SBR工艺处理电镀废水的运行参数探讨

于 望，蒋小友，吴 军

(揭阳市表面处理生态工业园有限公司，广东 揭阳 522000)

1 引言

电镀废水具有生化性差的特点，电镀园区的废水更加复杂，针对当前电镀废水处理的难点及有效降低处理成本和提高处理效率的角度出发，需要探索一种即经济又可行性的生化工艺，笔者就广东某电镀园区的混合废水进行实验室探索研究，以SBR工艺为实验工艺，以电镀园区的电镀废水作为实验水样，实验室探索运行参数及最佳的运行控制工艺参数。

2 SBR工艺

序批式活性污泥法比连续流活性污泥法出现的早很久，但由于当时运行管理条件的限制而被连续流活性污泥法所取代。随着自动化控制系统的发展，SBR法又进入了人们的视野，并对它进行了更加深入的研究及创新。其工艺流程图如图1。

图1 SBR工艺流程

反应机理：①通过对时间的控制，SBR也具有脱氮除磷的功能。污水进入SBR反应器后进行一段时间的缺氧搅拌，好氧菌即利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低有可能接近零。这是厌氧微生物进行厌氧反应，反硝化微生物进行脱氮；②池体进入厌氧阶段，聚磷微生物释放磷；③进行曝气，硝化微生物进行硝化反应，聚磷微生物吸收磷；经过一定的时间反应，停止曝气，进行沉淀；当污泥沉降下来后，放掉上部清水，然后再进入原污水进行下一个周期的操作，周而复始。

3 实验设计

以SBR反应器为基础，AO工艺为运行模式，考察厌氧、好氧最佳反应时间、最佳pH值范围、最佳溶解氧浓度，以化学需氧量、氨氮、总磷的浓度为评价指标，确定最佳的运行模式。

3.1 污泥脱氮除磷效果

污泥取回后经过驯化培养，使化学需氧量、氨氮、总磷的去除效果趋于稳定，进行脱氮除磷效果的研究。

3.2 调整最佳pH值范围

微生物的生长有最佳的pH范围，在这个范围内，微生物的生长、繁殖能达到最佳状态，有利于有机物的去除。

3.3 调整最佳溶解氧浓度

好氧微生物的生长、繁殖受水中溶解氧浓度的限制，浓度过大、过少都会影响其生长情况，本实验研究其最佳的水中溶解氧浓度，以便于后续有机物的去除。

3.4 确定最佳厌氧时间

厌氧阶段主要完成聚磷菌释磷，确定最佳的释磷时间便于后续聚磷菌吸磷，通过运行一定量的周期，测定总磷、氨氮、COD的变化确定最佳的厌氧时间。

3.5 确定最佳好氧时间

好氧阶段主要是好氧微生物进行吸附、降解去除有机物，在厌氧时间确定的前提下，研究好氧时间对COD、氨氮、总磷的影响，确定最佳的好氧时间，最大限度地提高氮、磷的去除率，节省运营成本。

4 结果与讨论

4.1 污泥浓度对COD、TP、氨氮去除效果的影响

污泥驯化阶段结束，分取不同的污泥浓度装在SBR反应器中，进水、搅拌、嚗气、静沉、排水、排泥，根据具体的实验情况进行相应的调整。稳定运行几个周期后，开始采集进水、厌氧出水、好氧出水等三部分水样，测定其COD、氨氮、总磷的浓度变化，考察污泥浓度对COD、TP、氨氮去除效果的影响，其测定结果如表1。

表1 污泥浓度对评价指标去除率的影响

理论上污泥浓度越大，有机物的去除效果越好，从表1并没有看到这样的规律，分析原因如下：污泥浓度的测定受部分微生物死亡影响，部分死亡的微生物在污泥浓度里，但是没有参与有机物的去除。

4.2 最佳反应系统对营养物质去除效果的比较

根据表1中的数据，接下来的实验选择了污泥浓度3255 mg/L、4160 mg/L运行研究，两个反应器进行对比，稳定运行10个周期后采集水样进行监测。以COD、氨氮、总磷的去除率作为评价指标，根据测定结果选择最佳去除效果的污泥浓度。两个反应器采取间歇进水、厌氧4 h、好氧3 h、间歇出水运行模式运行。通过监测水样的COD、氨氮、总磷进水、出水浓度，计算各评价指标的去除率，其计算结果见表2、表3。

表2 反应器1运行结果

表3 反应器2运行结果

由表2和表3可知：污泥浓度一直在降低，造成污泥浓度降低的原因：①曝气量太大或太小；②水温降低；③有害物质流入；④停留时间过长等都可能抑制微生物放入生长，降低其对有机物的去除率。氨氮的去除率一直不是很高。

