì)如表1所示。
1.3 水質(zhì)分析方法
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1兩段SBR工藝影響因素分析
2.1.1 污泥的硝化和啟動(dòng)
試驗(yàn)污泥均采用廣州某大型食品廠曝氣池污泥，活性較強(qiáng)，污泥沉降性能良好。SBR2的啟動(dòng)采用不設(shè)固定的水力停留時(shí)間(HRT)的方法，根據(jù)原水氨氨濃度的變化與DH值具有很好的相關(guān)性[1]，在線檢測pH值來控制反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)亞硝化反應(yīng)。經(jīng)過半個(gè)月時(shí)間，亞硝化率達(dá)90% 以上，成功實(shí)現(xiàn)短程硝化，見圖2。
2.1 2溶解氧對(duì)處理效果的影響
(1)SBRI反應(yīng)器中DO對(duì)有機(jī)物去除率的影響在初始混合液COD 濃度為1O00mg/L左右時(shí)，控制不同的曝氣量使反應(yīng)過程中DO 的平均值分別為0.5，1.0，1.5，2.Omg/L左右，MLSS為5.0～5.5g/L，混合液pH值為8.5，曝氣3h，DO與COD 的去除關(guān)系見圖3。
由圖可知，SBR溶解氧平均控制在1.0～1.5mg/L左右時(shí)，COD。 的去除率較高，經(jīng)過3h反應(yīng)出水為560mg/L，反應(yīng)器中45% 的有機(jī)物得到了去除，反應(yīng)中未檢測出NO-，較高的有機(jī)含量和低溶解氧抑制了硝化反應(yīng)的發(fā)生。DO>2mg/L，容易發(fā)生硝化反應(yīng)，COD 去除率降低，說明再增加溶解氧在較短的時(shí)間內(nèi)并不能有效地提高去除率，而且以完全好氧方式，亦增加能耗和運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)DO<O.5mg/L時(shí)，由于DO不足，抑制了細(xì)菌正常的代謝活動(dòng)此時(shí)微生物不甚活躍，出水混濁。
所以DO控制在1.0～1.5mg/L左右，對(duì)反應(yīng)最為有利，由于食品廢水屬于發(fā)酵廢水，有機(jī)物含量高，分析認(rèn)為，SBRI在一段反應(yīng)器中存在著生物降解反應(yīng)以外的生物吸附和絮凝作用，正是這種生物吸附、絮凝連同生物氧化作用，使有機(jī)物在短時(shí)間高負(fù)荷的情況下得到了較高的去除率。兩段SBR法的第一段與AB法中的A段有相似的機(jī)理和優(yōu)勢。
(2)SBR2反應(yīng)器中DO對(duì)反應(yīng)速率的影響
增加曝氣量，使SBR2反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧濃度逐漸提高，探討不同曝氣量下對(duì)硝化速率(MLSS對(duì)NH-N)的影響，為實(shí)際工程選擇最佳曝氣量提供理論依據(jù)，初始混合液的NH-N為40mg/L左右，MLSS在3500mg/L時(shí)試驗(yàn)結(jié)果見表3。
由表3可看出，提高混合液溶解氧濃度，可加快硝化反應(yīng)進(jìn)程，反之，則硝化速率下降。硝化過程中平均DO<2mg/L，則DO成為硝化反應(yīng)的限制因素，反應(yīng)速率慢：DO>2mg/L時(shí)硝化反應(yīng)速率明顯增快，當(dāng)DO在2.5mg/L左右時(shí)，硝化速率最高，再增加DO濃度則對(duì)反應(yīng)速率影響不大，也不經(jīng)濟(jì)，而且溶解氧太高還會(huì)使亞硝酸鹽氧化，不利于亞硝酸鹽的積累。亞硝化菌換代周期長，增長慢。溶解氧過高，還會(huì)導(dǎo)致微生物的新陳代謝旺盛，活性污泥量減少，所以綜合考慮，DO 以2.5mg/I,為宜。
2.1 3 曝氣時(shí)間對(duì)處理效果的影響
