SBR工艺在处理模拟制革废水中运行参数的优化

朱 蕾

（渭南师范学院，陕西渭南 714099）

SBR工艺在处理模拟制革废水中运行参数的优化

朱 蕾

（渭南师范学院，陕西渭南 714099）

在处理制革废水中常用SBR工艺，试验探讨了不同HRT、进水pH、COD负荷、NH3-N浓度、活性污泥浓度的运行参数，研究SBR工艺处理制革废水的最优运行参数.结果表明：SBR反应器在进水COD为1 500～2 000 mg／L、NH3-N为150～250 mg／L、pH为7.5、运行污泥浓度在3.0 g／L左右、曝气时间为18 h时COD去除率能达到95%左右，NH3-N去除率达到97%左右，其出水能够达到一级出水标准.

SBR反应器；进水pH；COD负荷；NH3-N浓度；污泥装载量

制革行业的污染在轻工业中仅次于造纸和印染，属于高污染产业，其生产过程排放的废水具有高污染物浓度、高pH、高悬浮物、臭味浓等特点，若处理不彻底或直接排放，将对环境造成严重污染［1-2］.目前关于制革废水的生化处理工艺有SBR法、氧化沟法、生物接触氧化法、A／O法、A2／O法等［3-5］.

近年来，SBR是国内外迅速发展起来的一种处理废水的新工艺，其最大的特点是灵活，可以间歇运行.冯元群、吴斌［6］等人结合实际工程经验，比较了几种常用的生化法在制革废水处理中的运用，对SBR法的运行管理、治理制革废水的工程设计进行了研究，发现SBR生化法在治理制革废水的过程中具有耐冲击性、操作运行管理方便、建设成本和运行费用比较低等优点.本试验研究SBR工艺处理制革废水的运行参数并进行优化.

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置如图1所示，SBR反应器用有机玻璃制作，其结构主要由内径为300 mm、高度为800 mm的圆柱和底部高度是250 mm、下半径为50 mm的圆台构成.反应器通过转子流量计控制反应器的溶解氧在3～4 mg／L，试验用水为模拟制革废水，主要含有油脂、蛋白质、碎毛等大量有机物质以及重金属离子Cr3+、硫化物等.

1.2 试验材料

1.2.1 模拟制革废水的配制

在烧杯中加入一定量的Ca（OH）2和Na2S，加一定量水进行溶解，然后加入适量牛毛并加热，使牛毛逐渐水解，当牛毛水解完全后依次加入一定量的KH2PO4、（NH4）2SO4、荆树皮栲胶、黑染料2GB、SE加脂剂、标准铬粉和NaCl，调节pH值到7.5，根据试验需求稀释模拟制革废水.

图1 SBR反应器装置图

1.2.2 仪器

pHs-2F型pH计、BS224S型电子天平、ACO-003型电磁式空气泵.

1.2.3 测定方法

重铬酸钾法测定COD，纳氏试剂比色法测定NH3-N，pH计测定pH值.

2 结果与讨论

2.1 SBR反应器体系中HRT的确定

SBR是通过在时间上的交替实现传统活性污泥法的整个过程，它在流程上只有一个基本单元，将调节池、曝气池和二沉池的功能集中在该池子上，兼有水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离等功能. SBR反应器的运行过程主要分为进水、曝气、沉淀、滗水、待机5个阶段.进水阶段是反应器在短时间内接纳需要处理的污水，同时起到调节和均质的作用，由于反应器有效容积比较小，将采用快速进水方式，时间控制在30 min左右，在该阶段不进行曝气；沉淀时间参考实际工程将控制在2 h；滗水阶段将直接通过排水口进行排水，时间较短可忽略不计；待机时间控制在4 h.由于曝气阶段是进行生化反应的主要过程，因此本试验主要研究曝气时间对SBR反应器处理制革废水的影响.

试验在HRT不同的条件下，制革废水中COD和NH3-N的去除率变化曲线如图2所示.

图2 SBR反应器中COD去除率随曝气时间的变化

图3 制革废水反应过程中pH的变化

由图2可知，当HRT小于9 h时，COD和NH3-N的去除率迅速升高，这可能是由于微生物在此阶段呈对数期增长造成的；当HRT大于9 h时，COD和NH3-N的去除率呈稳定变化趋势.当HRT=15 h时，NH3-N去除率最高，达到99.34%；当HRT=18h时，COD去除率最高为98.19%.为使出水达到一级出水标准，确定试验曝气时间为18 h.

2.2 进水pH值不同对SBR工艺的影响

制革废水微生物降解过程中混合液的pH值变化曲线如图3所示.

从图3中的制革废水反应过程pH的变化情况来看，当pH≤7.0时，混合液的pH随时间变化，先较大幅度上升后再缓慢下降，这是因为，在模拟制革废水的配置过程中主要通过添加乙酸来调节pH，而乙酸是极容易降解有机物.对于制革废水，因其主要含有的是蛋白质，在混合液pH较低时，绝大数适应较高pH环境的微生物代谢受到抑制，不能很好地将蛋白质快速完全降解，只产生大量氨基酸等中间产物，使得混合液的pH在反应的后阶段缓慢降低.少数低pH型微生物（如嗜酸乳杆菌等）在活跃时，将底物较彻底地降解氧化成CO2、H2O等过程中，CO2因制革废水中的加脂剂在表面产生大量的粘性泡沫，不能及时带走，这些产物也会使pH略微降低.当pH＞8.0时，处理过程中pH降低的原因除了与上述原因相似之外，还在于混合液在高pH的情况下会出现氨气逸出，间接降低了碱度.当7.5≤pH≤8.0时，绝大多数的活性污泥都具有较高的活性，整个反应体系中pH随着HRT的增加变化较小.

