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食品廢水處理中兩段SBR法的應用

發布時間:2009-11-25 11:06:19  中國污水處理工程網

食品行業是我國發酵的主要行業之一,2002年我國食品的生產量已超過100萬 ,隨著食品生產的不斷發展,其廢水排放量在不斷增加,污染周圍環境,損壞企業形象,因此尋找經濟、高效的食品廢水治理方法,對保護環境、食品企業的可持續發展都有重要的意義。本試驗采用兩段SBR工藝對含COD和NW-N較高的食品廢水進行處理, 有效結合SBR反應器靈活便捷的特點和短程硝化反硝化的新型脫技術,提高了反應效率,節約了能耗。

1試驗方法

1.1 試驗裝置

兩段SBR工藝系統由2套相同的SBR反應器串聯而成,該SBR反應器均為圓柱形,內徑為550mm,高為800mm,總有效容積為160L。一段反應器(SBR1)主要去除大部分有機物;二段反應器(SBR2)控制硝化反應至亞硝化階段再反硝化,試驗裝置見圖1。

1.2 試驗水質

試驗用水取自廣州某大型食品廠調節池廢水,主要來源于發酵車間、糖化車間、精煉車間經過預處理后的低濃度廢水以及生產觸口水。具體水質如表1所示。

1.3 水質分析方法

2 實驗結果及討論

2.1兩段SBR工藝影響因素分析

2.1.1 污泥的硝化和啟動

試驗污泥均采用廣州某大型食品廠曝氣池污泥,活性較強,污泥沉降性能良好。SBR2的啟動采用不設固定的水力停留時間(HRT)的方法,根據原水氨氨濃度的變化與DH值具有很好的相關性[1],在線檢測pH值來控制反應時間,實現亞硝化反應。經過半個月時間,亞硝化率達90% 以上,成功實現短程硝化,見圖2。

2.1 2溶解氧對處理效果的影響

(1)SBRI反應器中DO對有機物去除率的影響在初始混合液COD 濃度為1O00mg/L左右時,控制不同的曝氣量使反應過程中DO 的平均值分別為0.5,1.0,1.5,2.Omg/L左右,MLSS為5.0~5.5g/L,混合液pH值為8.5,曝氣3h,DO與COD 的去除關系見圖3。

由圖可知,SBR溶解氧平均控制在1.0~1.5mg/L左右時,COD。 的去除率較高,經過3h反應出水為560mg/L,反應器中45% 的有機物得到了去除,反應中未檢測出NO-,較高的有機含量和低溶解氧抑制了硝化反應的發生。DO>2mg/L,容易發生硝化反應,COD 去除率降低,說明再增加溶解氧在較短的時間內并不能有效地提高去除率,而且以完全好氧方式,亦增加能耗和運行費用。當DO<O.5mg/L時,由于DO不足,抑制了細菌正常的代謝活動此時微生物不甚活躍,出水混濁。

所以DO控制在1.0~1.5mg/L左右,對反應最為有利,由于食品廢水屬于發酵廢水,有機物含量高,分析認為,SBRI在一段反應器中存在著生物降解反應以外的生物吸附和絮凝作用,正是這種生物吸附、絮凝連同生物氧化作用,使有機物在短時間高負荷的情況下得到了較高的去除率。兩段SBR法的第一段與AB法中的A段有相似的機理和優勢。

(2)SBR2反應器中DO對反應速率的影響

增加曝氣量,使SBR2反應器內的溶解氧濃度逐漸提高,探討不同曝氣量下對硝化速率(MLSS對NH-N)的影響,為實際工程選擇最佳曝氣量提供理論依據,初始混合液的NH-N為40mg/L左右,MLSS在3500mg/L時試驗結果見表3。

