SBR法處理模擬淀粉廢水參數(shù)優(yōu)化的研究

何 宏，郭盛楠，程國玲，焦 亮，韓 偉,3，方 俊,3，李永峰*

(1.杭州電子科技大學(xué) 科學(xué)技術(shù)研究院，浙江 杭州 310018；2.東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；3.浙江金環(huán)寶生物技術(shù)有限公司，浙江 湖州 313399)

淀粉廢水含有大量的有機(jī)物，主要為溶解性淀粉和少量蛋白質(zhì)[1]。目前國內(nèi)外主要采用生物濾池、傳統(tǒng)活性污泥法、厭氧濾池、氧化塘等生物處理法處理淀粉廢水，雖然達(dá)到了良好的處理效果，但這些方法存在著成本相對較高、運(yùn)行條件比較嚴(yán)格和操作復(fù)雜等問題[2]。許多中小型淀粉廠由于經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)管理等原因未能對淀粉廢水進(jìn)行有效處理，甚至直接排入水體，導(dǎo)致水體發(fā)黑發(fā)臭，加重了我國環(huán)境事業(yè)的壓力。SBR

工藝又稱序批式活性污泥法，具有工藝簡單、管理方便和節(jié)省費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)[3]，尤其適用于許多中小型企業(yè)間歇排放的高濃度廢水。本文采用SBR工藝，以實(shí)驗(yàn)室配置的模擬淀粉廢水為研究對象，通過對比實(shí)驗(yàn)探究不同的曝氣時(shí)間和曝氣量對COD處理效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與模擬廢水

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 SBR設(shè)備工藝流程圖

SBR設(shè)備工藝流程詳見圖1，所有反應(yīng)階段均在一個(gè)反應(yīng)器里完成。本實(shí)驗(yàn)設(shè)備在原本的SBR設(shè)備基礎(chǔ)上安裝了五個(gè)儀表來自動(dòng)化控制每一個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間，如曝氣時(shí)間、沉淀時(shí)間等，使得整個(gè)系統(tǒng)的控制更為方便，有效節(jié)省了人力并提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。反應(yīng)器啟動(dòng)后進(jìn)水，當(dāng)水位達(dá)到感應(yīng)器所在水位時(shí)停止進(jìn)水，否則將一直進(jìn)水。當(dāng)進(jìn)水箱缺水時(shí)，相應(yīng)的指示燈會亮起提示，且整個(gè)系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉，以免損壞儀器。曝氣階段將在進(jìn)水完成后自動(dòng)開啟，根據(jù)不同的水質(zhì)設(shè)定不同的曝氣量和曝氣時(shí)間，曝氣時(shí)間一般設(shè)置為4～8 h。曝氣結(jié)束后進(jìn)入沉淀階段，一般靜止沉淀時(shí)間設(shè)定在20～30 min，潷水時(shí)間一般在20 s至3 min之間。在SBR工藝的閑置期，自動(dòng)開啟攪拌器對活性污泥進(jìn)行攪拌，使污泥恢復(fù)活性，閑置期時(shí)間一般設(shè)定為10～30 min。

1.2 模擬淀粉廢水

本實(shí)驗(yàn)采用紅糖配置模擬淀粉廢水[4-5]，紅糖濃度與對應(yīng)COD的濃度詳見表1，并確定模擬廢水的淀粉濃度為3.33 g/L，維持廢水中的COD濃度2000 mg/L左右。模擬廢水中添加的其他微量元素及濃度詳見表2。并投加適量的NaHCO3控制模擬廢水的pH值在6.0～8.0。

表1 紅糖濃度與COD的關(guān)系

表2 模擬廢水微量元素及用量

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)

實(shí)驗(yàn)使用的污泥來自實(shí)驗(yàn)室附近的污水處理廠，取污水處理廠中二沉池的回流污泥作為接種污泥，將污泥盛裝在廣口容器中，并采取連續(xù)曝氣的方式對污泥進(jìn)行馴化培養(yǎng)，當(dāng)污泥變?yōu)辄S褐色時(shí)代表馴化完成，馴化時(shí)間一般為兩周左右。實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)前，對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行相應(yīng)的清理以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，并按質(zhì)量濃度配置模擬廢水，并定容至90 L，倒入進(jìn)水水箱。