图5 COD负荷与COD去除率的关系

不同进水pH处理制革废水其COD去除率结果如图4所示.试验结果表明：当pH在7.5～8.0时，微生物能将绝大部分底物较彻底地降解成CO2、H2O等，COD去除率能达到93%以上.当pH小于7.5时，随着pH的增大，COD去除率也相应增大，这是由于在酸性条件下，pH会影响外酶和内酶的催化作用［7］.当pH大于8时，COD去除率有所下降.

2.3 COD负荷对SBR工艺的影响

COD负荷对SBR工艺影响的试验结果如图5所示.

由图5可知，随着进水COD的增大，废水COD的去除率先增大后降低.当进水COD小于2 100 mg／L时，COD去除率都能达到90%以上.随着进水COD增大，当其大于2 100 mg／L时，COD去除率迅速下降，这是由于在一定反应条件下，SBR反应器所能承受的COD负荷极限在2 100 mg／L左右.

2.4 NH3-N浓度对SBR工艺的影响

进水氨氮浓度不同，反应器COD和NH3-N去除率的变化曲线如图6所示.

图6 NH3-N浓度与NH3-N和COD去除率的关系曲线图

图7 污泥装载量与COD去除率的关系曲线图

从图6可知，随着进水氨氮浓度增大，NH3-N去除率逐渐降低，COD去除率先升高再降低.当氨氮浓度小于250 mg／L时，NH3-N去除率都在90%以上.可见，SBR工艺对处理低浓度氨氮废水效果较佳.当进水氨氮浓度为200 mg／L，COD的去除率达到最高为94.3%.这是由于一定含量的氨氮可为微生物提供必需的氮元素，有利于微生物代谢活动［8］.但NH3-N浓度继续增大，会逐渐抑制微生物的活动，使得反应体系受到抑制.

2.5 污泥装载量对SBR工艺的影响

为使测定结果稳定并具有代表性，每种浓度的污泥，反应器运行3个周期.整个研究过程污泥浓度由低到高，测定反应前后的COD以及SVI，其实验结果如图7和图8所示.

图8 污泥装载量和出水SVI的关系图

图9 COD和NH3-N去除率与运行时间的曲线图

由图7可知，COD的去除率随着污泥装载量的提高先增大后降低.当污泥浓度在3.0和3.5的时候COD去除率达到最大.可见污泥的装载量对SBR反应器具有一定的影响.这表明对于一定量的COD负荷，存在一个污泥浓度使其去除率达到较高水平，再提高污泥浓度对于化学需氧量去除率并不会再有很明显的作用，而仅仅是将消化速率提高了一些.而图8的数据显示，当反应器中污泥浓度提高3.5 g／L以上时，SVI值达到200以上，说明污泥的沉淀性能受到影响，可能发生了污泥膨胀.这与微生物之间的竞争存在一定关系［9］.

2.6 优化后SBR工艺在处理模拟制革废水中运行状况

由试验对SBR反应器工艺进行参数优化.优化参数为：进水COD为1 500～2 000 mg／L、NH3-N为150～250 mg／L、pH控制在7.5、污泥浓度为3.0 g／L左右、曝气时间18 h、沉淀时间2 h、闲置时间4 h、反应器运行30 d.结果如图9所示.

由图9可以看出，废水COD去除率达到95%左右，NH3-N去除率达到97%左右.

3 结语

通过优化SBR工艺参数，试验结果表明：SBR反应器在进水COD为1 500～2 000 mg／L、NH3-N为150～250 mg／L、pH为7.5、运行污泥浓度在3.0 g／L左右、曝气时间为18 h，其出水COD去除率达到95%左右，NH3-N去除率达到97%左右，出水能够达到一级标准.

［1］张洁，刘素英，郑德明.序批式活性污泥（SBR）法在制革生产废水处理中的应用［J］.陕西科技大学学报，2001，24（3）：143-145.

［2］矫彩山，杨秀石，王有志，等.间歇式活性污泥法处理制革废水工程实例研究［J］.应用科技，2001，28（5）：38-39.

［3］牛艳芳，马兴元，吕凌云，等.制革废水处理新技术存在的问题和解决方法［J］.中国皮革，2009，38（11）：37-41.

［4］李宜娟，李彦春，刘汉勋.制革废水生物处理方法的研究进展［J］.中国皮革，2008，37（9）：50-53.

［5］郭沛涌，李赖通.化学混凝法去除制革废水悬浮物的研究［J］.中国皮革，2009，38（1）：20-22.

［6］冯元群，吴斌，梅竹松，等.SBR生化法在制革废水处理中的应用［J］.工业水处理，2009，29（1）：20-22.

［7］MeCartney D M，Oleszkiewiez J A.Sulfide inhibition of anaerobic degradation of lactate and acetate［J］.Wat.Res，1991，25（2）：203-290.

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【责任编辑 曹 静】

Parameters Optimization of SBR in Treatment of Simulation Tannery Wastewater

ZHU Lei
（Weinan Normal University，Weinan 714099，China）

The optimization of parameters used in SBR for tannery wastewater treatment from HRT，the pH values of intake，COD load，NH3-N concentration and the activated sludge concentration was investigated.The results show in the process of SBR，when the intake COD is 1 500～2 000 mg／L，NH3-N is 150～250 mg／L，pH is 7.5，the operating sludge concentration is about 3. 0 g／L and the aeration time is 18h，the removal rate of COD is up to 95%.The NH3-N removal rate is about 97%.The outfall could be satisfied with the standard.

SBR；pH；COD load；NH3-N；sludge burden

X703

A

1009-5128（2014）19-0034-05

2014-06-09

朱蕾（1988—），女，陕西渭南人，渭南师范学院教师，工学硕士，主要从事制革废水的处理方法研究.