SBR法对缫丝废水的后续处理试验研究

陈小玲，李金城,2，郑华燕，吴 蕾，阙光龙，李文文

(1.桂林理工大学 环境科学与工程学院，广西 桂林 541004；2.广西环境工程与保护评价重点实验室，广西 桂林 541004)

SBR法对缫丝废水的后续处理试验研究

陈小玲1，李金城1,2，郑华燕1，吴 蕾1，阙光龙1，李文文1

(1.桂林理工大学 环境科学与工程学院，广西 桂林 541004；2.广西环境工程与保护评价重点实验室，广西 桂林 541004)

通过研究影响序批式活性污泥法(SBR法)对缫丝废水的后续处理效果的各种因素，得出最佳工况运行条件。结果表明，在SBR法中，曝气时间为8 h，沉淀时间为40 min，溶解氧值为2～3 mg/L时，系统处理效果最好，COD、氨氮和TP的去除率分别达到90.5 %±0.5 %、95.1 %±0.6 %和78.2 %±3.1 %，出水的COD和氨氮都能达标排放。将SBR反应器作为缫丝废水后续好氧处理工艺，具有较高的处理效率和较好的运行稳定性。

缫丝废水；SBR法；影响因素

中国既是世界最大生丝生产大国，又是缫丝废水排放大国，缫丝业不仅单位产品取水量大，而且废水排放量也大。为了应对金融危机对纺织业造成的损失，2009年中国纺织工业协会指出纺织业应将促进产学研结合、产业链整合，在新材料、新工艺、新装备、信息化，以及节能减排、清洁生产、绿色纺织等重点领域加快高新技术研发和利用[1]。从清洁生产和节能减排的角度来说，开展缫丝行业生产废水处理与资源化利用技术的研究有着重要的现实意义。

随着自动控制技术日趋成熟，以及各种既经济又精确的监测仪器的出现，解决了SBR(序批式活性污泥法)在实际工程应用上的问题[2]，使SBR法的控制提高到了一个新的高度。技术人员还将SBR工艺广泛应用于啤酒废水[3]、印染废水[4]、屠宰废水[5]、造纸废水[6]等，对SBR的运行模式、工艺特性、运行参数、污泥性能及脱氮除磷等方面做了大量的研究并取得了很多研究成果，实践证明SBR是一种性能稳定的污水处理方法[7]。国内SBR法在缫丝废水处理中的应用已很广泛。如浙江某丝绸厂采用酸性混凝→调节池→SBR→斜板沉淀工艺处理缫丝废水[8]，缫丝废水经预处理后，进入SBR反应池，废水COD由1 037 mg/L降至89 mg/L，处理效果显著。该方法具有工艺简便、经济、处理能力强、耐冲击负荷、运行方式灵活、不易发生污泥膨胀和占地面积少等优点，是处理中小水量废水，特别是间歇排放废水的理想工艺。本研究通过改变水力停留时间、曝气量、溶解氧、水温等参数，确定最佳工艺运行条件，并考察系统在最佳工艺条件下稳定运行的试验效果。

1 试 验

1.1 SBR试验装置

SBR反应器采用有机玻璃制成，有效容积3 L，换水率为50 %。如图1所示，废水由反应器顶部进入，由反应器中部出水口排出，放置曝气头在反应器内曝气，进水和出水由水泵、液位仪、时间继电器和电磁阀共同控制，曝气由时间继电器控制。通过带阀门的转子流量计调节并计量曝气量，反应器内的温度通过底部水浴加热进行温度调节和控制，水温控制在(25±2)℃。反应器的运行周期分为进水、曝气、沉淀、排水和闲置5个阶段。每一周期处理水量为1.5 L。

图1 SBR反应器Fig.1 Sequencing batch reactor

1.2 接种污泥

将取自桂林市某污水厂氧化沟中的活性污泥作为接种污泥，闷曝2 d后，取1.5 L污泥加入到反应器中。考虑试验的操作性，SBR反应器每天只运行2个周期，每周期12 h，反应器按“瞬时进水—曝气—沉淀—排水(1 min)—闲置”模式进行运行和调试。通过改变运行方式考察COD、NH3-N、TP的去除效果，确定SBR工艺的最佳运行参数。