SBRI主要利用微生物的吸附和絮凝來凈化水質(zhì)， 而不是利用微生物的氧化分解，經(jīng)過2h的曝氣后，廢水中大量膠體和懸浮物，被微生物吸附，易降解的有機(jī)物已被微生物氧化分解，COD 下降至最小，隨著曝氣時(shí)間的延長，吸附的有機(jī)固體物在生物酶作用下變成可溶性物質(zhì)再向水中擴(kuò)散，致使水中COD又有所回升，SBRI的最佳曝氣時(shí)間為2h。
2.1.4 pH值對(duì)處理效果的影響
將試驗(yàn)進(jìn)水的pH值用硫酸調(diào)至7.0左右，與進(jìn)水為pH8.5～9.0值相比，SBRI出水COD。濃度略有降低，但差異不明
顯，說明在SBRI階段，pH值對(duì)于COD。 降解無明顯影響，異氧菌對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力較強(qiáng)。但進(jìn)水pH大于10時(shí)，微生物代謝速度受影響，出現(xiàn)污泥解體和上浮，所以pH值應(yīng)小于10。將進(jìn)水pH值維持在8.5～9.0之間，對(duì)SBRI反應(yīng)速度及去除率影響不大，又保證了SBR2反應(yīng)器處于堿性狀態(tài)(8.0～8.5)，符合亞硝酸型硝化的條件。
2.1.5 進(jìn)水濃度(負(fù)荷)的影響
(1)進(jìn)水CODcr去除效果的影響
在DO=1.0mg/L，污泥濃度在5000mg/L，分析初始混合溶液COD。 分別在700mg/n，900mg/L，1100mg/L三個(gè)水平下COD。 的降解效果，反應(yīng)時(shí)間為2h，每隔0.5h取一次樣。
由圖4可知，在反應(yīng)時(shí)間和曝氣條件相同的情況下，進(jìn)水COD 濃度越高， 出水COD。 濃度越高。但隨著污泥負(fù)荷從1.05kg/(kg.d)增加到2.24kg/(kg·d)， 污泥去除能力也由0.648kg/(kg·d)增加到1、425kg/(kg·d)，即污泥負(fù)荷增加，單位重量活性污泥MLSS單位時(shí)間內(nèi)降解的COD。 也增加，說明SBRI在高污泥負(fù)荷下活性污泥代謝能力強(qiáng)，對(duì)有機(jī)物有很好的凈化能力。出水沉淀后，經(jīng)SBR2混合稀釋，初始COD。 在200～300mg/L，反應(yīng)過程中COD 進(jìn)一步緩慢下降。
(2)進(jìn)水氨氮濃度對(duì)脫氮效果的影響
原水經(jīng)SBRI反應(yīng)， 一方面食品廢水中蛋白質(zhì)等物質(zhì)在反應(yīng)中轉(zhuǎn)化為氨氮，使氨氮濃度有所上升，另一方面隨著COD。濃度下降，微生物同化作用分解利用部分營養(yǎng)物質(zhì)使得氨氮濃度降低。所以總體上進(jìn)水氨氮濃度與出水氨氮濃度幾乎沒有變化，出水未檢測到NO-，說明沒有硝化反應(yīng)發(fā)生。SBR2反應(yīng)器中，主要發(fā)生硝化反應(yīng)，生物硝化為低污泥負(fù)荷工藝，研究認(rèn)為閱，只有BOD <20mg/L時(shí)硝化反應(yīng)才能完成。而本系統(tǒng)中有機(jī)負(fù)荷較低，COD。 污泥負(fù)荷只有0 314kg/(kg·d)，避免了高有機(jī)負(fù)荷下異氧菌的大量繁殖，使硝化進(jìn)行很充分。
對(duì)于SBR2反應(yīng)階段，從圖5中氨氨和亞硝態(tài)氨濃度隨時(shí)間變化可看出，提高氨氮濃度時(shí)，要達(dá)到較高的氨氮去除率必須延長硝化時(shí)間，同時(shí)亞硝態(tài)氮的增加也使反硝化時(shí)間增加。反應(yīng)結(jié)束，出水氨氮濃度基本在5.5mg/L以下，說明在此進(jìn)水濃度下，氨氮保持了很好的去除率。
研究認(rèn)為氨氨濃度過低，體系中游離氨的濃度也低，不利于亞硝化菌的積累，所以，從這方面來說，亞硝化反應(yīng)更適合高氨氮廢水的處理。但另一方面，氨氮濃度高，則反硝化需要碳源多，反應(yīng)時(shí)間長，如果在反硝化時(shí)投加有機(jī)物，能大大加快反硝化的速率和縮短反應(yīng)時(shí)間，但增加了成本，所以應(yīng)控制一定的氨氮負(fù)荷，保證一定的脫氮效果。趙慶良等團(tuán)在對(duì)比亞硝酸型生物脫氮與硝酸型生物脫氮處理焦化廢水的試驗(yàn)表明，在COD。 N值為2的條件下，亞硝酸型硝化和反硝化比正常的硝酸型硝化總氮去除率提高13% ，本試驗(yàn)中總氮的去除率達(dá)80%以上，可見亞硝酸型硝化需要的碳源較少。為保證內(nèi)源呼吸溶出足夠的有機(jī)物作為碳源和能源，污泥濃度要大于3.0g/L：在本試驗(yàn)中，SBR2污泥濃度維持在3.5g/L左右。