由表3可看出,提高混合液溶解氧濃度,可加快硝化反應進程,反之,則硝化速率下降。硝化過程中平均DO<2mg/L,則DO成為硝化反應的限制因素,反應速率慢:DO>2mg/L時硝化反應速率明顯增快,當DO在2.5mg/L左右時,硝化速率最高,再增加DO濃度則對反應速率影響不大,也不經濟,而且溶解氧太高還會使亞硝酸鹽氧化,不利于亞硝酸鹽的積累。亞硝化菌換代周期長,增長慢。溶解氧過高,還會導致微生物的新陳代謝旺盛,活性污泥量減少,所以綜合考慮,DO 以2.5mg/I,為宜。

2.1 3 曝氣時間對處理效果的影響

SBRI主要利用微生物的吸附和絮凝來凈化水質, 而不是利用微生物的氧化分解,經過2h的曝氣后,廢水中大量膠體和懸浮物,被微生物吸附,易降解的有機物已被微生物氧化分解,COD 下降至最小,隨著曝氣時間的延長,吸附的有機固體物在生物酶作用下變成可溶性物質再向水中擴散,致使水中COD又有所回升,SBRI的最佳曝氣時間為2h。

2.1.4 pH值對處理效果的影響

將試驗進水的pH值用硫酸調至7.0左右,與進水為pH8.5~9.0值相比,SBRI出水COD。濃度略有降低,但差異不明
顯,說明在SBRI階段,pH值對于COD。 降解無明顯影響,異氧菌對環境條件的適應能力較強。但進水pH大于10時,微生物代謝速度受影響,出現污泥解體和上浮,所以pH值應小于10。將進水pH值維持在8.5~9.0之間,對SBRI反應速度及去除率影響不大,又保證了SBR2反應器處于堿性狀態(8.0~8.5),符合亞硝酸型硝化的條件。

2.1.5 進水濃度(負荷)的影響

(1)進水CODcr去除效果的影響

在DO=1.0mg/L,污泥濃度在5000mg/L,分析初始混合溶液COD。 分別在700mg/n,900mg/L,1100mg/L三個水平下COD。 的降解效果,反應時間為2h,每隔0.5h取一次樣。

由圖4可知,在反應時間和曝氣條件相同的情況下,進水COD 濃度越高, 出水COD。 濃度越高。但隨著污泥負荷從1.05kg/(kg.d)增加到2.24kg/(kg·d), 污泥去除能力也由0.648kg/(kg·d)增加到1、425kg/(kg·d),即污泥負荷增加,單位重量活性污泥MLSS單位時間內降解的COD。 也增加,說明SBRI在高污泥負荷下活性污泥代謝能力強,對有機物有很好的凈化能力。出水沉淀后,經SBR2混合稀釋,初始COD。 在200~300mg/L,反應過程中COD 進一步緩慢下降。

(2)進水氨濃度對脫效果的影響

原水經SBRI反應, 一方面食品廢水中蛋白質等物質在反應中轉化為氨,使氨濃度有所上升,另一方面隨著COD。濃度下降,微生物同化作用分解利用部分營養物質使得氨濃度降低。所以總體上進水氨濃度與出水氨濃度幾乎沒有變化,出水未檢測到NO-,說明沒有硝化反應發生。SBR2反應器中,主要發生硝化反應,生物硝化為低污泥負荷工藝,研究認為閱,只有BOD <20mg/L時硝化反應才能完成。而本系統中有機負荷較低,COD。 污泥負荷只有0 314kg/(kg·d),避免了高有機負荷下異氧菌的大量繁殖,使硝化進行很充分。

對于SBR2反應階段,從圖5中氨氨和亞硝態氨濃度隨時間變化可看出,提高氨濃度時,要達到較高的氨去除率必須延長硝化時間,同時亞硝態的增加也使反硝化時間增加。反應結束,出水氨濃度基本在5.5mg/L以下,說明在此進水濃度下,氨保持了很好的去除率。