1.3 分析方法

COD：重铬酸钾法，BOD5：稀释与接种法，NH3-N，纳氏试剂分光光度法，TP：钼酸铵分光光度法，pH：玻璃电极法，MLSS、MLVSS：重量法。

2 结果与讨论

2.1 污泥的培养与驯化

活性污泥是由具有活性的微生物、微生物自身氧化的残留物，以及吸附在活性污泥上的不能被微生物降解的有机物组成，对废水的处理起主要作用。系统启动时，直接进实际废水，随着废水水量的增加，部分污泥解体直至死亡，表现为污泥松散，大块上浮。经过2周后，污泥上浮情况基本消失，絮体明显增多，黑色的污泥逐渐转变为黄褐色污泥，以不同浓度的进水负荷对污泥进行进一步培养驯化，直至进水全为缫丝废水，所需的水温始终维持在(25±2)℃，进水pH值保持在7.0～8.0。经近一个月的培养驯化，污泥生长情况良好，沉降性能稳定，SV30稳定在18.1 %～28.9 %，SVI在64.1～89.2 mL/g，COD去除率稳定在90 %以上。通过镜检发现污泥成分以菌胶团占优势，并且镜检时可以观察到累枝虫、钟虫、轮虫等，钟虫、轮虫是出水水质非常好的表现[9-10]，可认为此时污泥驯化成功。

图2 SBR反应器中的微生物相Fig.2 The microorganisms in SBR reactor

驯化阶段，SBR对COD去除情况如图3所示。由图3可以看出，随着进水COD质量浓度的逐步升高，开始存在一定的波动，15 d后，随着进水COD质量浓度的升高，去除率趋于稳定。当质量浓度增加到1 044 mg/L时，COD质量浓度去除率呈一定的下降趋势。当进水COD质量浓度超过1 139 mg/L时，出水COD浓度超过100 mg/L，不能达到GB 8978－1996《污水综合排放标准》中的一级标准。因此，确定容积负荷为1.05 kgCOD/m3·d。通过改变缫丝废水的进水负荷，COD的去除率变化不大，说明SBR系统对缫丝废水具有一定的抗负荷能力。

图3 进水COD质量浓度对去除效果的影响Fig.3 Effect of in fl uent COD on removal rate

2.2 最佳运行工况的确定

2.2.1 曝气时间

在SBR反应器中，曝气是氧气供给的必要条件，曝气时间是SBR工艺运行中最为重要的参数[11]。曝气时间不足，会引起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，会造成污泥性状恶化，又增加运行成本[12]。考察曝气时间的长短对缫丝废水中COD与NH3-N去除效果，确定曝气时间的长短，其降解曲线见图4。

图4 曝气时间对去除效果的影响Fig.4 Effect of aeration time on removal rate

由图4可知，随曝气时间延长，COD去除率逐渐增大，但曝气到一定时间后COD去除率增加幅度很小。在反应前2 h，COD去除率增长很快，曝气5 h后，出水COD达到排放标准，但此时NH3-N的去除率为88.7 %，未能达标排放，当曝气到8 h，出水NH3-N小于7.5 mg/L，同时对有机物的去除也更为彻底，出水COD小于90 mg/L，确定最优曝气时间为8 h。

2.2.2 溶解氧

溶解氧(DO)是影响生物处理效果的重要因素。当曝气量不足、溶解氧浓度偏低时，易发生丝状菌性膨胀[13]。但DO浓度过高不仅造成动力浪费，而且易使污泥老化解絮，出水悬浮物增加[14-15]。试验通过空气压缩机和气体流量计来调节反应器中的溶解氧量，在运行方式、进水浓度、温度等条件基本相同的情况下，DO值分别取1、2、3、4 mg/L，研究不同DO值对出水COD和氨氮浓度的影响。试验结果如图5所示。

图5可明显看到DO对SBR去除效果的影响，当DO为1 mg/L时，微生物处理废水受到抑制，出水指标浓度较高，去除率效果差；当DO值由1 mg/L提高到2 mg/L时，微生物对废水的处理效果较好，COD去除效果提高了27.09个百分点，氨氮去除效果提高了28.12个百分点；当DO值大于2 mg/L时，有机物降解接近最大值，上升趋势不明显，不再是反应的主要影响因素。根据以上试验结果，曝气阶段DO值宜为2～3 mg/L。

