SBR工艺处理奶牛养殖废水试验研究王凡

建筑与预算CONSTRUCTIONANDBUDGET2016年第6期DOI:10.13993/j.cnki.jzyys.2016.06.012中图分类号：X713文献标志码：B文章编号：1673-0402（2016）06-0043-05收稿日期：2016-02-25作者简介：王凡（1991-），男，硕士研究生，主要从事水污染控制方向研究。1概述随着人类生活水平的不断提高，对奶制品的需求量不断增加，奶牛饲养密度和饲养量也随之急剧增加。集约化养殖大大提高了生产效率和饲料转化率，降低了生产成本，增加了经济效益，但也造成了养殖场冲洗水排放量过大，粪尿污染严重，给生态环境带来了极大的压力，奶牛饲养及奶制品生产中的大量排泄物和废弃物，对人类及其它生物的自身生活环境的污染愈来愈重，畜牧养殖已成为环境保护不可忽视的污染源［1-2］。序批式活性污泥法（SequencingBatchReactor）是一种以间歇曝气方式运行的活性污泥污水处理技术，将污水处理构筑物从空间系列转化为时间系列，在同一构筑物内经历进水、反应、沉淀、排水、闲置等过程将污水净化［3-4］。SBR工艺近年来已日渐成熟，对COD、BOD5、氨氮均有较好的处理效果，该工艺实现了好氧和缺氧过程的有机结合，能够实现废水有机质的快速降解，同时不易发生污泥膨胀的现象，工艺自动化程度高，运行稳定，在污水处理领域得到了广泛的应用。SBR工艺处理废水，影响去除效果的主要因素包括曝气时间、运行周期及温度等因素，本试验就主要影响因素进行研究，找出SBR好氧处理的适宜工艺参数。本试验SBR反应器采用间歇进水，MLSS为5000~6000mg/L。试验装置如图1所示，为有机玻璃材质，反应器高1.5m，直径0.2m，有效容积38L。装置内装有曝气及搅拌装置，可以控制曝气量并确保装置内污泥反应均匀，SBR工艺间歇进水，间歇排水，定期排泥。①原水水箱②电磁阀③时控装置④搅拌器⑤搅拌器控制箱⑥取样孔⑦曝气装置⑧排泥口⑨出水口⑩出水水箱图1SBR试验装置图SBR工艺处理奶牛养殖废水试验研究王凡，魏炜（沈阳建筑大学，辽宁沈阳，110168）摘要：奶牛养殖废水是一种典型的高浓度有机废水，直接排放会造成严重的环境污染，废水中的大量有机质使得处理难度增大。本试验采用SBR工艺对奶牛养殖废水进行工艺运行参数试验研究，确定了最佳反应条件。结论如下：生物接触氧化工艺处理奶牛养殖废水，采用快速挂膜法经30d左右的运行，反应器启动成功。在进水pH值保持在6.5~7.5之间，溶解氧为3~5mg/L，生物接触氧化最佳水力停留时间为48h，最佳气水比为45:1~55:1时，运行温度在22℃以上时，生物接触氧化运行状态最好，COD、氨氮和总磷的去除率分别在90%、80%和50%以上。关键词：奶牛养殖废水；SBR；去除效果2016年第6期总第242期2试验2.1SBR反应器的启动2.1.1启动阶段SBR对COD的去除效果图2启动阶段COD浓度及去除率变化情况如图2所示，在启动初期，由于进水COD在200~500mg/L之间，COD去除率在60%以上，随着进水浓度的增加，去除率增加缓慢且呈现波动，这是因为进水浓度发生变化时，活性污泥受到一定程度影响的缘故，随着驯化时间的延长，活性污泥对水质变化适应能力增强，去除率逐渐增加，并逐渐趋于稳定，启动阶段结束时，COD去除率稳定在85%以上。2.1.2启动阶段SBR对氨氮的去除效果如图3所示，在启动初期，氨氮去除率较低，这是由于活性污泥尚未成熟，浓度较低，活性小；随着驯化时间的延长，同时进水氨氮含量提升幅度不大，氨氮去除率逐渐增加，在第9天时，去除率达到86.3%，之后随着氨氮浓度的增加，冲击负荷对污泥产生一定影响，导致去除率波动较大，随着时间的推移，活性污泥中的微生物适应了水质的变化，去除率逐渐增加并趋于稳定，第40天时达到最高98.2%，启动末期进水水质稳定，氨氮去除率也稳定在90%以上，装置启动完成。