曝气变化对SBR反应器去除污水COD效率的影响

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(1.东北林业大学 林学院，黑龙江 150040；2.浙江金环宝生物技术有限公司，浙江 湖州 313399；3.杭州电子科技大学，浙江 杭州 310018)

1 引言

水污染现象严重是我国面临的重要的环境问题之一。我国排放的污水主要为工业污水，工业污水排放量可达到总污水排放量的70%以上，而大部分的工业污水为高浓度有机污水，其COD的含量一般在2000 mg·L-1以上[1]。COD是判断处理后污水能否达标排放的重要指标之一，COD越高，表示污水的有机物污染现象越严重，如果污水中的COD没有得到有效处理或未经处理排入水体，污染物会被水体底部的污泥吸附而沉积，对水生植物和动物造成不同程度的毒害作用，人类若食用此类有毒的植物或动物会导致慢性中毒等疾病[2]。因此，高浓度有机污水的有效处理对人类身体健康尤为重要。

高浓度有机污水处理难度高，对工艺的要求较为严格，一直是国内外环保研究领域的难题之一，有些工厂在原有污水处理流程的基础上增加预处理阶段或中间处理阶段来提高COD的去除效果。SBR是序批式活性污泥法的简称，该工艺具有工艺简单和耐冲击负荷高的特点，但目前国内对SBR参与高浓度有机污水处理的研究相对较少[3]。因此采用SBR反应器处理模拟高浓度有机污水，探究不同曝气时间和曝气量对SBR反应器的COD去除效果的影响，为我国高浓度有机污水的有效处理提供有价值的参考。

2 实验材料与方法

2.1 原水水质与接种污泥

该实验采用红糖配置高浓度有机污水，经实验测得，不同浓度的红糖溶液对应的COD含量详见表1。为使实验中模拟污水的COD维持在2500 mg·L-1左右，确定该实验模拟污水的红糖浓度为4.46 g·L-1。模拟污水中其他微量元素浓度详见表2[4]。摸拟污水的氨氮浓度为(120±10)mg·L-1，模拟污水中的总磷浓度为(30±5)mg·L-1。同时加入适量的NaHCO3溶液，使模拟污水的pH维持在6～8之间[5]。

表1 不同浓度的红糖溶液对应的COD含量

表2 模拟生活污水中其他微量元素

活性污泥取自七格污水处理厂，取回的污泥盛放至广口容器，通过持续曝气的方法对污泥进行驯化，驯化时间为两个星期左右，当污泥呈现黄褐色时表示驯化完成[5]，接种污泥MLSS为4g·L-1。实验启动前对反应器进行清理以确保实验的准确性。清理结束后取驯化好的污泥180 g，将配置好的模拟污水和污泥定容至90 L并倒入进水箱中，同时设定系统的进水流量为3 L·min-1。

2.2 实验装置和方法

SBR反应器的构成以及运行流程详见图1。该装置在原本SBR反应器的基础上安装了五个仪表，用于人工设定各阶段的运行时间，使整个系统的控制更为简捷，并能够有效节省人力和时间[7]。该反应器的有效容积为90 L。反应器在启动后持续进水，当实际水位达到感应位置后系统会自动停止进水。进水结束后进入曝气阶段，曝气可以使污泥和氧气充分的接触，同时利用搅拌器对混合液进行搅拌，使曝气阶段发生的反应更加充分。曝气停止后，反应器进入沉淀阶段，通过静止使污泥和污水进行分离，静止时间设为30min。沉淀后利用滗水器将上清液排出，反应器出水流量设为100 mL·s-1。出水完成后系统进入闲置阶段，开启搅拌器，对污泥进行搅拌，使污泥中微生物的活性得到恢复，闲置时间设定为25min。

实验分两次进行，第一次实验分为十组，采用对比实验的方式来探究曝气时间对污水中COD去除效果的影响；第二次实验分为五组，在第一次实验的基础上探究曝气量对污水中COD去除效果的影响。两次实验的沉淀时间均设定为30 min，出水流量设为100 mL·s-1，第一组实验设定曝气量为5.5 L·min-1，曝气时间分别设为8 h和10 h。并对处理后的污水中COD进行检测。第二次实验将曝气量调整为10 L·min-1，曝气时间调整为10 h，其他参数与第一组实验相同，实验结束后对出水COD以及COD的平均去除率进行检测和计算，并对最后的结果进行整理分析。

