朱 蕾

（渭南師范學(xué)院，陜西渭南 714099）

SBR工藝在處理模擬制革廢水中運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化

朱 蕾

（渭南師范學(xué)院，陜西渭南 714099）

在處理制革廢水中常用SBR工藝，試驗(yàn)探討了不同HRT、進(jìn)水pH、COD負(fù)荷、NH3-N濃度、活性污泥濃度的運(yùn)行參數(shù)，研究SBR工藝處理制革廢水的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù).結(jié)果表明：SBR反應(yīng)器在進(jìn)水COD為1 500～2 000 mg／L、NH3-N為150～250 mg／L、pH為7.5、運(yùn)行污泥濃度在3.0 g／L左右、曝氣時(shí)間為18 h時(shí)COD去除率能達(dá)到95%左右，NH3-N去除率達(dá)到97%左右，其出水能夠達(dá)到一級(jí)出水標(biāo)準(zhǔn).

SBR反應(yīng)器；進(jìn)水pH；COD負(fù)荷；NH3-N濃度；污泥裝載量

制革行業(yè)的污染在輕工業(yè)中僅次于造紙和印染，屬于高污染產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)過(guò)程排放的廢水具有高污染物濃度、高pH、高懸浮物、臭味濃等特點(diǎn)，若處理不徹底或直接排放，將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染［1-2］.目前關(guān)于制革廢水的生化處理工藝有SBR法、氧化溝法、生物接觸氧化法、A／O法、A2／O法等［3-5］.

近年來(lái)，SBR是國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展起來(lái)的一種處理廢水的新工藝，其最大的特點(diǎn)是靈活，可以間歇運(yùn)行.馮元群、吳斌［6］等人結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，比較了幾種常用的生化法在制革廢水處理中的運(yùn)用，對(duì)SBR法的運(yùn)行管理、治理制革廢水的工程設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)SBR生化法在治理制革廢水的過(guò)程中具有耐沖擊性、操作運(yùn)行管理方便、建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用比較低等優(yōu)點(diǎn).本試驗(yàn)研究SBR工藝處理制革廢水的運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示，SBR反應(yīng)器用有機(jī)玻璃制作，其結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)徑為300 mm、高度為800 mm的圓柱和底部高度是250 mm、下半徑為50 mm的圓臺(tái)構(gòu)成.反應(yīng)器通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制反應(yīng)器的溶解氧在3～4 mg／L，試驗(yàn)用水為模擬制革廢水，主要含有油脂、蛋白質(zhì)、碎毛等大量有機(jī)物質(zhì)以及重金屬離子Cr3+、硫化物等.

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 模擬制革廢水的配制

在燒杯中加入一定量的Ca（OH）2和Na2S，加一定量水進(jìn)行溶解，然后加入適量牛毛并加熱，使牛毛逐漸水解，當(dāng)牛毛水解完全后依次加入一定量的KH2PO4、（NH4）2SO4、荊樹(shù)皮栲膠、黑染料2GB、SE加脂劑、標(biāo)準(zhǔn)鉻粉和NaCl，調(diào)節(jié)pH值到7.5，根據(jù)試驗(yàn)需求稀釋模擬制革廢水.

圖1 SBR反應(yīng)器裝置圖

1.2.2 儀器

pHs-2F型pH計(jì)、BS224S型電子天平、ACO-003型電磁式空氣泵.

1.2.3 測(cè)定方法

重鉻酸鉀法測(cè)定COD，納氏試劑比色法測(cè)定NH3-N，pH計(jì)測(cè)定pH值.

2 結(jié)果與討論

2.1 SBR反應(yīng)器體系中HRT的確定

SBR是通過(guò)在時(shí)間上的交替實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的整個(gè)過(guò)程，它在流程上只有一個(gè)基本單元，將調(diào)節(jié)池、曝氣池和二沉池的功能集中在該池子上，兼有水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、微生物降解有機(jī)物和固液分離等功能. SBR反應(yīng)器的運(yùn)行過(guò)程主要分為進(jìn)水、曝氣、沉淀、潷水、待機(jī)5個(gè)階段.進(jìn)水階段是反應(yīng)器在短時(shí)間內(nèi)接納需要處理的污水，同時(shí)起到調(diào)節(jié)和均質(zhì)的作用，由于反應(yīng)器有效容積比較小，將采用快速進(jìn)水方式，時(shí)間控制在30 min左右，在該階段不進(jìn)行曝氣；沉淀時(shí)間參考實(shí)際工程將控制在2 h；潷水階段將直接通過(guò)排水口進(jìn)行排水，時(shí)間較短可忽略不計(jì)；待機(jī)時(shí)間控制在4 h.由于曝氣階段是進(jìn)行生化反應(yīng)的主要過(guò)程，因此本試驗(yàn)主要研究曝氣時(shí)間對(duì)SBR反應(yīng)器處理制革廢水的影響.

