SBR法处理丁二醇废水动力学研究
摘要：对高浓度丁二醇生产废水进行了SBR法小型模拟基质浓度降解动力学 研究 ，求取了有关的动力学参数。结果表明Monod方程的修正式能很好地描述丁二醇的降解 规律 ，试验温度下Monod方程的修正式为：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]。试验数据还表明在停留时间达40h时，丁二醇废水的降解达到稳定。
关键词：废水处理 丁二醇 动力学 活性污泥法
A Study of Kinetics of Treatment of Wastewater from Butanediol Production Using SBR Process
Abstract： The kinetics of the degradation of the high-concentration wastewater from butanediol production was studied by SBR(sequencing batch reactor) process based on a small-scale simulation of substrate concentration.The results showed that the corrected formula of Monod equation well described the rule of the degradation of butanediol. The corrected formula of Monod equation at the test temperature was：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)].It was also shown by the data from the test that the degradation of the butanediol-containing wastewater became stable when the retention time reached 40 hours.
Key words： wastewater treatment;butanediol;kenitics;activated sludge process
本研究采用SBR法小型模拟试验装置进行了丁二醇废水处理动力学研究，并用试验结果验证在试验温度下丁二醇废水的基质浓度生化降解过程符合 Monod 方程。
1 试验材料与装置
1.1 取水
废水来源于山东胜利油田石油化工总厂生产1，4-丁二醇生产系统的排出水，水质见表1。废水中。的主要污染物有丁二醇，甲醇，四氢呋喃，γ—丁内脂，顺丁二酸二甲脂，其中丁二醇的质量浓度为6200mg/L，甲醇的质量浓度在5000-6000mg/L。取水CODcr的质量浓度为1400mg/L，混入冲地水、冷却水等后CODcr降至2000-3000mg/L，进入10L间歇式反应器，进行3d适应性试验后，开始动力学试验研究。实验CODcr初始质量浓度为2597mg/L。
表1 丁二醇生产废水水质
温度/℃pH值ρ(CODcr)/(mg·L-1)外观气味设备情况
40-502-614000清澈刺激腐蚀严重
1.2 试验装置
本试验采用的是有机玻璃制成的锥形间歇反应器，有效容积10L。采用气泵进行间歇曝气，两根曝气管直接将气送至池底部，起到充氧与混合搅拌的双重作用，上清液及底部沉泥均采用虹吸排出，具体见图1。连续实验周期为48h，停止曝气之前取样测SV，观察污泥絮凝状况，静置0.5 h后测装置中溶解氧。污泥自由沉降1 h后取出上清液3L，补充高浓度原水和自来水控制整个装置中CODcr，的质量浓度在2500mg/L左右，然后曝气进行重复循环试验。
装置尺寸：L×W×H=0.2m×0.25m。
运行参数：进水：进水10L，之后每48h换水3L;曝气：46.5山沉降静置时间：1h;停留时间：48h:污泥泥龄：48h;曝气量：0.06m3/h;溶解氧：静置0.5h后测量在4.5—5mg/L之间;排水(换水)：虹吸式排水，历时0.5h。
1.3 污泥驯化
污泥来源于成都市污水处理厂的二沉池污泥，污泥絮凝性良好。取1 L活性污泥置于反应器中，每隔12h加入15000mg/l丁二醇废水，再加入自来水补足10L。按m(CODcr)：m(N)：m(P)=100：5：1的比例向反应器中加适量的NH4OH和Na3PO4溶液，并连续向反应器中曝气。污泥驯化3d，待CODcr降解稳定后，即达到驯化要求。
1.4 试验原理[l]
根据Monod方程，v=vmax/(Ks+S)
式中：v——基质比去除速度，d-1;
vmax——基质的最大比去除速度，d-1;
