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(jié)合了一系列具體的實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)概述了中試系統(tǒng)的概況，并對實(shí)驗(yàn)研究所得結(jié)果作了闡述和討論，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)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(jié)構(gòu)緊湊、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在合成氨廢水的處理中有著廣泛的應(yīng)用。而中試就是產(chǎn)品正式投產(chǎn)前的試驗(yàn)，即中間階段的試驗(yàn)，是產(chǎn)品在大規(guī)模量產(chǎn)前的較小規(guī)模試驗(yàn)。為了進(jìn)一步強(qiáng)化SBR工藝處理合成氨廢水的效果，本文通過結(jié)合一系列具體的中試試驗(yàn)對SBR處理合成氨廢水進(jìn)行了探討，相信對加強(qiáng)SBR的處理能力有一定的幫助。

1 中試系統(tǒng)概況

1.1 原水水質(zhì)及種泥

供試廢水取自某化工廠物化調(diào)節(jié)池，水質(zhì)如表1所示。試驗(yàn)中所用接種污泥取自該化工廠現(xiàn)有A/O工藝中的回流污泥，污泥質(zhì)量濃度為3000mg/L左右，污泥外觀呈黃褐色，鏡檢原生動(dòng)物相較為豐富，其菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)緊密。

SBR反應(yīng)器的有效容積為31m3，處理水量為5～10m3/d，池體由鋼板焊制，內(nèi)壁進(jìn)行防腐處理。SBR池中加裝球形漂浮填料以強(qiáng)化硝化菌的新陳代謝，好氧狀態(tài)下水中DO控制在2～3mg/L。廢水先經(jīng)格柵后直接進(jìn)入調(diào)節(jié)池進(jìn)行水量和水質(zhì)調(diào)節(jié)；此后，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)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(jié)束后，啟動(dòng)攪拌器并投加甲醇（缺氧反硝化），以達(dá)到廢水同時(shí)去除有機(jī)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(yàn)中COD，NH4+-N，NO3--N，NO2--N和TN等指標(biāo)根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)水負(fù)荷對SBR工藝的影響

進(jìn)水負(fù)荷是SBR工藝重要的影響因素。研究表明只要負(fù)荷足夠高，在任何DO質(zhì)量濃度和曝氣條件下都可能發(fā)生污泥膨脹，進(jìn)而影響SBR工藝的處理效果。試驗(yàn)進(jìn)水量變化與COD和NH4+-N去除率關(guān)系如圖2所示。圖中Vin為進(jìn)水體積，η為去除率，t為時(shí)間。進(jìn)水量從8m3提高到9.5m3的過程中，反應(yīng)器COD和NH4+-N的去除率均下降，當(dāng)水量繼續(xù)增加到10m3，COD和NH4+-N的去除率下降到80%左右。此時(shí)COD和NH4+-N的出水質(zhì)量濃度分別為97mg/L和29mg/L，NH4+-N的出水質(zhì)量濃度較高，高于排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 曝氣時(shí)間和曝氣量對SBR工藝的影響

有研究表明曝氣時(shí)間短，系統(tǒng)供氧不足，微生物的新陳代謝將受到影響；曝氣時(shí)間過長，微生物進(jìn)行消耗性內(nèi)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(shí)，SBR工藝對氮、磷及COD的去除效果最佳。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)曝氣130min后COD的去除較為理想，其質(zhì)量濃度已降到60mg/L左右，達(dá)到合成氨廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，其原因主要?dú)w結(jié)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(shí)間的延長，COD質(zhì)量濃度基本保持穩(wěn)定，曲線趨于平穩(wěn)。

