摘要 在采用SBR工藝處理煤化工工業(yè)廢水時，通過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。通過對比確定了廢水的投加方式達到了節(jié)約堿度、碳源消耗的目的，大大降低了運行成本。
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稱，是一種按照時間順序改變活性污泥生長環(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間上的有序和空間上的無序，各階段的運行工況可以根據(jù)具體的污水性質(zhì)和出水功能要求等靈活變化。SBR工藝一個運行周期中進水、反應、沉淀、出水和閑置5個基本工序都在一個設有曝氣或攪拌的反應器內(nèi)依次完成的。進水時間、曝氣方式、攪拌時間可以根據(jù)具體的進水水質(zhì)、污泥狀況靈活改變。
筆者通過試驗研究了在一個運行周期內(nèi)分別采用不同的進水方式下PH、COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、DO的變化規(guī)律，通過對比確定了廢水的投加方式，達到了節(jié)約堿度消耗、減少外加碳源，降低處理成本的目的。
1 試驗部分
1.1 廢水的來源與水質(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。在煤氣洗滌過程中產(chǎn)生大量污水。污水水質(zhì)見表1：
1.2 試驗裝置
試驗裝置由一組四個尺寸相同的SBR反應器組成，反應器為長55.5米、寬14米、有效水深5.6米。在反應器內(nèi)裝有微孔曝氣器及潛水推流攪拌器;采用鼓風機曝氣，離心泵進水，潷水器出水，進水由電磁流量計計量，整個系統(tǒng)由一套PLC自動程序控制裝置操作運行。每一工作階段，如進水、缺氧攪拌、曝氣、沉淀和排水等工藝參數(shù)可根據(jù)需要設定。
1.3 分析項目及方法
進水和出水水樣的分析項目及分析方法見表2。
2 試驗結(jié)果與討論
2.1 沖擊性進水非限制性曝氣方式
一次性快速向SBR反應池中加入200 m3原污水，好氧曝氣去除有機物并進行硝化反應，硝化完成后投加甲醇進行反硝化，跟蹤分析一個周期內(nèi)水中殘余COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見圖1。
圖1
由圖1可以看出：
1)Do的變化規(guī)律：在進水階段，因去除有機物的反應，異養(yǎng)菌的耗氧速率大于供氧速率，因此DO呈下降趨勢。當COD接近其難去除濃度時，異養(yǎng)菌的耗氧速率迅速降低，供氧遠遠大于異養(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爭力，系統(tǒng)內(nèi)的硝化菌開始大量的進行新陳代謝。在氨氮去除的過程中，雖然自養(yǎng)菌的耗氧速率較大，由于曝氣量比較充分，因此硝化反應過程中DO不斷上升，到硝化反應后期，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：在反應初期，PH不斷下降。這是因為去除有機物過程中，異養(yǎng)菌對有機底物進行分解代謝產(chǎn)生大量CO2，CO2溶解在水中導致PH下降，及硝化反應過程消耗一定的堿度導致PH下降速度較大，達5.32，在厭氧階段PH會迅速上升，這是由于反硝化菌進行反硝化過程中產(chǎn)生部分堿度。反應式如下：
有機物去除過程：
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O
硝化反應：
步：2NH3 + 3O2 亞硝化菌 2NO2- +2H+ +2H2O
第二步：2NO2- + O2 硝化菌 2NO3-
總反應：NH3 + 2O2 NO3- + H+ + H2O
反硝化反應：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：6H+ + 6NO3- + 5CH3OH 3N2 + 13H2O + 5CO2
3)加堿消耗：由于PH對硝化細菌影響較大，在PH中性或微堿性環(huán)境下其生物活性，硝化過程迅速。當酸性環(huán)境中，當PH<7.0時硝化作用速度減慢，PH<5.0時硝化作用速率顯著減慢，為此在反應初期COD去除過程及硝化反應過程PH降低較快過程中需要補充堿度維持硝化菌所需的PH的環(huán)境。本實驗補充堿度440 Kg(CaCO3)。
4)投加碳源的消耗：為了達到較好的反硝化效果，本實驗中投加了甲醇178 kg。
2.2 連續(xù)進水限制曝氣方式下
小流量在曝氣時間段連續(xù)向SBR反應池中加入200 m3原污水，好氧曝氣去除有機物并進行硝化反應，硝化完成后投加甲醇進行反硝化，跟蹤分析一個周期內(nèi)水中殘余NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況見圖2。
圖2
從圖2可以看出：
1)在好氧條件下，連續(xù)進水3小時內(nèi)氨氮濃度并未隨著進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，溶解氧濃度應滿足碳有機物的氧化以及硝化反應的需要;其次，溶解氧濃度又不宜過高，以保證SBR工藝中的缺氧厭氧微環(huán)境的形成，同時使系統(tǒng)中碳有機物不至于降解過快而影響反硝化碳源。在實驗中溶解氧濃度控制在2 mg/L-4 mg/L時其同步硝化反硝化現(xiàn)象明顯。本實驗消耗甲醇明顯減少，僅為沖擊進水的41%。 3)在反應初期，微生物對有機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)化為亞硝酸鹽氮進入反硝化階段，由于反硝化不斷產(chǎn)生堿度，pH值下降過程變慢，然后快速上升。從而大大降低了堿度的消耗，本實驗補充堿度230 Kg(CaCO3)。
2.3 二次等量連續(xù)進水限制曝氣方式下的結(jié)果
次向SBR反應器內(nèi)加入污水進行曝氣去除有機物及氨氮，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，然后停氣啟動攪拌投加甲醇進行反硝化，結(jié)果反應完成時間比一次進水縮短了10%，增加甲醇量為沖擊進水的23%。
2.4 二次不等量連續(xù)進水限制曝氣方式下的結(jié)果
進水與曝氣、停氣攪拌時間同2.3，不同的是兩次進水量不等。次與第二次進水量比為3：2，結(jié)果添加甲醇量僅為沖擊進水的12%。
從上述實驗可以看出，原污水中碳源充足的情況下，連續(xù)小流量進水比沖擊性進水消耗的碳源及堿度要少。在保證原污水中有機物碳源充足的情況下進水次數(shù)越多，進水比例越大需投加的碳源(甲醇)越少，因此可以在測得廢水的碳氮比后通過調(diào)整進水次數(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，運行成本大大降低。
3 結(jié)論
1)通過進水方式的改變跟蹤分析一個周期內(nèi)水中殘余COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N、PH、DO變化情況，得出不同進水方式的PH、DO的變化規(guī)律。
2)小流量連續(xù)進水，控制DO2-3mg/l，可以實現(xiàn)短程硝化反硝化，大大節(jié)約碳源及堿度的消耗。
3)在測得廢水的碳氮比后通過調(diào)整進水次數(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，運行成本大大降低。
參考文獻
[1]高景峰，彭永臻，王淑瑩.SBR法去除有機物、硝化和反硝化過程中PH變化規(guī)律[J].環(huán)境工程，2001，19(5)：21-24.
[2]周利，李凌云，楊慶，楊岸明，彭永臻.脈沖式SBR法深度脫氮工藝及其控制[J].工業(yè)水處理，2008，28(2)32-35.
[3]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[J].中國給水排水，2002，18(11)：13-17.
作者簡介
田楠(1970―)，女，學士，高級工程師，河南臺前人，畢業(yè)于河南師范大學化學系環(huán)保專業(yè)，研究方向：水處理的運行管理及控制。
崔鳳霞(1971―)，女，學士，高級工程師。
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