2.2 試驗(yàn)方法

曝氣時(shí)間是影響處理效果的主要因素。在該階段，污水通過微生物的降解作用，去除污水中的COD。本實(shí)驗(yàn)采取控制變量法探究不同的曝氣量和曝氣時(shí)間對COD去除效果的影響，共設(shè)兩組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)共做五次，一次取三組樣。第一組實(shí)驗(yàn)沉淀時(shí)間設(shè)為為30 min，攪拌時(shí)間為30 min，出水時(shí)間為30 s。曝氣量設(shè)為6 L/min，曝氣時(shí)間分別設(shè)為6 h和10 h。第二組實(shí)驗(yàn)將曝氣時(shí)間設(shè)為10 h，曝氣量設(shè)為9 L/min，其他參數(shù)與第一組實(shí)驗(yàn)相同，與第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成對比。

3 結(jié)果與討論

3.1 曝氣時(shí)間對SBR反應(yīng)器效果的影響

曝氣階段是SBR工藝處理廢水的關(guān)鍵步驟，該組試驗(yàn)采取曝氣量為6 L/min，曝氣時(shí)間分別取6 h和10 h，每組實(shí)驗(yàn)做五次，每次取樣三組，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表3。當(dāng)曝氣時(shí)間為6 h時(shí)，出水COD的平均值為987.8 mg/L，當(dāng)曝氣時(shí)間為10 h時(shí)，出水COD的平均值為641.9 mg/L，COD的處理效果明顯優(yōu)于曝氣時(shí)間為6 h的COD處理效果。兩組實(shí)驗(yàn)的COD去除率的對比圖詳見圖2。曝氣時(shí)間為6 h時(shí)，COD的平均去除率最高為64.09%，曝氣時(shí)間為10 h時(shí)，COD的平均去除率最高為75.98%。結(jié)果表明，在曝氣量相同的情況下，曝氣時(shí)間越長COD的去除效果越好，分析原因?yàn)?，曝氣作用可以有效為微生物提供氧氣，?chuàng)造微生物適應(yīng)的生存環(huán)境，因此當(dāng)曝氣量相同，曝氣時(shí)間越長，曝氣作用也會越明顯，微生物越容易生存，大量的微生物消耗COD，從而導(dǎo)致COD的下降[6]。

表3 不同曝氣時(shí)間的出水進(jìn)水COD濃度值

圖2 不同曝氣時(shí)間的COD平均去除率對比圖

3.2 曝氣量對SBR反應(yīng)器效果的影響

表4 曝氣量為10L/min的進(jìn)出水COD

第二組實(shí)驗(yàn)為探究不同的曝氣量對SBR反應(yīng)器的處理效果的影響，將曝氣量設(shè)定為9 L/min，曝氣時(shí)間設(shè)為10 h，其他參數(shù)與第一組實(shí)驗(yàn)相同。該組試驗(yàn)共做5次，每次試驗(yàn)取3個(gè)樣品，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表4。COD去除率與上組試驗(yàn)中曝氣時(shí)間為10 h，曝氣量為9 L/min的COD去除率的對比圖詳見圖3。當(dāng)曝氣時(shí)間設(shè)定為10 h，曝氣量為9 L/min時(shí)，出水COD的平均值為518.5 mg/L，COD平均去除率最高為81.63%，明顯高于上一組實(shí)驗(yàn)中曝氣時(shí)間為10 h，曝氣量6 L/min的COD去除率。彭趙旭[7]等在研究曝氣量對SBR工藝處理模擬生活污水的研究結(jié)果表明，采用SBR法處理模擬生活污水，當(dāng)曝氣量分別為16、28、40 L/h時(shí)，COD的平均去除率分別為77.62%、80.88%和73.05%，表明在一定的曝氣范圍內(nèi)，COD的去除效果會隨著曝氣量的增加而增加，但當(dāng)曝氣量過大的時(shí)候COD的去除效效率反而會降低。

圖3 不同曝氣量的COD平均去除率對比圖

4 結(jié)論

(1) 在曝氣量均為6 L/min時(shí)，曝氣時(shí)間為6 h的COD平均去除率最高為64.09%，曝氣量為10 h的COD平均去除率最高為75.98%。在一定的范圍內(nèi)，曝氣時(shí)間越長，COD處理效果越好。

(2)在曝氣時(shí)間都為10 h時(shí)，曝氣量為9 L/min時(shí)，系統(tǒng)的COD平均去除率最高為81.63%。表明相同的曝氣時(shí)間的情況下，曝氣量越大，COD的去除效果也越好。

(3)SBR法針對模擬淀粉廢水的去除效果較好，同時(shí)具有工藝流程簡單、管理方便、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)[12]，在實(shí)際的淀粉廢水的去除具有很高的應(yīng)用價(jià)值。