綜上分析，選定SBR工藝的曝氣量為80m3/h，曝氣時(shí)間為9h。

2.3 廢甲醇的投加量對SBR工藝的影響

厭氧環(huán)境下，污水中的有機(jī)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(tài)氮最終還原成氮?dú)?。有研究表明，投加甲醇能夠?qiáng)化反硝化能力，提高SBR工藝的脫氮效果。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn) 當(dāng)廢甲醇的投加量分別為12L和14L時(shí)，出水TN質(zhì)量濃度在20mg/L左右，TN去除效果較好，但出水COD質(zhì)量濃度較高，分別在125和160mg/L左右。當(dāng)廢甲醇的投加量為10L時(shí)，出水的TN和COD質(zhì)量濃度分別低于25和80mg/L，均能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在反硝化階段投加10L廢甲醇較為適宜。

2.4 缺氧時(shí)間對SBR工藝的影響

大多數(shù)反硝化細(xì)菌是異氧型兼性厭氧細(xì)菌，其適宜條件為缺氧環(huán)境，進(jìn)而也決定了脫氮的效果。為了確定合適的缺氧時(shí)間，在缺氧攪拌階段，監(jiān)測分析了廢水中的COD，NH4+-N，NO2--N和N NO3-N的變化情況，經(jīng)結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器在缺氧攪拌開始的1.5h時(shí)間內(nèi)，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(jìn)硝化產(chǎn)物亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮在生物膜內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速的反硝化，同時(shí)COD的質(zhì)量濃度也由初始的380mg/L降低到78mg/L；但隨著攪拌時(shí)間的增加，反硝化速率和COD的質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定。

綜上分析，SBR最佳運(yùn)行方式為：進(jìn)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(yīng)器對COD的去除效果

SBR工藝進(jìn)出水COD的質(zhì)量濃度監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。圖中ρinCOD，ρoutCOD，η分別為進(jìn)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(fù)荷能力較佳。其原因在于SBR反應(yīng)器內(nèi)的球形漂浮填料為微生物提供了良好的生長環(huán)境，工藝兼具活性污泥法和生物膜法的優(yōu)勢，并且能夠使好氧階段廢水中DO穩(wěn)定在2～3mg/L，從而保證了運(yùn)行期間穩(wěn)定的COD去除效果。研究表明由于閑置的活性污泥具有較強(qiáng)的吸附能力，故在SBR工藝運(yùn)行周期內(nèi)COD的去除主要發(fā)生在進(jìn)水后較短時(shí)間內(nèi)。在67～88d，出水COD質(zhì)量濃度維持在40～89mg/L，COD的去除率在85%～93%，能夠達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 SBR反應(yīng)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(jìn)水氨氮濃度和出水氨氮濃度。可見，在54～62d的運(yùn)行期間，NH4+-N的去除率基本在85%以上，最高可達(dá)92%，說明硝化細(xì)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(jìn)水中的污染物負(fù)荷突然增大，NH4+-N質(zhì)量濃度驟增。研究表明SBR工藝中NH4+-N負(fù)荷率過高會(huì)嚴(yán)重影響脫氮效果，最佳NH4+-N負(fù)荷率應(yīng)低于0.063g/（g·d）。有研究表明，堿度不足也會(huì)影響硝化反應(yīng)的進(jìn)行。但由于反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有球形漂浮填料，硝化細(xì)菌的種群數(shù)量得到優(yōu)化，硝化菌的活性得到加強(qiáng)；同時(shí)，在好氧曝氣階段投加適宜堿度，防止硝化導(dǎo)致廢水酸化，保證系統(tǒng)具有良好的NH4+-N去除效果。連續(xù)2d的沖擊負(fù)荷過后，NH4+-N去除率趨于平穩(wěn)，出水氨氮質(zhì)量濃度維持在10～19mg/L，NH4+-N的去除率在84%～92%范圍內(nèi)。本研究與已有的研究趨勢相一致。

3結(jié)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(jié)構(gòu)緊湊、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在廢水脫氮的處理中有著廣泛的應(yīng)用。通過上述對SBR工藝中試的研究探討，相信對強(qiáng)化SBR工藝脫氮效果并簡化其操作會(huì)有一定的參考作用。

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