食品废水处理中两段SBR法的应用
食品行业是我国发酵的主要行业之一，2002年我国食品的生产量已超过100万 ，随着食品生产的不断发展，其废水排放量在不断增加，污染周围环境，损坏企业形象，因此寻找经济、高效的食品废水治理方法，对保护环境、食品企业的可持续发展都有重要的意义。本试验采用两段SBR工艺对含COD和NW-N较高的食品废水进行处理， 有效结合SBR反应器灵活便捷的特点和短程硝化反硝化的新型脱氮技术，提高了反应效率，节约了能耗。
1试验方法
1.1 试验装置
两段SBR工艺系统由2套相同的SBR反应器串联而成，该SBR反应器均为圆柱形，内径为550mm，高为800mm，总有效容积为160L。一段反应器(SBR1)主要去除大部分有机物；二段反应器(SBR2)控制硝化反应至亚硝化阶段再反硝化，试验装置见图1。
 |
1.2 试验水质
试验用水取自广州某大型食品厂调节池废水，主要来源于发酵车间、糖化车间、精炼车间经过预处理后的低浓度废水以及生产触口水。具体水质如表1所示。
 |
1.3 水质分析方法
 |
2 实验结果及讨论
2.1两段SBR工艺影响因素分析
2.1.1 污泥的硝化和启动
试验污泥均采用广州某大型食品厂曝气池污泥，活性较强，污泥沉降性能良好。SBR2的启动采用不设固定的水力停留时间(HRT)的方法，根据原水氨氨浓度的变化与DH值具有很好的相关性[1]，在线检测pH值来控制反应时间，实现亚硝化反应。经过半个月时间，亚硝化率达90% 以上，成功实现短程硝化，见图2。
 |
2.1 2溶解氧对处理效果的影响
(1)SBRI反应器中DO对有机物去除率的影响在初始混合液COD 浓度为1O00mg/L左右时，控制不同的曝气量使反应过程中DO 的平均值分别为0.5，1.0，1.5，2.Omg/L左右，MLSS为5.0～5.5g/L，混合液pH值为8.5，曝气3h，DO与COD 的去除关系见图3。
 |
由图可知，SBR溶解氧平均控制在1.0～1.5mg/L左右时，COD。 的去除率较高，经过3h反应出水为560mg/L，反应器中45% 的有机物得到了去除，反应中未检测出NO-，较高的有机含量和低溶解氧抑制了硝化反应的发生。DO>2mg/L，容易发生硝化反应，COD 去除率降低，说明再增加溶解氧在较短的时间内并不能有效地提高去除率，而且以完全好氧方式，亦增加能耗和运行费用。当DO<O.5mg/L时，由于DO不足，抑制了细菌正常的代谢活动此时微生物不甚活跃，出水混浊。
所以DO控制在1.0～1.5mg/L左右，对反应最为有利，由于食品废水属于发酵废水，有机物含量高，分析认为，SBRI在一段反应器中存在着生物降解反应以外的生物吸附和絮凝作用，正是这种生物吸附、絮凝连同生物氧化作用，使有机物在短时间高负荷的情况下得到了较高的去除率。两段SBR法的第一段与AB法中的A段有相似的机理和优势。
(2)SBR2反应器中DO对反应速率的影响
增加曝气量，使SBR2反应器内的溶解氧浓度逐渐提高，探讨不同曝气量下对硝化速率(MLSS对NH-N)的影响，为实际工程选择最佳曝气量提供理论依据，初始混合液的NH-N为40mg/L左右，MLSS在3500mg/L时试验结果见表3。
 |
由表3可看出，提高混合液溶解氧浓度，可加快硝化反应进程，反之，则硝化速率下降。硝化过程中平均DO<2mg/L，则DO成为硝化反应的限制因素，反应速率慢：DO>2mg/L时硝化反应速率明显增快，当DO在2.5mg/L左右时，硝化速率最高，再增加DO浓度则对反应速率影响不大，也不经济，而且溶解氧太高还会使亚硝酸盐氧化，不利于亚硝酸盐的积累。亚硝化菌换代周期长，增长慢。溶解氧过高，还会导致微生物的新陈代谢旺盛，活性污泥量减少，所以综合考虑，DO 以2.5mg/I,为宜。
