SBR法处理豆制品废水工艺条件的研究

SBR法处理豆制品废水工艺条件的研究豆制品废水是一种典型高浓度有机废水。目前多采用厌氧进行处理[1],但厌氧处理水力停留时间长、设备耗资大、管理要求高、且伴随异味的产生。目前国内许多豆制品加工厂规模小，基本上是以作坊为主，分布广，给收集和处理这类废水带来困难，近20年来受到普遍关注的序批式活性污泥(SBR)法最显著的特点是占地面积小，适用于小水量、间歇排放的废水[2]，因此采用SBR法处理豆制品废水比较合适。本文重点探讨SBR工艺用于处理豆制品废水的可行性及主要技术参数,考察各种因素对处理效果的影响,为SBR法的实际应用提供工艺技术依据。1实验材料、装置及方法1.1实验装置SBR反应系统如图1所示。反应器直径40cm,高220cm,有效容积为230L。反应器上部设计为圆柱形，底部为圆锥形，圆锥底部设置排泥管排放剩余污泥，反应器底部布置下部开孔的小气泡扩散器穿孔管，这样不易发生堵塞且利于气液充分混合接触，促进了氧的传递；采用下部进水，为使均匀布水且减小进水时水的扰动，采用水平方向开孔的穿孔管布水器，不设滗水器，采用进水顶出水的排水方式，在SBR池顶部设置齿型溢流堰排水。用水泵进水，液体流量计控制进水流量，采用空压机鼓风曝气,转子流量计调节曝气量。1.2实验材料试验用废水均取自某豆腐厂的压豆腐废水,废水中有机物浓度较高,其COD值在35000～50000mg/Ｌ之间。为便于试验研究,采用在实际废水中加一定量自来水,配成所需的进水浓度。试验采用进水顶出水的排水方式，进水和排水同时进行,反应结束后沉淀2ｈ,然后排水（进水）、闲置、进入下一个周期。1.3分析方法各水质指标和污泥性能指标均按常规标准方法测定[3]。2试验结果与讨论2.1活性污泥的培养驯化图1SBR反应装置图活性污泥取自大连开发区污水处理厂经PAM脱水处理之后的干污泥，将其投入SBR池中，加入部分豆制品废水，补充清水至预定水位，采用加入工业葡萄糖作为微生物的补充碳源,加入磷酸二氢钾作为磷源,加入尿素作为补充氮源,按照进水浓度和池水量及公式(BOD5∶N∶P=100∶5∶1)计算,加入营养液，闷曝气两天后沉淀2h，然后，每天进水一次，以不同浓度的进水负荷对污泥进行培养驯化，在培养驯化期间，通过测定溶解氧保证SBR反应池内溶解氧充足（2.0mg/L），水温始终维持在17℃~22℃，通过投加碳酸钠使混合液pH保持在6.5~8.5之间。经过20多d的培养驯化，污泥颜色逐渐由黑色变成黄褐色，沉降性能良好，SV30为25%~40%，SVI为70~90，出水COD小于100mg/L，通过镜检发现污泥成分以菌胶团占优势,并且出现小口钟虫、轮虫、枝虫和漫游虫等。表明污泥已基本驯化成熟。活性污泥培养驯化的结果如图2所示。图2用豆制品废水驯化活性污泥的结果2.2最佳排水方式的确定目前，常见的排水方式有固定式的，如沿池不同深度设置出水管，从上到下依次开启，优点是设备简单，投资少，缺点是阀门多，操作不灵活，出水水质差，浮动式和旋转式排水装置（滗水器）虽排水效果好，但价格昂贵，并不是一般小型污水处理厂所能承受的，而如果采用下进水顶出水的排水方式，不仅节省投资，而且使SBR工艺的进水和排水两个过程同时进行，节约了工作时间，使SBR的工作周期缩短。如表3所示采用进水顶出水的排水方式进行排水，当进水速率为120L/h时，COD波动很大，这是因为流速太大池底污泥受到扰动上浮所致；但是当进水流速为100L/h时，进水顶出3/5V(即138L)出水时，效果并不理想；当进水速率为80L/h时,COD波动较小，出水较稳定，所以选择80L/h作为进水速率。