4.3 厌氧阶段影响因素

通过前面实验研究确定以反应器2为基础作进一步的试验研究。稳定运行几个周期后，进行下一步的研究，探讨pH值、ORP、厌氧时间对COD、氨氮、总磷去除率的影响，pH值、ORP采取在线监测，每隔5 min记录pH值、ORP数值，每隔0.5 h取一个水样，过滤，放置冰箱保存，避免影响实验结果，根据王亚宜等人[1]研究厌氧反应初期聚磷快速吸收进水中的有机酸引起，直到厌氧结束pH值一直处于下降趋势，并且下降速率与磷的释放速率呈现一定的相关性。当系统释磷速率较小时pH值也趋于一个定值，预示厌氧时间的结束。根据此研究，通过观察pH值的变化，判断厌氧时间是否停止。按照实验方法测定COD、氨氮、总磷的浓度，其结果如图2～6。

图2 pH值在厌氧阶段的变化

图3 ORP在厌氧阶段的变化

图4 厌氧时间对COD的影响

图5 厌氧时间对TP的影响

图6 厌氧时间对氨氮的影响

在实验进行过程中，发现pH值过低，不适合硝化和反硝化过程的进行，为了便于后续反硝化去除氨氮。在厌氧进行30 min后决定调节pH值，通过胡晓莲等人[2]的研究决定滴加氢氧化钠溶液使其pH值增加到8.39，根据pH值下降速度，在厌氧后阶段pH值降低速度缓慢，确定厌氧时间结束。厌氧微生物进行吸附、降解活动时伴随着电子受体变化，本实验通过测定氧化还原电位了解微生物的生长情况及作用情况。通过监测几个运行周期后发现COD、氨氮出现反复跳动，分析原因可能存在部分微生物自养生长，释放碳源、转化，导致COD、氨氮浓度出现增加的情况。厌氧阶段主要完成磷的释放，根据图5可知聚磷菌释磷达到最大值其厌氧时间为3.5 h。

4.4 好氧阶段影响因素

在厌氧时间确定的前提下，确定最佳的好氧时间。根据刘浩[3]的研究了解到不同的溶解氧浓度对COD、氨氮、总磷的去除效果影响。溶解氧需要保持在一定的范围内才能保证脱氮除磷的有效进行。因此本实验调整溶解氧在1.05～1.08 mg/L范围内。每隔5 min记录pH值、ORP数值，30 min取一次水样，过滤，放置在冰箱里保存，好氧时间结束，静沉30 min，排水。好氧阶段主要考察了pH值、ORP、DO、好氧时间对COD、氨氮、总磷去除率的影响，运行几个周期，采集水样，其测定结果如图7～11所示。

图7 pH在好氧阶段的变化

图8 ORP在好氧阶段的变化

图9 好氧时间对氨氮浓度的影响

图10 好氧时间对总磷浓度的影响

图11 好氧时间对COD的影响

由图7和图8所知：好氧阶段pH值缓慢增加、好氧后期趋于稳定。ORP在好氧前期快速下降，后期变化缓慢。说明好氧微生物的生长不会造成pH值变化过大，李开銮等人[4]的研究表明，聚磷菌以硝酸盐为电子受体，不需要外投加碳源，因此本实验没有过多探讨ORP对脱氮除磷的影响，只是浅显地了解其变化情况。由图9、图10和图11可知，磷的最佳去除时间为2.5 h、氨氮的最佳去除时间为4 h、COD最佳的去除时间为4.5 h，考虑到本系统主要研究脱氮除磷[5]，所以确定最佳好氧时间为4 h。

5 结论

在SBR脱氮除磷运行模式优化研究中得到以下结论。

(1)在污泥的驯化培养阶段，污泥的颜色由最初的黑色逐渐变成土黄色，氨氮、COD、总磷的去除率由最初的78.89%、60.50%、81.16%变成77.26%、86.13%、88.62%。

(2)考察污泥浓度对COD、氨氮、总磷去除效果的研究过程中，可能曝气量过大、引入抑制微生物生长因子，导致污泥浓度没有增加反而下降，影响了实验的判断，但是理论上污泥浓度越大，去除效果越好。

(3)考察厌氧阶段厌氧时间对COD、氨氮、总磷去除效果的影响，通过运行几个周期，不断地采取水样进行监测，确定最佳厌氧时间为3.5 h，此时聚磷菌释放磷最大；在厌氧时间确定的基础条件下，进一步探讨好氧时间对于评价指标的影响，结合运营成本的考虑，确定最佳的好氧时间为4.5 h。确定最佳的运行模式为：间歇进水-厌氧(3.5 h)-好氧(4.5 h)-静沉(0.5 h)-间歇排水。

[1]王亚宜,彭永臻,殷芳芳，等. 双污泥SBR工艺反硝化除磷脱氮特性及影响因素[J]. 环境科学,2008(6):1526～1532.

[2]胡晓莲,王西峰,杨民.改良式两段内循环厌氧反应器处理养猪废水[J].中国给水排水,2010(14):71～73，77.

[3]刘 浩,杨云龙. 硅藻精土强化SBR工艺处理城市污水试验研究[J]. 工业用水与废水,2012(2):46～49.

[4]李开銮,张燕秋,黄 曦.多级缺氧·厌氧·好氧交替SBR脱氮除磷系统运行的研究[J].安徽农业科学,2011(5):2843～2844，2854.

[5]杜冬云，莫樨唯，蔡 舰，等.一种从酒厂废水UASB出水中回收氮磷的新方法[J].中南民族大学学报(自然科学版)，2016(3)：1～5.