2.2 兩段SBR系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行情況的分析和探討
2.2.1 兩段SBR 工藝對(duì)COD的處理效果
由圖6可知，當(dāng)進(jìn)水COD 濃度在1000～2000mg/L間變動(dòng)時(shí)，SBRI能大幅度的降低COD。 的值， 使出水在500～600mg/L，SBR2使CQD。 值進(jìn)一步降低， 出水在100mg/L左右，兩段SBR耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，保持相對(duì)均勻穩(wěn)定的出水。
2.2.2 兩段SBR工藝對(duì)氨氮的處理效果
SBRI對(duì)氨氮去除作用不大，有一定調(diào)節(jié)作用，出水一般較為穩(wěn)定，在100～120mg/L波動(dòng)。SBR2中短程硝化反硝化狀態(tài)穩(wěn)定， 氨氮出水在2～5mg/L，亞硝氮濃度在5～15mg/L，總氮去除率達(dá)80% 以上，較大的氨氮負(fù)荷沖擊對(duì)出水濃度影響不大，但TN去除率會(huì)有所下降。
2.2.3 溫度的影響
本試驗(yàn)在9～12月進(jìn)行，受天氣影響，水溫也隨季節(jié)逐漸降低，異氧菌對(duì)溫度條件不太敏感，對(duì)溫度的影響不明顯。而硝化菌對(duì)各溫度下硝化反應(yīng)速率影響較大。溫度在25～30℃ ，硝化速率較高，在0.030mg/(g·min)以上，當(dāng)溫度下降到25℃ 以下時(shí)，則反應(yīng)速率明顯變慢，當(dāng)溫度上升到30℃ 以上時(shí)，硝化速率又明顯加快。
HyungseokYoo等人的研究結(jié)果表明，亞硝化反應(yīng)的最佳溫度應(yīng)控制在22～27℃ ，至少不能低于15℃ ，該溫度范圍內(nèi)亞硝化細(xì)菌的活性最強(qiáng)，在15℃ 以下硝化細(xì)菌的活性最強(qiáng)。Balmelle等也認(rèn)為亞硝化反應(yīng)的最佳溫度為25℃ ，這與HyungseokYoo等人的研究結(jié)果一致，但卻與Ford的結(jié)果不同，他們認(rèn)為最佳溫度是3O一36℃。
本試驗(yàn)認(rèn)為溫度大于25℃ ，能保證較高的亞硝化速率，廣州食品廠廢水水溫在25cC以上，夏季高達(dá)36。C，應(yīng)用短程硝化反硝化非常適宜，節(jié)約了能耗，加快了反應(yīng)速率。
3 結(jié)論
(1)采用兩段SBR法處理食品廢水可成功實(shí)現(xiàn)短程硝化反應(yīng)，亞硝酸鹽積累率達(dá)9O%。
(2)分析了各反應(yīng)因素對(duì)系統(tǒng)影響，結(jié)果表明，SBRI的最佳條件為：DO濃度為1.O～1.5mg/L，進(jìn)水pH值為9 O～8.5；SBR2的最佳條件為：DO濃度為2.5mg/L，進(jìn)水DH值為8l2～8.5，溫度大于25oc。
(3)進(jìn)水COD。 濃度對(duì)反應(yīng)影響不大，而氨氨濃度增加使SBR2硝化反硝化時(shí)間增加。SBR2在低有機(jī)負(fù)荷下運(yùn)行，提高了硝化速率。
(4)運(yùn)行結(jié)果表明：進(jìn)水COD 為1000～2000mg/L，NH3一N為9O～120mg/L的情況下，出水COD ，為1OOmg/L左右，NH3一N在5mg/L以下，TN去除率達(dá)80%以上。基本達(dá)到國家GB8978～1996一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
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