在此流速下，用进水顶出3/5V的出水时，效果较好，出水COD不受影响，所以选择104min作为最佳排水时间。表1用进水顶出水的排水方式的实验结果取样时间80L/h100L/h120L/hCOD排水时间(min)COD排水时间(min)COD排水时间(min)沉淀结束出水1/3V出水1/2V出水3/5V出水2/3V90909598113—57861041159498107115138—57861041156786119132185—57861041152.3曝气时间对COD去除的影响最佳曝气时间的确定,既要保证COD、BOD5的出水指标达到国家排放标准,同时也要兼顾经济节能，因为曝气能源的消耗一般约占普通活性污泥法污水处理厂能源总需求的50%以上[5]，曝气过程有效的运行控制是一个非常重要的指标。曝气的主要作用是充氧、搅动和混合。充氧的目的是向反应系统提供所需的溶解氧，以保证微生物代谢过程的需氧量；搅动和混合的目的是使曝气池中的污泥处于悬浮状态，从而增加废水与活性污泥的充分接触，提高传质效率，保证曝气池的处理效果。曝气时间不足，系统的溶解氧供应不充分，微生物的代谢将受到影响；曝气时间过长，微生物进行消耗性内源呼吸，活性污泥的量将减少，活性污泥的絮状结构也将受到破坏。本文研究了进水COD在高、中、低浓度的情况下，进水COD随曝气时间的变化，每种浓度稳定运行3个周期，取较好的一组数据作图。如图3所示，在3种浓度下，在开始的2h内降解速率是最快的，4h基本稳定，7h出水可以达标，COD100mg/L。根据上述试验结果，曝气时间确定为8h,从而可以保证在冲击负荷下或因环境条件变化而使得污泥活性降低时获得较好的出水水质。图3不同浓度豆制品废水最佳曝气时间的确定2.4曝气量对COD去除的影响活性污泥法中,反应器中的溶解氧(DO)是重要的运行参数,一些试验及运行经验表明,低溶解氧条件会促进丝状菌生长,破坏污泥絮体的沉降性能;不利于胞外多聚物的产生,对絮体形成有消极影响,而过高的溶解氧又是对能源的一种浪费，因而本实验研究了在不同供气量条件下,SBR反应器中COD的降解情况。图4显示的是在不同曝气量情况下，反应器中COD浓度在一个运行周期内随时间变化的曲线。可以看出供气量为800L/h时,COD短时间内快速降低,迅速达到稳定值,COD的降解约在2ｈ内完成;而供气量为400L/h时所需时间要长一些,大约在4ｈ左右,COD达到的稳定值与800L/h接近;供气量为200L/h时,降解时间约为5ｈ,并且稳定后的COD浓度要高于前两者。可见,曝气量减小导致了COD降解时间的延长,供气量过小将使得最终COD浓度增加。所以反应器的最佳供气量确定为800L/h。2.5SBR系统稳定性分析豆制品在不同的加工时段所排放的废水水质变化较大,而进水浓度的冲击直接影响SBR反应器的去除率。一个好的处理工艺不仅应有对COD较好和稳定的处理效率，还应有抗负荷冲击的能力。因此为了检验系统的稳定性，进行了抗负荷冲击的实验。如图5，当进水COD在300~2000mg/L变化时，出水COD都可以达到一级排放标准(＜100mg/L＝，说明在一定范围内的进水COD浓度的变化对系统不造成影响。表明SBR系统耐冲击负荷能力强,能稳定运行。其原因主要在于SBR是按周期运行的。首先,充水期能将整个周期要处理的水集中在同一反应器中,对废水水质起了调节和均衡作用。另外,周期间是相互联系的,这使得它们的污泥活性可以相互补偿。