SBR法处理豆制品废水工艺研究

陈大祥，左金龙，杨鑫国，王笑悦，穆德颖

(1. 哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨150076；2. 哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076)

SBR法处理豆制品废水工艺研究

陈大祥1，左金龙1，杨鑫国1，王笑悦1，穆德颖2

(1. 哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨150076；2. 哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076)

采用SBR法处理模拟豆制品废水，考察低溶解氧条件下反应时间对SBR反应系统效果的影响.实验结果表明,进水COD为350～450 mg/L时，对废水中的 COD 、NH4+—N、NO2-—N、NO3-—N有较好的去除能力.当曝气3 h左右后NO2—N积累达到最大值，此时停止曝气可以有效的节约曝气量和曝气时间，从而达到节约电能.减少运行成本.

豆制品废水；序批式活性污泥法(SBR)；亚硝酸盐氮；节能

豆制品是以大豆、绿豆、蚕豆、小豆等豆类为主要原料经加工而成的营养食品.豆制品可分为两大类：一类是非发酵豆制品，如豆腐、豆腐干；另一类是发酵豆制品，如豆腐乳、臭豆腐[1].豆制品的生产过程中伴随着高浓度的有机物(糖、蛋白质、氨基酸、糖、淀粉等)的产生，不但含有害物质、易腐败、易降解，而且废水呈弱酸性.产生的废水直接外排不仅对环境污染十分严重，而且对人们的生活环境也会带来很大的影响.

豆制品营养丰富，营养价值高.含有大量的蛋白质和氨基酸，具有很好的保健功能，可以提高人体免疫力、预防骨质疏松等.豆制品口味众多做法多样越来越多的人将其当作日常零食和烹饪食物，对其爱不释手.因此，人们豆制品需求越来越大.产生的豆制品废水也越来越多，这使得加强和改进豆制品废水的处理工艺迫在眉睫[2-6].目前国内外处理豆制品废水主要采用的生物处理法有A2O、UASB、接触氧化法、生物转盘等工艺[7-12].但是这些处理豆制品废水的方法大多设备造价昂贵，安装技术要求高，管理复杂，占地面积广等缺点，采用SBR法处理豆制品废水具有工艺流程简单、处理污水能力强、占地面积少、运行方式灵活、便于自动化等优点，是一种较为经济实用的污水处理工艺[13-14].

1 材料与方法

1.1 实验原水来源和原水数据

实验废水来自哈尔滨某豆制品加车间，具体原水数据如表1所示.

表1 原水数据(mg·L-1)

1.2 实验装置与方法

1.2.1 实验装置

本试验采用的装置为独立的SBR反应器，试验装置由有机玻璃加工而成.如图1所示，反应器上部为圆柱型(有刻度)，下部为圆锥体(有曝气头)，立于铁架上.高500 mm，直径200 mm，总有效容积12 L，排水体积8 L，充水比0.75.在反应器圆柱体壁的竖直方向设有5个间隔10 mm的取样口，采用球阀控制取样和排水.底部设有放空管，采用闸阀控制放空和排泥.以曝气头作为微孔曝气器，由转子流量计调节曝气量.

具体实验装置如图1所示.

图1 实验装置1—DO测定仪；2—pH测定仪；3—搅拌桨；4—转速调节器；5—DO探头；6—pH探头；7—转子流量计；8—曝气头；9—放空阀；10—取样口

1.2.2 分析检测项目和检测方法

本实验主要对COD、NH4+—N、NO2-—N、NO3-—N进行分析检测.检测方法如表2所示.

表2 监测项目和检测方法

1.2.3 实验运行条件

本实验采用先厌氧搅拌，再控制低溶解氧曝气充氧的运行方式，首先进行污泥的培养驯化，一共运行60 d.污泥培养驯化期间，每天两个周期，每个周期6 h.每个周期包括：进水、缺氧搅拌、好氧曝气、静止沉淀、排水和闲置待机(不同工况下各个阶段时间不同)六个阶段.一个周期运行时间分为：瞬时进水0.5 h、缺氧搅拌0.5 h、好氧曝气3 h、沉淀1 h、排水0.5 h，闲置0.5 h.系统正式运行期间，每天一个周期，周期运行时间8 h，周期瞬时进水0.5 h、缺氧搅拌0.5 h、好氧曝气3.5 h、沉淀2.5 h、排水0.5 h，闲置0.5 h.周期结束后排放一定体积的泥水混合液使反应器里污泥的污泥龄在10～15 d，SV控制在30%左右，SVI控制在100 mL/g左右，MLSS控制在3 000 mg/L左右.

