摘要 在采用SBR工藝處理煤化工工業(yè)廢水時(shí)，通過(guò)考察研究廢水的不同投加方式，跟蹤分析了COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO、堿度及碳源消耗。通過(guò)對(duì)比確定了廢水的投加方式達(dá)到了節(jié)約堿度、碳源消耗的目的，大大降低了運(yùn)行成本。

　　關(guān)鍵詞 SBR;煤化工工藝廢水;堿度;碳源

　　SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)是序批間歇式活性污泥法污水處理工藝的簡(jiǎn)稱，是一種按照時(shí)間順序改變活性污泥生長(zhǎng)環(huán)境的污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法，是一種比較成熟的污水處理工藝。它的主要特征是在時(shí)間上的有序和空間上的無(wú)序，各階段的運(yùn)行工況可以根據(jù)具體的污水性質(zhì)和出水功能要求等靈活變化。SBR工藝一個(gè)運(yùn)行周期中進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置5個(gè)基本工序都在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌的反應(yīng)器內(nèi)依次完成的。進(jìn)水時(shí)間、曝氣方式、攪拌時(shí)間可以根據(jù)具體的進(jìn)水水質(zhì)、污泥狀況靈活改變。

　　筆者通過(guò)試驗(yàn)研究了在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)分別采用不同的進(jìn)水方式下PH、COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、DO的變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)比確定了廢水的投加方式，達(dá)到了節(jié)約堿度消耗、減少外加碳源，降低處理成本的目的。

　　1 試驗(yàn)部分

　　1.1 廢水的來(lái)源與水質(zhì)

　　某煤化工工業(yè)，以煤為原料采用魯奇氣化工藝將煤加壓氣化為煤氣，供企業(yè)和居民使用。在煤氣洗滌過(guò)程中產(chǎn)生大量污水。污水水質(zhì)見(jiàn)表1：

　　1.2 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)裝置由一組四個(gè)尺寸相同的SBR反應(yīng)器組成，反應(yīng)器為長(zhǎng)55.5米、寬14米、有效水深5.6米。在反應(yīng)器內(nèi)裝有微孔曝氣器及潛水推流攪拌器;采用鼓風(fēng)機(jī)曝氣，離心泵進(jìn)水，潷水器出水，進(jìn)水由電磁流量計(jì)計(jì)量，整個(gè)系統(tǒng)由一套PLC自動(dòng)程序控制裝置操作運(yùn)行。每一工作階段，如進(jìn)水、缺氧攪拌、曝氣、沉淀和排水等工藝參數(shù)可根據(jù)需要設(shè)定。

　　1.3 分析項(xiàng)目及方法

　　進(jìn)水和出水水樣的分析項(xiàng)目及分析方法見(jiàn)表2。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

　　2.1 沖擊性進(jìn)水非限制性曝氣方式

　　一次性快速向SBR反應(yīng)池中加入200 m3原污水，好氧曝氣去除有機(jī)物并進(jìn)行硝化反應(yīng)，硝化完成后投加甲醇進(jìn)行反硝化，跟蹤分析一個(gè)周期內(nèi)水中殘余COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見(jiàn)圖1。

　　圖1

　　由圖1可以看出：

　　1)Do的變化規(guī)律：在進(jìn)水階段，因去除有機(jī)物的反應(yīng)，異養(yǎng)菌的耗氧速率大于供氧速率，因此DO呈下降趨勢(shì)。當(dāng)COD接近其難去除濃度時(shí)，異養(yǎng)菌的耗氧速率迅速降低，供氧遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于異養(yǎng)菌的耗氧速率，因此DO急劇上升，隨著COD的降低及DO濃度的升高，異養(yǎng)菌因缺少底物而失去競(jìng)爭(zhēng)力，系統(tǒng)內(nèi)的硝化菌開(kāi)始大量的進(jìn)行新陳代謝。在氨氮去除的過(guò)程中，雖然自養(yǎng)菌的耗氧速率較大，由于曝氣量比較充分，因此硝化反應(yīng)過(guò)程中DO不斷上升，到硝化反應(yīng)后期，氨氮濃度大大降低，耗氧速率大大減小，DO上升到較高的濃度。在反硝化階段DO為零。

　　2)PH的變化規(guī)律：在反應(yīng)初期，PH不斷下降。這是因?yàn)槿コ袡C(jī)物過(guò)程中，異養(yǎng)菌對(duì)有機(jī)底物進(jìn)行分解代謝產(chǎn)生大量CO2，CO2溶解在水中導(dǎo)致PH下降，及硝化反應(yīng)過(guò)程消耗一定的堿度導(dǎo)致PH下降速度較大，達(dá)5.32，在厭氧階段PH會(huì)迅速上升，這是由于反硝化菌進(jìn)行反硝化過(guò)程中產(chǎn)生部分堿度。反應(yīng)式如下：