图5 DO值对SBR去除效果的影响Fig 5 Effect of dissolved oxygen on removal rate of SBR

2.2.3 沉淀时间

在SBR反应器中，沉淀时间直接影响出水水质，确定一个合理的沉淀时间很重要。沉淀时间过短，出水中含有大量未沉淀的悬浮物而影响出水水质，沉淀时间过长，会发生污泥上浮现象[16]。

图6 沉淀时间对SBR去除效果的影响Fig.6 Effect of precipitation time on removal rate of SBR

由图6可知，沉淀时间对COD和NH3—N去除效果影响甚微，主要是从污泥的沉降性能来确定沉淀时间的。图7为反应器中污泥沉淀的泥水界面高度及上清液中SS质量浓度变化规律。从图7可以看出，沉淀时间小于10 min时，泥水界面不明显，出水SS质量浓度较高。当沉淀时间为20 min时，泥水界面下降到排水口以下。经过40 min的沉淀，沉淀过程基本完成，出水SS质量浓度下降到14.52 mg/L，之后出水SS质量浓度趋于稳定。因此，确定SBR反应器的沉淀时间为40 min。

图7 SV与SS质量浓度随沉淀时间的变化Fig.7 Change of SV and SS with running time

2.3 最佳工况下运行效果研究

在最佳工况条件下，采用SBR反应器对缫丝废水进行后续处理。其废水水质情况如下：COD为671.2～972.3 mg/L，NH3-N为110.2～169.5 mg/L，TP为20.3～32.7 mg/L，pH6.8～7.9。

2.3.1 对COD的去除效果

由图8可知，SBR反应器的进水COD质量浓度为671.2～972.3 mg/L，其出水的COD值为63.4～88.7 mg/L，出水稳定在100 mg/L以下，去除率为90.5 %±0.5 %，系统的COD去除效果良好。

图8 SBR反应器对COD的去除效果Fig.8 Removal effect of SBR reactor on COD

2.3.2 氨氮的去除效果

由图9可知，SBR反应器的进水氨氮质量浓度范围为110.2～169.5 mg/L，其出水氨氮值一直保持在10 mg/L以下，去除率为95.1 %±0.6 %。

图9 SBR反应器对氨氮的去除效果Fig.Removal effect of SBR reactor on ammonia nitrogen

2.3.3 TP的去除效果

由图10可知，SBR反应器的进水TP质量浓度范围为20.3～32.7 mg/L，其出水TP质量浓度为4.9～6.1 mg/L，去除率为78.2 %±3.1 %，不能达到排放标准。主要原因在于，虽然在SBR的整个运行过程中有厌氧(或缺氧)与好氧环境的交替，使沉淀、排水及排泥阶段的污泥可处于良好的厌氧或缺氧状态，但此时反应器中的有机底物已所剩无几，因而对聚磷菌的磷释放不具备足够的易被聚磷菌所利用的有机底物。所以导致SBR反应器对TP的去除效果不佳，还需进行深度除磷。

图10 反应器对TP的去除效果Fig.10 Removal effect of SBR reactor on TP

3 结 论

1)经过近一个月的培养驯化，得到了活性较高的污泥，呈黄褐色，絮状，S V 3 0稳定在18.1 %～28.9 %，SVI在64.1～89.2 mL/g，COD去除率稳定在90 %以上，反应器运行稳定。

2)通过改变曝气时间、DO值和沉淀时间来确定SBR反应器的最佳工况条件为：曝气时间为8 h，沉淀时间为40 min，DO值为2～3 mg/L。

3)在最佳工况条件下，SBR反应器对厌氧处理后的缫丝废水具有很好的处理效果。在进水COD、氨氮和TP质量浓度分别为671.2～972.3 mg/L，110.2～169.5 mg/L，20.3～32.7 mg/L时，对COD、氨氮和TP的去除率分别稳定在90.5 %±0.5 %、95.1 %±0.6 %和78.2 %±3.1 %，出水COD和氨氮都能达标排放。将SBR反应器作为缫丝废水后续好氧处理设备，具有较高的处理效率和较好的运行稳定性。

[1] 京华时报.去年前11月纺织业亏损面扩至20 %[EB/OL].(2009-01-30).http：//finance.sina.com.cn/chanjing/b/200 90130/00355800744.shtml.

