水解酸化+两级SBR处理蛋白饲料生产废水

祁佩时，李鹏杰，刘云芝

(哈尔滨工业大学 城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 150090)

水解酸化+两级SBR处理蛋白饲料生产废水

祁佩时，李鹏杰，刘云芝

(哈尔滨工业大学 城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 150090)

通过水解酸化和两级SBR工艺处理蛋白饲料生产废水的试验研究，确定了水解酸化反应器的最佳停留时间，探讨了两级SBR反应器中CODCr、NH3—N和DO的变化规律.实验结果表明，进水CODCr在1 654～213 2 mg/L、NH3—N在35～65 mg/L时，反应器处理效果稳定，出水CODCr在100 mg/L以下，去除率在96%左右，NH3—N在5 mg/L以下，去除率在92%左右，出水水质达到了《淀粉工业水污染物排放标准》.

水解酸化；SBR；蛋白饲料废水；废水处理

马铃薯淀粉生产中会产生大量的高质量浓度有机废水，这些废水含有大量的有机物，如蛋白、低聚糖等[1-6]，如果不经过处理直接排放，不仅会造成水环境的污染，而且会导致大量的资源流失.

随着人们对废水资源化利用认识的不断深入，对于该种高质量浓度有机废水资源化利用的研究也越来越多.某公司研究利用马铃薯生产废水和薯渣通过微生物发酵生产蛋白饲料，不仅有效地利用了马铃薯淀粉生产废水和薯渣中的有机物使其资源化，而且极大地降低了蛋白饲料生产废水中有机物的质量浓度.

有关利用马铃薯生产废水生产蛋白饲料所产生废水的处理方面的报道数量较少.根据该废水有机物质量浓度较高、B/C比较低、以及阶段式排放的特点，本研究采用水解酸化+两级SBR的组合工艺处理该种废水；水解酸化单元可以提高废水的可生化性[7]，SBR工艺能适宜废水水量和水质的变化[8-11]，使得该处理系统具有较强的抗冲击负荷能力.

1 实验材料与方法

1.1 实验废水

本实验所用的废水为模拟废水和实际生产废水两种.模拟废水采用马铃薯淀粉、尿素、氯化铵、磷酸二氢钾和自来水配置；实际生产废水取自蛋白饲料生产装置.两种废水的主要水质如表1所示.

表1 实验废水水质

项目温度/℃pHCODCr/(mg·L-1)NH3—N/(mg·L-1)模拟废水15～186．5～7．81654～213235～65实际废水15～186．8～7．61760～206949～57

1.2 实验装置和工艺流程

本试验主体装置采用有机玻璃制作.水解酸化反应器上部为柱状(直径28 cm，高度45 cm)，下部为倒圆锥形，总高为53 cm，反应器内设可调式搅拌器一个.两级SBR反应器也为圆柱与倒圆锥结合的形式，总高均为63 cm(倒圆锥部分高度13 cm，直径18 cm).其中，两级SBR反应器底部设有曝气器，进气管设有阀门和流量计.蛋白饲料生产废水处理试验工艺流程如图1所示.

图1 蛋白饲料生产废水处理试验工艺流程

1.3 检测项目及方法[12]

1)化学需氧量(CODCr)：重铬酸钾氧化法；2)溶解氧(DO)：便携式溶解氧测定仪 雷磁JPBJ-608；3)pH: pH计雷磁PHS-3C；4) MLSS：标准重量法；5)NH3—N：酸碱中和滴定法.

2 结果分析与讨论

2.1 水解酸化反应器最佳停留时间的确定

水解酸化反应器启动运行稳定后，测定不同反应时间的处理效果.在进水CODCr分别为2 022、1 912、1 760 mg/L，污泥质量浓度为3.6 g/L，水温为15 ℃的条件下，取样测定不同反应时间的CODCr降解值和pH值变化值，反应时间为6、12、24、36、48、60、72 h时的实验结果如图2、3所示.

图2 水解酸化反应器CODCr随反应时间的变化

图3 水解酸化反应器pH随反应时间的变化

由实验结果可以看出废水进入水解酸化反应器后CODCr呈先快速降低然后升高再逐渐降低的趋势，废水的pH值则随反应时间的增加而降低.6 h时CODCr值出现了一个最低点，主要是由于废水进入反应器后废水中的大分子有机物被活性污泥大量吸附；随后在微生物胞外酶的水解作用下，大分子有机物被分解为小分子重新进入废水中，这也是CODCr在达到一个最低点后又逐渐升高的原因；pH逐渐降低主要是产生的挥发性脂肪酸(VFA)所致[13-14].在停留时间达到36 h左右时CODCr的降低已经不明显，而且随着反应时间的继续增加pH值继续降低.可以看出，在CODCr为2 000 mg/L左右的进水条件下，废水在水解酸化反应器中经过36 h的反应，水解酸化反应器对CODCr的去除作用已不明显.因此，选36 h为最佳停留时间.从实验结果可以看出，在反应时间为36 h，进水CODCr质量浓度为2 022、1 912、1 760 mg/L 的条件下，对应的CODCr去除率可以分别达到34.6%、38.5%、35.7%.