当一个周期的负荷较大时,周期末的污泥活性降低,而在下一周期负荷较小时,污泥活性得到恢复。因此,相邻周期间发生废水浓度、污泥负荷的变化,可以通过污泥活性度加以均衡,从而使得出水水质较为稳定。图4不同曝气量下COD随时间的变化图5SBR系统抗负荷冲击的能力2.6污泥浓度对COD去除的影响去除COD并不能简单的认为污泥浓度越高越好，而应以有机物的比降解速率来判断合适的污泥浓度。从图6可以看出，当污泥浓度为3714mg/L和8000mg/L时，两者最终的结果没有太大的差别，但污泥浓度较低时，对COD的降解速率要高于污泥浓度较高时，这可能是由于污泥浓度增加到一定程度时，由于水中营养物质的缺乏，导致微生物之间争夺营养的矛盾非常尖锐，此时微生物会产生抗生素杀死近源物种。并且由于本试验的反应器采用进水顶出水的排水方式，限定了污泥浓度不能太高，因为如果污泥浓度太高，沉淀时所占反应器的体积大，会影响出水水质，所以确定试验中的最佳污泥浓度为4000mg/L。2.7厌氧段的加入对剩余污泥产量的影响图6相同进水浓度不同污泥浓度的条件下COD随时间的变化在SBR反应器沉淀阶段结束后插入厌氧消化段（3h），进行好氧—厌氧的交替循环。如表2，通过比较好氧—沉淀—厌氧工艺和序批式反应器(SBR)中的污泥产量,发现在传统活性污泥工艺中,随污泥负荷率的增加污泥产量也相应增加,而在兼氧反应中污泥产量却呈下降趋势，比污泥产率降低了20%～65%,SVI值也比传统活性污泥工艺低,即兼氧工艺可改善污泥的沉降性能。这可能是由于好氧微生物从外源有机底物的氧化中获得ATP,当这些微生物突然进入没有食物供应的厌氧环境时,就不能产生能量,不得不利用自身的ATP库作为能源;在厌氧饥饿阶段,没有一定量的细胞内ATP就不能进行细胞合成，因此,微生物必须在生物合成之前重建必需的能源库,消耗底物进行分解代谢以满足微生物的能量需求。好氧—厌氧的交替循环可促进分解代谢活性,使分解代谢和合成代谢相分离。所以兼氧工艺能处理高浓度有机污染物,而与之相关的污泥问题较小。表2好氧与兼氧的情况下反应器内污泥量及沉降性能的比较日期反应器内污泥干重（kg）SVI好氧SBR兼氧SBR好氧SBR兼氧SBR6月10日6月11日6月12日6月13日6月14日6月15日6月16日6月17日6月18日6月19日0.40250.50750.61750.72750.82550.84050.96051.07051.18551.29050.40250.45500.50500.55650.61100.66050.71400.76650.86750.917578767982808679828590786670758278807779823结论（1）SBR法处理高浓度的豆制品废水的工艺参数为：当进水COD为300～2000mg/L时，最佳曝气时间为8h,最佳曝气量为800L/h，污泥浓度为4000mg/L左右，这样可以使出水达到一级排放标准。（2）用SBR法处理豆制品废水的运行稳定性好,系统抗冲击负荷能力强。当进水COD为300～2000mg/L时,系统的出水始终小于100mg/L,并且污泥沉降性能良好，SV30基本稳定在25%～35%，SVI90。（3）通过实验，进水顶出水的排水方式是可行的，控制进水流速在80L/h，当顶出水占反应池有效容积的3/5时，出水COD不受影响，所以确定最佳排水比为3/5。（4）采用好氧—厌氧交替循环的兼氧工艺可以减少剩余污泥的产量，且污泥的沉降性能也较单纯的好氧工艺要好。