图3启动阶段氨氮浓度及去除率变化情况2.1.3启动阶段SBR对磷的去除效果图4启动阶段TP浓度及去除率变化情况由图4可以看出，SBR启动初期对TP的去除效率较低，在30%左右，第4天时由于进水TP浓度的提升，对活性污泥造成一定的冲击，导致去除率降低幅度较大。随着时间的推移，去除率逐渐提高，在第12天去除率达到81.2%，之后由于进水冲击负荷的影响导致去除率波动较大，在37天之后进水磷含量稳定在30~32mg/L，出水磷含量在15mg/L以下，去除率在50%~60%之间。2.2曝气时间对SBR反应器污染物去除效果的影响SBR运行过程中，曝气时间的长短是影响工艺运行效果的重要参数，曝气时间短，溶解氧供应不充分，微生物代谢受影响，不能有效地降解废水中的污染物，曝气时间过长，又造成能源的浪费，增加了工艺的运行成本。因此，试验考察了曝气时间对废水处理效果的影响，试验中曝气时间分别控制为4、6、8、12、16和20h，试验结果如下。2.2.1曝气时间对COD去除效果的影响SBR曝气时间对废水COD去除效果的影响见图5所示。图5曝气时间对废水COD去除效果的影响进行曝气可以起到充氧、搅拌与混合的作用。曝气时间过短，反应器内溶解氧供应不足将影响微生物的正常代谢；反之，曝气时间过长，微生物长期处于内源呼吸期，活性污泥的絮状结构破坏将导致系统活性污泥量减少，影响处理效果。试验进水COD为4932~5106mg/L，平均进水COD约5000mg/L，进水pH值为6.5~7.5，分别控制SBR曝气时间为4、6、8、12、16和20h。如图5所示，随着曝气时间的延长，出水COD逐渐减小，COD去除率逐渐——442016年第6期总第242期增大，在曝气8h时COD去除率可达84.2%，COD降解较快，此后曝气时间继续延长，曲线变化平缓，即COD降解速率增加缓慢，出水COD趋于稳定，说明控制SBR工艺最佳曝气时间为8h，能最大程度的去除废水中的有机物并节约能源。2.2.2曝气时间对氨氮去除效果的影响SBR不同曝气时间条件下废水中氨氮去除效果如图6所示。图6曝气时间对废水氨氮去除效果的影响SBR进水氨氮321~333mg/L，平均浓度330mg/L，反应器所处室温16~18℃，进水pH值为6.5~7.5之间，分别控制曝气时间为4、6、8、12、16和20h。如图6所示，随着曝气时间的延长，SBR出水氨氮逐渐减小，氨氮去除率逐渐增大，当曝气时间达到一定值后出水氨氮及去除率逐渐趋于稳定。曝气时间由4h增加到8h时，氨氮去除率由43%增加到83.7%，系统氨氮降解速率较快，此后曝气时间继续延长，曲线逐渐平缓，系统氨氮降解缓慢，当曝气时间为20h时，氨氮去除率为90.7%，仅较8h曝气去除率提高7%，曝气时间继续延长对氨氮去除率提高不大且能源浪费较大。2.2.3曝气时间对TP去除效果的影响SBR不同曝气时间条件下废水中磷去除效果如图7所示。图7曝气时间对废水磷去除效果的影响SBR进水总磷32.3~33.1mg/L，平均总磷含量32.7mg/L，pH值为6.5~7.5之间，曝气时间分别为4、6、8、12、16和20h时，系统总磷的去除率分别为32.7%、62.2%、78.3%、77.4%、74.2%和65%。由图7可知，随着曝气时间的延长，系统总磷去除率逐渐增大，在曝气12h时，去除率达到最大，此后曝气时间的继续延长，系统磷的去除率反而略有下降。这可能由于随着曝气时间的延长，废水中有机物含量逐渐降低，不能维持微生物正常代谢所需的有机质，多数微生物进入内源呼吸期，细菌的内源呼吸引起细胞内多聚磷酸盐的水解，引起二次释磷造成上清液磷浓度升高，同时无效的释磷可能影响活性污泥中聚磷菌的代谢途径，造成出水水质恶化［5-6］。2.3闲置时间对SBR反应器污染物去除效果的影响通过试验研究，选择SBR反应器曝气时间为8h。因此，反应器进水10min，曝气8h，排水20min，沉淀1h。SBR运行周期时间分别为10、12、15、20和24h，即相应的限制时间分别为0.5、2.5、5.5、10.5和14.5h。