試驗(yàn)在HRT不同的條件下，制革廢水中COD和NH3-N的去除率變化曲線(xiàn)如圖2所示.

圖2 SBR反應(yīng)器中COD去除率隨曝氣時(shí)間的變化

圖3 制革廢水反應(yīng)過(guò)程中pH的變化

由圖2可知，當(dāng)HRT小于9 h時(shí)，COD和NH3-N的去除率迅速升高，這可能是由于微生物在此階段呈對(duì)數(shù)期增長(zhǎng)造成的；當(dāng)HRT大于9 h時(shí)，COD和NH3-N的去除率呈穩(wěn)定變化趨勢(shì).當(dāng)HRT=15 h時(shí)，NH3-N去除率最高，達(dá)到99.34%；當(dāng)HRT=18h時(shí)，COD去除率最高為98.19%.為使出水達(dá)到一級(jí)出水標(biāo)準(zhǔn)，確定試驗(yàn)曝氣時(shí)間為18 h.

2.2 進(jìn)水pH值不同對(duì)SBR工藝的影響

制革廢水微生物降解過(guò)程中混合液的pH值變化曲線(xiàn)如圖3所示.

從圖3中的制革廢水反應(yīng)過(guò)程pH的變化情況來(lái)看，當(dāng)pH≤7.0時(shí)，混合液的pH隨時(shí)間變化，先較大幅度上升后再緩慢下降，這是因?yàn)?，在模擬制革廢水的配置過(guò)程中主要通過(guò)添加乙酸來(lái)調(diào)節(jié)pH，而乙酸是極容易降解有機(jī)物.對(duì)于制革廢水，因其主要含有的是蛋白質(zhì)，在混合液pH較低時(shí)，絕大數(shù)適應(yīng)較高pH環(huán)境的微生物代謝受到抑制，不能很好地將蛋白質(zhì)快速完全降解，只產(chǎn)生大量氨基酸等中間產(chǎn)物，使得混合液的pH在反應(yīng)的后階段緩慢降低.少數(shù)低pH型微生物（如嗜酸乳桿菌等）在活躍時(shí)，將底物較徹底地降解氧化成CO2、H2O等過(guò)程中，CO2因制革廢水中的加脂劑在表面產(chǎn)生大量的粘性泡沫，不能及時(shí)帶走，這些產(chǎn)物也會(huì)使pH略微降低.當(dāng)pH＞8.0時(shí)，處理過(guò)程中pH降低的原因除了與上述原因相似之外，還在于混合液在高pH的情況下會(huì)出現(xiàn)氨氣逸出，間接降低了堿度.當(dāng)7.5≤pH≤8.0時(shí)，絕大多數(shù)的活性污泥都具有較高的活性，整個(gè)反應(yīng)體系中pH隨著HRT的增加變化較小.

圖5 COD負(fù)荷與COD去除率的關(guān)系

不同進(jìn)水pH處理制革廢水其COD去除率結(jié)果如圖4所示.試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)pH在7.5～8.0時(shí)，微生物能將絕大部分底物較徹底地降解成CO2、H2O等，COD去除率能達(dá)到93%以上.當(dāng)pH小于7.5時(shí)，隨著pH的增大，COD去除率也相應(yīng)增大，這是由于在酸性條件下，pH會(huì)影響外酶和內(nèi)酶的催化作用［7］.當(dāng)pH大于8時(shí)，COD去除率有所下降.

2.3 COD負(fù)荷對(duì)SBR工藝的影響

COD負(fù)荷對(duì)SBR工藝影響的試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.

由圖5可知，隨著進(jìn)水COD的增大，廢水COD的去除率先增大后降低.當(dāng)進(jìn)水COD小于2 100 mg／L時(shí)，COD去除率都能達(dá)到90%以上.隨著進(jìn)水COD增大，當(dāng)其大于2 100 mg／L時(shí)，COD去除率迅速下降，這是由于在一定反應(yīng)條件下，SBR反應(yīng)器所能承受的COD負(fù)荷極限在2 100 mg／L左右.

2.4 NH3-N濃度對(duì)SBR工藝的影響

進(jìn)水氨氮濃度不同，反應(yīng)器COD和NH3-N去除率的變化曲線(xiàn)如圖6所示.