2.2 一级SBR中CODCr和NH3—N去除规律研究

试验废水经过水解酸化反应器的处理后(HRT=36 h)进入一级SBR装置.在进水CODCr为1 205 mg/L，NH3—N为65 mg/L，MLSS为3.2 g/L，曝气量为0.36 m3/h时，一级SBR中的CODCr、DO、NH3—N随曝气时间变化情况如图4所示.

图4 一级SBR中CODCr、DO、NH3—N随曝气时间的变化

从图4可以看出，废水进入一级SBR，经过3 h曝气后CODCr大幅度去除，去除率达到65%；NH3—N在曝气开始2 h内降低速度缓慢，曝气2 h后降低速度明显提高，4 h曝气对应的去除率为33.8%，6 h对应的去除率为44.6%；DO在开始曝气的2 h内始终低于1.5 mg/L，2.5 h后开始快速升高，曝气4 h后达到2.5 mg/L左右的水平.4 h后CODCr的降低已不明显，NH3—N在4 h后的降低效果仍然比较明显，但是一级SBR的曝气动力消耗较高，而且在处理系统中设置该单元的主要目的是去除CODCr，因此，选择3.5 h为一级SBR的最佳HRT.

2.3 二级SBR中CODCr和NH3—N去除规律研究

一级SBR装置的出水进入二级SBR装置，在MLSS=2.4 g/L，曝气量为0.18 m3/h，CODCr为450 mg/L、NH3—N为45 mg/L的条件下，每隔0.5 h测定二级SBR中的CODCr、DO、NH3—N，实验结果如图5所示.

图5 二级SBR中CODCr、DO、NH3—N随曝气时间的变化

由于进入二级SBR的废水CODCr较低，在曝气器1.5 h后，DO便达到了2 mg/L的水平；其中CODCr随曝气时间的增加逐渐降低，在4 h后几乎不再降低；而氨氮在开始的1 h内降低速率缓慢，随后降低速率加快，到4 h时后降低幅度很小.因此二级SBR的最佳HRT取为4 h，对应的CODCr、NH3—N去除率为82%、89.3%.

2.4 最优停留时间下系统连续运行结果

在水解酸化反应器水力停留时间为36 h，一级SBR水力停留时间为3.5 h，二级SBR水力停留时间为4 h，进水CODCr在1 654～2 132 mg/L，NH3—N在35～65 mg/L的条件下，系统连续运行15 d，测定出水的CODCr和NH3—N.运行结果如图6所示.

图6 系统连续运行15 d进出水CODCr和NH3—N变化情况

由实验结果可以看出，各反应器在最佳停留时间运行下，当进水CODCr在1 654 mg/L和2 132 mg/L之间、NH3—N在35 mg/L和65 mg/L之间波动时，系统出水NH3—N<5 mg/L ，CODCr<100 mg/L，系统的抗冲击负荷的能力强，出水水质稳定.处理系统的CODCr总去除率在96%左右，NH3—N的总去除率在92%左右.3 结 论

1)采用水解酸化+两级SBR工艺能够有效地处理蛋白饲料生产废水，在进水CODCr质量浓度在1 654～2 132 mg/L，NH3—N质量浓度在35～65 mg/L时，处理系统对CODCr和NH3—N的去除率分别达到96%和92%；

2)水解酸化反应器对CODCr的去除效率在37%左右，其主要作用是降解大分子的淀粉产生小分子的酸性物质，为SBR处理废水创造有利的条件，其最佳停留时间为36 h；

3)两级SBR对CODCr和NH3—N都有一定的去除作用.其中一级SBR对CODCr的去除效率为65%，去除的CODCr占进水CODCr的38%；NH3—N的去除效率为33.8%，NH3—N去除量占总NH3—N的33.8%；二级SBR对CODCr的去除效率为82%，去除的CODCr占进水CODCr的25%；NH3—N的去除效率为89.3%，NH3—N去除量占总NH3—N的66.2%.

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Treatment of protein feed production wastewater by hydrolysis acidification and two-stage SBR process

QI Pei-shi, LI Peng-jie, LIU Yun-zhi

(State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment,Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

By the experiment of treatment to the protein feed production wastewater with hydrolysis acidification and two-stage SBR wastewater process, the optimal HRT of hydrolysis acidification reactor was determined. Also the law of variation on CODCr, NH3—N and DO of the two-stage SBR reactor was studied. Experimental results showed that when the influent’s CODCrranged between 1 654 and 2 132 mg/L, NH3—N ranges between 35 and 65 mg/L, and the treatment effect of the process was well. CODCr in the effluent is below 100 mg/L with a removal rate of 96%, and NH3—N in the effluent was below 5 mg/L with a removal rate of 92%. The process has a good effluent quality which meets the discharge standard of water pollutants for starch industry.

hydrolysis acidification; SBR; protein feed production wastewater; wastewater treatment

2014-10-25.

国家重大水专项(2013ZX07201007-005-03)； 城市水资源与水环境国家重点实验室(2013DX06)

祁佩时(1955-)，男，博士，教授，研究方向：污水厌氧微生物处理、稳定的新型厌氧反应器的研制与开发、污泥减量化和资源化利用.

X703

A

1672-0946(2015)03-0308-03