2.1 3 曝气时间对处理效果的影响
SBRI主要利用微生物的吸附和絮凝来净化水质， 而不是利用微生物的氧化分解，经过2h的曝气后，废水中大量胶体和悬浮物，被微生物吸附，易降解的有机物已被微生物氧化分解，COD 下降至最小，随着曝气时间的延长，吸附的有机固体物在生物酶作用下变成可溶性物质再向水中扩散，致使水中COD又有所回升，SBRI的最佳曝气时间为2h。
2.1.4 pH值对处理效果的影响
将试验进水的pH值用硫酸调至7.0左右，与进水为pH8.5～9.0值相比，SBRI出水COD。浓度略有降低，但差异不明
显，说明在SBRI阶段，pH值对于COD。 降解无明显影响，异氧菌对环境条件的适应能力较强。但进水pH大于10时，微生物代谢速度受影响，出现污泥解体和上浮，所以pH值应小于10。将进水pH值维持在8.5～9.0之间，对SBRI反应速度及去除率影响不大，又保证了SBR2反应器处于碱性状态(8.0～8.5)，符合亚硝酸型硝化的条件。
2.1.5 进水浓度(负荷)的影响
(1)进水CODcr去除效果的影响
在DO=1.0mg/L，污泥浓度在5000mg/L，分析初始混合溶液COD。 分别在700mg/n，900mg/L，1100mg/L三个水平下COD。 的降解效果，反应时间为2h，每隔0.5h取一次样。
 |
由图4可知，在反应时间和曝气条件相同的情况下，进水COD 浓度越高， 出水COD。 浓度越高。但随着污泥负荷从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)，即污泥负荷增加，单位重量活性污泥MLSS单位时间内降解的COD。 也增加，说明SBRI在高污泥负荷下活性污泥代谢能力强，对有机物有很好的净化能力。出水沉淀后，经SBR2混合稀释，初始COD。 在200～300mg/L，反应过程中COD 进一步缓慢下降。
(2)进水氨氮浓度对脱氮效果的影响
原水经SBRI反应， 一方面食品废水中蛋白质等物质在反应中转化为氨氮，使氨氮浓度有所上升，另一方面随着COD。浓度下降，微生物同化作用分解利用部分营养物质使得氨氮浓度降低。所以总体上进水氨氮浓度与出水氨氮浓度几乎没有变化，出水未检测到NO-，说明没有硝化反应发生。SBR2反应器中，主要发生硝化反应，生物硝化为低污泥负荷工艺，研究认为阅，只有BOD <20mg/L时硝化反应才能完成。而本系统中有机负荷较低，COD。 污泥负荷只有0 314kg/(kg·d)，避免了高有机负荷下异氧菌的大量繁殖，使硝化进行很充分。
 |
对于SBR2反应阶段，从图5中氨氨和亚硝态氨浓度随时间变化可看出，提高氨氮浓度时，要达到较高的氨氮去除率必须延长硝化时间，同时亚硝态氮的增加也使反硝化时间增加。反应结束，出水氨氮浓度基本在5.5mg/L以下，说明在此进水浓度下，氨氮保持了很好的去除率。
研究认为氨氨浓度过低，体系中游离氨的浓度也低，不利于亚硝化菌的积累，所以，从这方面来说，亚硝化反应更适合高氨氮废水的处理。但另一方面，氨氮浓度高，则反硝化需要碳源多，反应时间长，如果在反硝化时投加有机物，能大大加快反硝化的速率和缩短反应时间，但增加了成本，所以应控制一定的氨氮负荷，保证一定的脱氮效果。赵庆良等团在对比亚硝酸型生物脱氮与硝酸型生物脱氮处理焦化废水的试验表明，在COD。 N值为2的条件下，亚硝酸型硝化和反硝化比正常的硝酸型硝化总氮去除率提高13% ，本试验中总氮的去除率达80%以上，可见亚硝酸型硝化需要的碳源较少。为保证内源呼吸溶出足够的有机物作为碳源和能源，污泥浓度要大于3.0g/L：在本试验中，SBR2污泥浓度维持在3.5g/L左右。