圖6 NH3-N濃度與NH3-N和COD去除率的關(guān)系曲線(xiàn)圖

圖7 污泥裝載量與COD去除率的關(guān)系曲線(xiàn)圖

從圖6可知，隨著進(jìn)水氨氮濃度增大，NH3-N去除率逐漸降低，COD去除率先升高再降低.當(dāng)氨氮濃度小于250 mg／L時(shí)，NH3-N去除率都在90%以上.可見(jiàn)，SBR工藝對(duì)處理低濃度氨氮廢水效果較佳.當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度為200 mg／L，COD的去除率達(dá)到最高為94.3%.這是由于一定含量的氨氮可為微生物提供必需的氮元素，有利于微生物代謝活動(dòng)［8］.但NH3-N濃度繼續(xù)增大，會(huì)逐漸抑制微生物的活動(dòng)，使得反應(yīng)體系受到抑制.

2.5 污泥裝載量對(duì)SBR工藝的影響

為使測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定并具有代表性，每種濃度的污泥，反應(yīng)器運(yùn)行3個(gè)周期.整個(gè)研究過(guò)程污泥濃度由低到高，測(cè)定反應(yīng)前后的COD以及SVI，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7和圖8所示.

圖8 污泥裝載量和出水SVI的關(guān)系圖

圖9 COD和NH3-N去除率與運(yùn)行時(shí)間的曲線(xiàn)圖

由圖7可知，COD的去除率隨著污泥裝載量的提高先增大后降低.當(dāng)污泥濃度在3.0和3.5的時(shí)候COD去除率達(dá)到最大.可見(jiàn)污泥的裝載量對(duì)SBR反應(yīng)器具有一定的影響.這表明對(duì)于一定量的COD負(fù)荷，存在一個(gè)污泥濃度使其去除率達(dá)到較高水平，再提高污泥濃度對(duì)于化學(xué)需氧量去除率并不會(huì)再有很明顯的作用，而僅僅是將消化速率提高了一些.而圖8的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)反應(yīng)器中污泥濃度提高3.5 g／L以上時(shí)，SVI值達(dá)到200以上，說(shuō)明污泥的沉淀性能受到影響，可能發(fā)生了污泥膨脹.這與微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)存在一定關(guān)系［9］.

2.6 優(yōu)化后SBR工藝在處理模擬制革廢水中運(yùn)行狀況

由試驗(yàn)對(duì)SBR反應(yīng)器工藝進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化.優(yōu)化參數(shù)為：進(jìn)水COD為1 500～2 000 mg／L、NH3-N為150～250 mg／L、pH控制在7.5、污泥濃度為3.0 g／L左右、曝氣時(shí)間18 h、沉淀時(shí)間2 h、閑置時(shí)間4 h、反應(yīng)器運(yùn)行30 d.結(jié)果如圖9所示.

由圖9可以看出，廢水COD去除率達(dá)到95%左右，NH3-N去除率達(dá)到97%左右.

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化SBR工藝參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明：SBR反應(yīng)器在進(jìn)水COD為1 500～2 000 mg／L、NH3-N為150～250 mg／L、pH為7.5、運(yùn)行污泥濃度在3.0 g／L左右、曝氣時(shí)間為18 h，其出水COD去除率達(dá)到95%左右，NH3-N去除率達(dá)到97%左右，出水能夠達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn).

［1］張潔，劉素英，鄭德明.序批式活性污泥（SBR）法在制革生產(chǎn)廢水處理中的應(yīng)用［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，24（3）：143-145.

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【責(zé)任編輯 曹 靜】

Parameters Optimization of SBR in Treatment of Simulation Tannery Wastewater

ZHU Lei
（Weinan Normal University，Weinan 714099，China）

The optimization of parameters used in SBR for tannery wastewater treatment from HRT，the pH values of intake，COD load，NH3-N concentration and the activated sludge concentration was investigated.The results show in the process of SBR，when the intake COD is 1 500～2 000 mg／L，NH3-N is 150～250 mg／L，pH is 7.5，the operating sludge concentration is about 3. 0 g／L and the aeration time is 18h，the removal rate of COD is up to 95%.The NH3-N removal rate is about 97%.The outfall could be satisfied with the standard.

SBR；pH；COD load；NH3-N；sludge burden

X703

A

1009-5128（2014）19-0034-05

2014-06-09

朱蕾（1988—），女，陜西渭南人，渭南師范學(xué)院教師，工學(xué)碩士，主要從事制革廢水的處理方法研究.