Ks——饱和常数，其值为v=vmax/2时的基质的质量浓度，mg/L;
S——基质的质量浓度，(以CODcr计)，mg/L。
如果存在难生化降解物质，则Monod方程的修正式为v=vmax(S-Sn)/[Ks(S-Sn)]
式中：Sn——难降解基质的质量浓度，mg/L。
2 试验结果讨论
2.1 丁二醇废水降解 规律
试验温度为21.6-23.6℃，平均为22.8℃。MLSS的平均值(X)为6019mg/L，污泥负荷约为0.15kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d)，试验结果见表2。
表2 22.8℃试验结果
t/hpH值θ/℃S/(mg·L-1)
08.2222.32597
38.2622.52417
78.3023.02126
108.3023.21908
138.3123.11732
178.3022.91557
268.2121.61213
398.3023.0693
由表2得出基质浓度随时间变化的拟合公式：S=-0.0027t3+0.8135t2—75.782t+2616.3。
2.2 求难生化降解基质的质量浓度
难降解基质的质量浓度求解见表3。
表3 难降解基质的质量浓度求解
t/hS/(mg·L-1)(S-Sn)/(mg·L-1)△S/(mg·L-1)v×102/h-1 v-1/h
026162516
5225721573591.192983.83
10193718373201.063394.05
15165315532840.9437105.97
20140413042490.8274120.86
25118810882160.7177139.33
3010029921860.618161.8
358457451570.5217191.53
407146141310.4353229.73
456075071060.3522283.92
注：表3中S是由表2中的S随时间变化曲线图的拟合公式 计算 的结果。
丁二醇废水中含有四氢呋喃，丁—丁内酯，顺丁二酸二甲酯等高级酯类难生化降解的物质，而试验中测的5既包含了易降解的物质也包含了难降解的物质。因为根据基质的质量浓度降解规律，只是针对易降解的物质，所以取时间间隔为5h，求5h内的平均基质的质量浓度S和降解速度v(v=△S/(X×△t)，其中X代表污泥浓度)。作S-v曲线，在v=0时S与X数轴的交点就是难降解的物质浓度，见图2。由图可求出难降解基质的质量浓度Sn为100mg/L，由拟合曲线表达式计算，结果相同。
2.3 计算饱和常数和基质去除的最大比速度
根据Monod方程考虑难降解基质的质量浓度公式：v=vmax(S-Sn)/[Ks(S-Sn)],两边分别取倒数1/v=1/vmax+(Ks/vmax)[1/(S-Sn)],以1/(S-Sn)为自变量，以1/v为因变量，作线性图，其中斜率是Ks/vmax，截距是1/vmax，如图3。根据图3进行线性拟合，得到在22.8℃下直线方程y=129974x+22.65,并且此方程的线性回归相关系数R=0.9979远远大于R0.05=0.811,所以认为拟合方程回归性显著。
根据上述方程计算：1/vmax=22.65,得出vmax=0.044/d-1;斜率是Ks/vmax=129974得出Ks=5719mg/L。因此得到试验温度下Monod方程的修正式为：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]
3 结论
①丁二醇生产废水基本上属于易生化处理的有机废水，原始的质量浓度S=2597 mg/L，仅24h CODcr就降解到 1000mg/L以下，所以SBR法好氧处理丁二醇废水是可行的。
②pH值呈现由低到高最后稳定趋势，显示在污水处理前期产生了酸化现象。数据显示前3hCODcr的降解速度较快，到40h后CODcr降解基本稳定，所以在延长曝气时间和停留时间，出水CODcr不会明显降低。
③丁二醇生产废水好氧生化处理的CODcr降解规律符合修正的Monod方程，平均温度22.8℃时CODcr最大去除速率vmax=0.044d-1;饱和系数Ks=5719mg/L;难生化降解Sn=100mg/L。因为进水控制低于3000mg/L，并且反应速度比较慢，反应时间比较长，所以用SBR法可以达到如此高的饱和常数Ks。
④废水初始温度在40-50℃之间，混入冲地水和冷却水后可终年保持水温在20-30℃之间，因此所获动力学关系和动力学参数可作设计依据。
参考 文献 ：
[1] 顾夏声.废水生物处理数学模式[M].北京：清华大学出版社，1993.
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