不同闲置时间下SBR运行效果如下。2.3.1闲置时间对COD去除效果的影响不同闲置时间下SBR对废水COD去除效果见图8所示。图8不同闲置时间下SBR对废水COD的去除效果SBR进水COD浓度5000mg/L左右，pH值为6.5~7.5之间，如图8所示，SBR闲置时间分别为0.5、2.5、5.5、10.5和14.5h，COD去除率分别为87.%、89.7%、91.4%、89.6%和90.5%，出水COD分别为604、514、411、515和469mg/L，在一定范围内，SBR随着闲置时间增加，COD去除率逐渐升高，污泥中微生物活性能够得到有效的恢复，处理效果较好，而持续的延长闲置时间，可能导致装置内的营养物质匮乏，微生物营养不足进入内源呼吸期，微生物细胞破裂导致COD升高。2.3.2闲置时间对氨氮去除效果的影响不同运行闲置时间下SBR对废水中氨氮的去除效果如图9所示。图9不同闲置时间下SBR对废水氨氮的去除效果SBR进水氨氮平均浓度为325mg/L，pH值为6.5~7.5之间，运行温度为16~18℃。如图9——452016年第6期总第242期所示，SBR闲置时间分别为0.5、2.5、5.5、10.5和14.5h，氨氮去除率分别为93.6%、94.3%、93.2%、92.6%和91.1%。由此可见，随着闲置时间的延长，系统氨氮去除率呈现先增加后降低的趋势，这是由于闲置时间的延长使污泥中的微生物活性能够得到有效恢复，同时起到一定反硝化的作用，使出水水质有所提高，而过长的闲置时间可能导致微生物因营养不足出现细胞自溶，氨氮去除率降低。2.3.3闲置时间对TP去除效果的影响不同闲置时间下SBR对废水总磷去除效果如图10所示。图10不同闲置时间下SBR对废水磷的去除效果SBR进水总磷为33mg/L，pH值为6.5~7.5之间。如图10所示，SBR闲置时间分别为0.5、2.5、5.5、10.5和14.5h，总磷的去除率分别为74.6%、75.5%、73.8%、71.4%和60.5%，由此可见，随着闲置时间延长，SBR对磷的去除率降低，这可能是由于闲置时间过长，系统内溶解氧减少，形成厌氧环境，被聚磷菌吸收在好氧阶段吸收的磷又重新释放于环境中，使得出水总磷含量升高，水质变差。2.4温度对SBR反应器污染物去除效果的影响在生化反应过程中，温度影响微生物对废水有机质的降解速度，一方面在一定的范围内，随着温度的升高，微生物细胞中的生化反应加快，有机质降解速度加快；另一方面细胞的组成物质如蛋白质核酸等对温度敏感，若温度大幅度升高并超过承受限值，微生物组织结构遭到不可逆转的破坏，若环境温度过低，微生物代谢活动受抑制，处于休眠状态，对污染物的降解速度变慢，因此，温度对污染物的降解转化起着重要的影响。试验阶段外界环境温度的变化最低温度为10~12℃，最高温度20~25℃，因此高于20℃时在反应器内放置加热棒。SBR每次进水10min，曝气8h，排水20min，沉淀1h，每日运行2个周期，研究了温度变化对SBR运行效果的影响。2.4.1温度对COD去除效果的影响不同温度条件下SBR对废水COD去除效果如图11所示。图11温度对COD去除效果的影响SBR进水COD平均浓度为5000mg/L左右，如图11所示，当水温在10~15℃之间变化时，温度的提升对系统COD去除效果的促进作用不大，COD去除率仍在50%以下，主要是由于水温低，微生物体内酶活性低，微生物生命代谢活动缓慢，因此处理效果较差；当水温在16~25℃之间变化时，温度的提升对SBR工艺影响较为明显，随着温度的提高，SBR处理效果变好，COD去除率由51.1%增加到81.7%，增加幅度较大；当水温在28~32℃之间变化时，随着水温的提高，COD去除率有小幅度的增加，但增加不明显，因此，此阶段温度的变化对系统COD去除影响不显著，对SBR工艺促进作用不大。2.4.2温度对氨氮去除效果的影响不同温度条件下SBR对废水氨氮