[2] 王淑莹，彭永臻.SBR法计算机自动控制系统的研究[J].给水排水，2000，26(3)：76-78.

[3] LI B Y. Analysis of kinetic process of treating brewery wastewater by SBR[J]. Nanjing Huagong Daxue Xuebao, 2000, 23(3): 23-25.

[4] LIM P E, ER C C. Treatment of dye-containing wastewater by sequencing batch reactor with powdered activated carbon addition [J] Toxicological and Environmental Chemistry, 2000, 75(1): 75-87.

[5] 班福忱，李亚峰，贾新军，等.SBR法处理屠宰废水的设计与运行[J].工业安全与环保，2007，33(3)：21-22.

[6] TARDIF O, HALL E R. Alternatives for treating recirculated news print whitewater at high-temperatures[J] .Water Science and Technology, 1997, 35(2): 57-65.

[7] 刘永淞，陈纯.SBR法工艺特性研究[J].中国给水排水，1990，6(6)：5-11.

[8] 顾毓刚，吕敏.绢纺废水的处理工艺研究[J].环境保护，2002(15)：7-8.

[9] 孔秀琴，兰建伟，何乐萍.活性污泥培养及运行过程中的微生物指示作用[J].郑州大学学报：工学版，2006，27(1)：113-116.

[10] 杨晓瑞.SBR系统中活性污泥的驯化[J].创新技术，2008(9)：9-10.

[11] 付永胜，朱杰.SBR工艺处理肉类加工废水脱氮最佳运行条件的选择[J].水处理技术，2005(12)：67-71.

[12] 郁桂林.木材蒸煮度水的处理工艺研究[D].上海：上海师范大学，2007：41.

[13] 朱其兆，SBR运行中污泥膨胀的发生原因分析[J].长春理工大学学报：综合版，2005，9(3)：120-121.

[14] 上海环境保护局.废水生化处理[M].上海：同济大学出版社，1999：195-196.

[15] 魏瑞霞，孙剑辉，陈金龙.SBR法处理废水的影响因素[J].重庆环境科学，2003，25(11)：156-158.

[16] 高锋，杨朝晖，曾光明，等.厌氧水解-SBR工艺处理高浓度有机废水运行工序的优化[J].环境科学，2004，25(5)：84-88.

Follow-up treatment research of filature wastewater by SBR

CHEN Xiao-ling1, LI Jin-cheng1,2, ZHENG Hua-yan1, WU Lei1, QUE Guang-long1, LI Wen-wen1
(1. College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China; 2. State Key Laboratory of Environmental Engineering and Protected Assessment in Guangxi, Guilin 541004, China)

By studying the impact of sequencing batch activated sludge process (SBR) to the filature wastewater treatment effect of various factors, the best operation conditions was obtained. The results showed that: when the aeration time is 8 h, the precipitation time is 40 min and dissolved oxygen value is 2-3 mg/L in SBR,it can achieve the best effect; under this condition, the removal rate of COD, ammonia nitrogen and TP are 90.5%±0.5%, 95.1%±0.6% and 78.2% ±3.1%, and both of the effluent COD and ammonia nitrogen can reach the standards. As filature wastewater treatment subsequent aerobic process, SBR reactor has high treatment efficiency and good operation stability.

Filature wastewater; SBR; Influence factor

X791

A

1001-7003(2012)01-0017-04

2011-08-30；

2011-10-09

广西科技厅项目(桂科攻10124002-3)；广西教育厅科研项目(桂教科研200911LX125)；广西高校人才小高地建设“环境工程”创新团队资助计划项目(桂教人[2007]71)；广西环境工程与保护评价重点实验室主任基金项目(桂科能0701z010)

陈小玲(1986－ )，女，硕士研究生，研究方向为水污染控制。通讯作者：李金城，教授，博士，china_ljc@263.net。