2.2 两段SBR系统连续运行情况的分析和探讨
2.2.1 两段SBR 工艺对COD的处理效果
 |
由图6可知，当进水COD 浓度在1000～2000mg/L间变动时，SBRI能大幅度的降低COD。 的值， 使出水在500～600mg/L，SBR2使CQD。 值进一步降低， 出水在100mg/L左右，两段SBR耐冲击负荷能力强，保持相对均匀稳定的出水。
2.2.2 两段SBR工艺对氨氮的处理效果
SBRI对氨氮去除作用不大，有一定调节作用，出水一般较为稳定，在100～120mg/L波动。SBR2中短程硝化反硝化状态稳定， 氨氮出水在2～5mg/L，亚硝氮浓度在5～15mg/L，总氮去除率达80% 以上，较大的氨氮负荷冲击对出水浓度影响不大，但TN去除率会有所下降。
2.2.3 温度的影响
本试验在9～12月进行，受天气影响，水温也随季节逐渐降低，异氧菌对温度条件不太敏感，对温度的影响不明显。而硝化菌对各温度下硝化反应速率影响较大。温度在25～30℃ ，硝化速率较高，在0.030mg/(g·min)以上，当温度下降到25℃ 以下时，则反应速率明显变慢，当温度上升到30℃ 以上时，硝化速率又明显加快。
HyungseokYoo等人的研究结果表明，亚硝化反应的最佳温度应控制在22～27℃ ，至少不能低于15℃ ，该温度范围内亚硝化细菌的活性最强，在15℃ 以下硝化细菌的活性最强。Balmelle等也认为亚硝化反应的最佳温度为25℃ ，这与HyungseokYoo等人的研究结果一致，但却与Ford的结果不同，他们认为最佳温度是3O一36℃。
本试验认为温度大于25℃ ，能保证较高的亚硝化速率，广州食品厂废水水温在25cC以上，夏季高达36。C，应用短程硝化反硝化非常适宜，节约了能耗，加快了反应速率。
3 结论
(1)采用两段SBR法处理食品废水可成功实现短程硝化反应，亚硝酸盐积累率达9O%。
(2)分析了各反应因素对系统影响，结果表明，SBRI的最佳条件为：DO浓度为1.O～1.5mg/L，进水pH值为9 O～8.5；SBR2的最佳条件为：DO浓度为2.5mg/L，进水DH值为8l2～8.5，温度大于25oc。
(3)进水COD。 浓度对反应影响不大，而氨氨浓度增加使SBR2硝化反硝化时间增加。SBR2在低有机负荷下运行，提高了硝化速率。
(4)运行结果表明：进水COD 为1000～2000mg/L，NH3一N为9O～120mg/L的情况下，出水COD ，为1OOmg/L左右，NH3一N在5mg/L以下，TN去除率达80%以上。基本达到国家GB8978～1996一级标准。
参考文献
[1]高大文，彭永臻，郑庆柱SBR工艺中短程硝化反硝化的过程控制.中国给水排水，2002，18(11)：13—18.
[2]郑兴灿，李亚新.污水除磷脱氮技术.北京：中国建筑工业出版社，1997.45～55.
[3]赵庆良，李伟光.特种废水处理技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004 71—74
[4]Hyungseok Yoo Nitrogen removal from synthetic wastewate r bysimultaneous nitrification and denjtr ficatiOn via nitrite in an intermittently—aerated reactor.Wat.Res.，1999，33(1)：146.
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