1.2.4 参数控制

厌氧反应器内的温度控制在(20±1) ℃，曝气量为0.5 m3/h，搅拌速率为130 r/min,反应器内的pH值控制在6～9范围内.

2 结果与讨论

实验针对SBR法处理豆制品废水在低溶解氧条件下，分析COD质量浓度、NH4+—N、NO2-—N及NO3-—N四个指标在一个运行周期内的变化情况以及短程硝化过程中NO2-—N积累最大值时刻的节能情况.

2.1 反应时间对反应器运行效果的影响

2.1.1 反应时间对COD去除效果的影响

如图2所示，原水进水后，反应器中的COD质量浓度迅速下降，主要是由于反应器中稀释作用的原因，高COD质量浓度的原水进入低COD质量浓度的反应器中瞬间被稀释.由图2可见COD在整个搅拌和曝气反应过程一直呈下降的趋势，厌氧搅拌过程中COD的去除速率缓慢，曝气开始后COD去除速率迅速下降，曝气时间达到3 h之后下降变又开始得平缓.搅拌30 min后COD去除率很低, 只有11.63%左右，曝气1 h时，COD去除率可达到55.26%左右，曝气2 h COD的去除率为76.58 %左右，曝气3 h去除率为85%～90%，从COD的去除率可以看出曝气在3 h左右COD去除率最高且去除效果非常明显.

图2 反应时间对COD去除效果的影响

2.1.2 反应时间对反应器系统内NH4+—N、NO2-—N及NO3-—N去除效果的影响

如图3所示，在厌氧搅拌反应阶段氨氮缓慢下降，而NO2-—N和NO3-—N都迅速下降到几乎为零.这是因为厌氧阶段是反硝化细菌将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气释放的过程.曝气开始后氨氮迅速下降，氨氮在硝化细菌的作用下转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮.随着反应时间的推进硝酸盐氮出现微小波动，而亚硝酸盐氮逐渐增加，曝气3 h左右后亚硝酸盐氮不在增加.

图3 反应时间对氨氮、NO2-—N、NO3—N去除效果的影响

2.1.3 NO2-—N在反应过程中积累状况

如图4所示，不同有机负荷进水在SBR反应系统中的变化趋势是相近的，而且是在曝气时间为3 h左右时候，NO2-—N积累达到最大值.硝化反应是在硝化细菌作用下将氨氮先转化为亚硝酸盐，再由亚硝酸盐转化为硝酸盐.实验我们把曝气控制在亚硝酸阶段将大大节约曝气量以及曝气时间，从而达到节省电能的目的.

图4 不同有机负荷随反应时间NO2-—N积累效果

2.2 节能状况

如图5所示，在不同溶解氧条件下，曝气节约量随着DO值的增加先增大再减小，DO值在1.6～2.2 mg/L范围内节约百分比达到18%～28%.说明在亚硝酸盐氮积累过程中保证DO值在1.6～2.2 mg/L以内可以有效的节省曝气量，从而节约电能.

图5 不同DO条件下节约曝气量

3 结 论

1)在低溶解氧条件下，COD的去除效率随着反应时间逐渐增加，曝气反应3 h左右后去除率达到85%～90%.

2)低溶解氧条件下，随着反应时间的增加氨氮逐渐降解.亚硝酸盐氮随着曝气时间缓慢积累，在曝气3 h左右积累达到最大.硝酸盐氮随着曝气时间增加微小波动最后几乎消失.

3)低溶解氧条件下，在DO值为1.6～2.2 mg/L曝气3 h左右亚硝酸盐氮积累量达到最大，当曝气控制在亚硝酸盐氮阶段，可以有效的减少曝气时间，从而节约电能.

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Study on treatment of soybean wastewater by SBR process

CHEN Da-xing1, ZUO Jin-long1, YANG Xing-guo1, WANG Xiao-yue1, MU De-ying2

(1. Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin 150076,china; 2. School of Food Engineering, Harbin Unisersity of Commerce, Harbin 150076, china)

The bean products wastewater treatment process has been studied by SBR. The influence of reaction time under low dissolved oxygen on SBR system was studied. The experimental results indicated that under the condition of influent COD was 330～460 mg/L, the reactor has a good degeneration ability on COD, NH4+—N,NO2-—N,NO3-—N. And NO2-—N accumulation reached a maximum after aeration 3 h. The aeration and time could be saved effectively when the aeration was stopped, and the power and costs were saved.

bean products wastewater; low dissolved oxygen; COD; removal effect; NO2-—N; saving power

2016-06-24

陈大祥(1990-)，男，硕士，研究方向：水处理技术与工艺.

X703

A

1672-0946(2017)02-0159-04