研究認為氨氨濃度過低,體系中游離氨的濃度也低,不利于亞硝化菌的積累,所以,從這方面來說,亞硝化反應更適合高氨廢水的處理。但另一方面,氨濃度高,則反硝化需要碳源多,反應時間長,如果在反硝化時投加有機物,能大大加快反硝化的速率和縮短反應時間,但增加了成本,所以應控制一定的氨負荷,保證一定的脫效果。趙慶良等團在對比亞硝酸型生物脫與硝酸型生物脫處理焦化廢水的試驗表明,在COD。 N值為2的條件下,亞硝酸型硝化和反硝化比正常的硝酸型硝化總去除率提高13% ,本試驗中總的去除率達80%以上,可見亞硝酸型硝化需要的碳源較少。為保證內源呼吸溶出足夠的有機物作為碳源和能源,污泥濃度要大于3.0g/L:在本試驗中,SBR2污泥濃度維持在3.5g/L左右。

2.2 兩段SBR系統連續運行情況的分析和探討

2.2.1 兩段SBR 工藝對COD的處理效果

由圖6可知,當進水COD 濃度在1000~2000mg/L間變動時,SBRI能大幅度的降低COD。 的值, 使出水在500~600mg/L,SBR2使CQD。 值進一步降低, 出水在100mg/L左右,兩段SBR耐沖擊負荷能力強,保持相對均勻穩定的出水。

2.2.2 兩段SBR工藝對氨的處理效果

SBRI對氨去除作用不大,有一定調節作用,出水一般較為穩定,在100~120mg/L波動。SBR2中短程硝化反硝化狀態穩定, 氨出水在2~5mg/L,亞硝濃度在5~15mg/L,總去除率達80% 以上,較大的氨負荷沖擊對出水濃度影響不大,但TN去除率會有所下降。

2.2.3 溫度的影響

本試驗在9~12月進行,受天氣影響,水溫也隨季節逐漸降低,異氧菌對溫度條件不太敏感,對溫度的影響不明顯。而硝化菌對各溫度下硝化反應速率影響較大。溫度在25~30℃ ,硝化速率較高,在0.030mg/(g·min)以上,當溫度下降到25℃ 以下時,則反應速率明顯變慢,當溫度上升到30℃ 以上時,硝化速率又明顯加快。
HyungseokYoo等人的研究結果表明,亞硝化反應的最佳溫度應控制在22~27℃ ,至少不能低于15℃ ,該溫度范圍內亞硝化細菌的活性最強,在15℃ 以下硝化細菌的活性最強。Balmelle等也認為亞硝化反應的最佳溫度為25℃ ,這與HyungseokYoo等人的研究結果一致,但卻與Ford的結果不同,他們認為最佳溫度是3O一36℃。

本試驗認為溫度大于25℃ ,能保證較高的亞硝化速率,廣州食品廠廢水水溫在25cC以上,夏季高達36。C,應用短程硝化反硝化非常適宜,節約了能耗,加快了反應速率。

3 結論

(1)采用兩段SBR法處理食品廢水可成功實現短程硝化反應,亞硝酸鹽積累率達9O%。

(2)分析了各反應因素對系統影響,結果表明,SBRI的最佳條件為:DO濃度為1.O~1.5mg/L,進水pH值為9 O~8.5;SBR2的最佳條件為:DO濃度為2.5mg/L,進水DH值為8l2~8.5,溫度大于25oc。

(3)進水COD。 濃度對反應影響不大,而氨氨濃度增加使SBR2硝化反硝化時間增加。SBR2在低有機負荷下運行,提高了硝化速率。

(4)運行結果表明:進水COD 為1000~2000mg/L,NH3一N為9O~120mg/L的情況下,出水COD ,為1OOmg/L左右,NH3一N在5mg/L以下,TN去除率達80%以上;具_到國家GB8978~1996一級標準。

參考文獻

[1]高大文,彭永臻,鄭慶柱SBR工藝中短程硝化反硝化的過程控制.中國給水排水,2002,18(11):13—18.
[2]鄭興燦,李亞新.污水除磷脫技術.北京:中國建筑工業出版社,1997.45~55.
[3]趙慶良,李偉光.特種廢水處理技術.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2004 71—74
[4]Hyungseok Yoo Nitrogen removal from synthetic wastewate r bysimultaneous作者: 許毅

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