　　有機(jī)物去除過(guò)程：

　　C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O

　　硝化反應(yīng)：

　　步：2NH3 + 3O2 亞硝化菌 2NO2- +2H+ +2H2O

　　第二步：2NO2- + O2 硝化菌 2NO3-

　　總反應(yīng)：NH3 + 2O2 NO3- + H+ + H2O

　　反硝化反應(yīng)：以甲醇為電子供體：

　　步：3NO3- + CH3OH 反硝化菌 3NO2- + 2H2O + CO2

　　第二步：2H+ + 2NO2- + CH3OH 反硝化菌 N2 + 3H2O + CO2

　　總反應(yīng)：6H+ + 6NO3- + 5CH3OH 3N2 + 13H2O + 5CO2

　　3)加堿消耗：由于PH對(duì)硝化細(xì)菌影響較大，在PH中性或微堿性環(huán)境下其生物活性，硝化過(guò)程迅速。當(dāng)酸性環(huán)境中，當(dāng)PH<7.0時(shí)硝化作用速度減慢，PH<5.0時(shí)硝化作用速率顯著減慢，為此在反應(yīng)初期COD去除過(guò)程及硝化反應(yīng)過(guò)程PH降低較快過(guò)程中需要補(bǔ)充堿度維持硝化菌所需的PH的環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充堿度440 Kg(CaCO3)。

　　4)投加碳源的消耗：為了達(dá)到較好的反硝化效果，本實(shí)驗(yàn)中投加了甲醇178 kg。

　　2.2 連續(xù)進(jìn)水限制曝氣方式下

　　小流量在曝氣時(shí)間段連續(xù)向SBR反應(yīng)池中加入200 m3原污水，好氧曝氣去除有機(jī)物并進(jìn)行硝化反應(yīng)，硝化完成后投加甲醇進(jìn)行反硝化，跟蹤分析一個(gè)周期內(nèi)水中殘余NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見(jiàn)圖2。

　　圖2

　　從圖2可以看出：

　　1)在好氧條件下，連續(xù)進(jìn)水3小時(shí)內(nèi)氨氮濃度并未隨著進(jìn)水量的增加而同等比例的增大，而是緩慢的增加，也并未發(fā)現(xiàn)NO3--N和NO2--N濃度大幅度增加現(xiàn)象，說(shuō)明在這一階段既發(fā)生了好氧硝化，也發(fā)生了好氧反硝化(即同步硝化反硝化)。

　　2)溶解氧濃度直接影響到SBR工藝的硝化反硝化程度，首先，溶解氧濃度應(yīng)滿足碳有機(jī)物的氧化以及硝化反應(yīng)的需要;其次，溶解氧濃度又不宜過(guò)高，以保證SBR工藝中的缺氧厭氧微環(huán)境的形成，同時(shí)使系統(tǒng)中碳有機(jī)物不至于降解過(guò)快而影響反硝化碳源。在實(shí)驗(yàn)中溶解氧濃度控制在2 mg/L-4 mg/L時(shí)其同步硝化反硝化現(xiàn)象明顯。本實(shí)驗(yàn)消耗甲醇明顯減少，僅為沖擊進(jìn)水的41%。 　　3)在反應(yīng)初期，微生物對(duì)有機(jī)物和含氮化合物的降解，引起水中的pH值下降速度較快，隨著氨氮經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮進(jìn)入反硝化階段，由于反硝化不斷產(chǎn)生堿度，pH值下降過(guò)程變慢，然后快速上升。從而大大降低了堿度的消耗，本實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充堿度230 Kg(CaCO3)。

　　2.3 二次等量連續(xù)進(jìn)水限制曝氣方式下的結(jié)果

　　次向SBR反應(yīng)器內(nèi)加入污水進(jìn)行曝氣去除有機(jī)物及氨氮，硝化完成后再加等量污水作為后續(xù)反硝化所需的碳源，反硝化完成后再進(jìn)行曝氣，使后加污水中氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，然后停氣啟動(dòng)攪拌投加甲醇進(jìn)行反硝化，結(jié)果反應(yīng)完成時(shí)間比一次進(jìn)水縮短了10%，增加甲醇量為沖擊進(jìn)水的23%。

　　2.4 二次不等量連續(xù)進(jìn)水限制曝氣方式下的結(jié)果

　　進(jìn)水與曝氣、停氣攪拌時(shí)間同2.3，不同的是兩次進(jìn)水量不等。次與第二次進(jìn)水量比為3：2，結(jié)果添加甲醇量?jī)H為沖擊進(jìn)水的12%。

　　從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，原污水中碳源充足的情況下，連續(xù)小流量進(jìn)水比沖擊性進(jìn)水消耗的碳源及堿度要少。在保證原污水中有機(jī)物碳源充足的情況下進(jìn)水次數(shù)越多，進(jìn)水比例越大需投加的碳源(甲醇)越少，因此可以在測(cè)得廢水的碳氮比后通過(guò)調(diào)整進(jìn)水次數(shù)及比例，從而充分利用污水中原有碳源減少甚至取消外加碳源，運(yùn)行成本大大降低。

　　3 結(jié)論

　　1)通過(guò)進(jìn)水方式的改變跟蹤分析一個(gè)周期內(nèi)水中殘余COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況，得出不同進(jìn)水方式的PH、DO的變化規(guī)律。

　　2)小流量連續(xù)進(jìn)水，控制DO2-3mg/l，可以實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化，大大節(jié)約碳源及堿度的消耗。

　　3)在測(cè)得廢水的碳氮比后通過(guò)調(diào)整進(jìn)水次數(shù)及比例，從而充分利用污水中原有碳源減少甚至取消外加碳源，運(yùn)行成本大大降低。

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　　作者簡(jiǎn)介

　　田楠(1970―)，女，學(xué)士，高級(jí)工程師，河南臺(tái)前人，畢業(yè)于河南師范大學(xué)化學(xué)系環(huán)保專業(yè)，研究方向：水處理的運(yùn)行管理及控制。

　　崔鳳霞(1971―)，女，學(xué)士，高級(jí)工程師。

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