图1 SBR反应器构成及运行流程图

2.3 分析项目与方法

实验中COD采用快速密闭催化消解法测定；pH采用玻璃电极法进行测定；氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定；总磷采用钼酸盐分光光度法测定。曝气量采用LZB-6WB玻璃转子流量计测量。

3 结果与讨论

3.1 曝气时间对SBR反应器效果影响

曝气阶段是影响SBR反应器处理效果的重要阶段，本次实验取曝气量为5.5 L·min-1，曝气时间分别设定为8 h和10 h，每个曝气时间做5组实验，共10组实验，每组实验取3个样本。曝气结束后对水样中的COD进行检测，实验结果详见表2。当曝气时间为8 h时，出水COD的平均值为706.2 mg·L-1。当曝气时间为10 h时，出水COD的平均值为675 mg·L-1，COD处理效果优于曝气时间为8 h的COD处理效果。不同曝气时间下的COD平均去除率详见图2，曝气时间为8h时，COD平均去除率为69.4%，曝气时间为10 h时，COD的平均去除率为71%。在曝气量相同的情况下，曝气时间越长，COD去除效果越好。这是因为当曝气时间增加，延长了污泥在好氧状态的时间，为污泥去除有机物提供了充足的时间，使COD去除更加充分，而相对较短的曝气时间不能为污泥提供充足的作用时间，所以曝气时间为8 h的COD去除率要低于曝气时间为10 h的COD去除率[8]。杨红薇[9]等研究SBR法处理高盐肝素废水的实验结果表明，当进水pH为7.5、反应温度在26～29℃时，控制曝气时间在10 h，COD的去除率能稳定在85%以上，当曝气时间大于10 h时，COD的去除率会随着曝气时间的增加而下降，这是因为污水中的剩余有机物很难降解，部分微生物因缺乏营养物质和曝气过量而进行内源呼吸，从而使出水水质变差，COD的去除率变低。

表3 不同曝气时间的出水和进水COD

图2 不同曝气时间的COD平均去除率

3.2 曝气量对SBR反应器效果影响

第二次实验主要探究不同的曝气量对SBR反应器处理COD效果的影响，实验共5组，每组实验取3个样品，曝气量设定为10 L·min-1，曝气时间设为10 h，实验结果详见表4。第二次实验的COD平均去除率与第一次实验中曝气时间为10 h，曝气量为5.5 L·min-1的COD平均去除率详见图3。当曝气量升为10 L·min-1时，出水COD的平均值为484.6 mg·L-1，COD的平均去除率为78.5%，明显高于曝气时间为10 h时的COD平均去除率71%。这可能是因为污泥在曝气阶段具有较强的吸附能力，但曝气会冲刷污泥表层存在的COD，导致COD去除率会有显著的升高，当曝气量增加，冲刷作用也随之增强，所以导致曝气量为10 L·min-1的COD去除效果更好。也可能是因为在相同的曝气时间内，曝气量越大，污泥和污水的混合越充分，微生物和有机物的接触也越充分，从而导致在相同的曝气时间内，曝气量越大，COD的去除效果也就越明显[10]。

表4 曝气量为10L·min-1的进水和出水COD

图3 不同曝气量的COD平均去除率对比图

4 总结

(1) 当曝气量均为5.5 L·min-1时，曝气时间为8 h的COD平均去除率为69.4%，曝气量为10 h的COD平均去除率为71%。表明在曝气时间小于10 h时，曝气时间越长，COD处理效果越好。

(2) 当曝气时间均为10 h时，曝气量为10 L·min-1的COD 平均去除率为78.5%。表明当曝气时间相同的情况下，曝气量越大，COD的去除效果越好。

(3)SBR反应器具有良好的COD去除效果，可以根据实际情况，通过改变曝气时间和曝气量等参数，提高COD的去除率。可应用于高浓度有机污水处理中的预处理阶段或中间处理阶段，有利于我国高浓度有机污水的达标排放。