生活污水SBR处理工艺运行条件优化实验研究.docx
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生活污水SBR处理工艺运行条件优化实验研究
摘要：
采用模型SBR反应器对生活污水SBR处理工艺的运行条件进行了实验研究。
实验结果表明，SBR法对有机物有很好的去除效果，处理后出水COD达到国家一级排放标准，最佳工艺运行条件为曝气时间1.5h，缺氧时间3h，沉淀时间1h，排水时间0.5h，周期5h；交替式曝气；pH为6.5~7.5。
关键词：
生活污水序批式活性污泥法优化工艺参数
随着我国城市化的不断发展，生活污水的排放量越来越大，与之相应,对城市污水处理设施的需求也越来越大，寻求高效、经济、稳定的生活污水处理设施已经成为水处理技术的发展热点[1]。
序批式活性污泥反应器（SequencingBatchReactor,SBR）由于工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、节省费用、耐冲击负荷强以及能够脱氮除磷等优点，深受中小城市污水处理单位的欢迎[2~4]。
但是，由于传统SBR工艺是分批地处理污水，处理水量受到限制，因此有必要对其工艺条件进行优化，合理缩短处理时间。
本试验主要考察不同曝气工况与处理效果的关系，研究有机物的降解规律，寻求最短的处理时间，确定SBR运行的最佳方式。
1试验装置与方法
1.1试验装置
①反应器②搅拌机③出水阀④微孔曝气管⑤排泥阀
⑥潜水泵⑦进水阀⑧曝气阀⑨原水箱⑩鼓风机
模型反应器用有机玻璃制成，尺寸为：
40cm×40cm×50cm，总容积80L，有效容积50L，由鼓风机提供空气，两根微孔管曝气，空气转子流量计控制气流量；电机搅拌，电子调压器控制搅拌速度。
进水和出水人工控制，反应、沉淀和空置各周期时间人工控制。
1.2试验菌种和污水水质
试验所用的活性污泥菌种取自广州猎德污水厂回流污泥，经过20d驯化之后而得到试验用活性污泥。
试验用污水成分水质见表1。
表1 人工配水成分水质表
成分
浓度（mg/L）
水质指标
数值
淀粉
50
COD（mg/L）
179~508
葡萄糖
100
pH
6.5~7.5
磷酸二氢钾
6.58
温度（℃）
19~25
氯化铵
28.66
1.3试验方法
COD的测定采用快速催化氧化法。
试验采用经典SBR运行方式，即由进水、反应、沉淀、排水、闲置5个工序构成一个周期。
试验分以下4个部分：
（1）通过控制体系在不同的曝气工况下运行，监测有机物的降解效果，找出最佳曝气工况；
（2）研究COD随时间的降解规律；（3）通过测定不同沉淀时间下的沉淀效果，确定最佳沉淀时间；（4）研究pH对反应的影响，确定体系运行的适宜pH范围。
2结果与分析
2.1曝气工况参数选择试验
表2曝气因素试验
工况
时间（h）
好氧
缺氧
总反应历时
沉淀历时
1
4
4
8
1
2
4
3
7
1
3
3
4
7
1
4
2.25
4.25
6.5
1
5
3
3
6
1
6
1.5
4.5
6
1
7
2
3
5
1
8
1.5
3
4.5
1
9
1.5
2.5
4
1
10
1
3
4
1
11
1
3
4
1
试验目的是找出SBR工艺运行过程中影响COD去除率的主要因素及确定较理想的运行方式组合。
在试验中，选取曝气时间、缺氧时间、总反应时间等影响处理效果的主要因素进行试验，各因素的取值见表2；以COD的去除率为考核指标，试验结果见表3。
表3曝气因素试验结果
工况
进水COD（mg/L）
出水COD（mg/L）
COD去除率（%）
1
240.74
35.65
85.19
2
460.76
37.05
91.96
3
179.65
35.76
80.09
4
356.02
43.74
87.71
5
460.76
38.40
91.67
6
482.85
40.17
91.68
7
436.14
50.52
88.42
8
508.61
45.42
91.07
9
445.47
46.27
89.61
10
482.85
45.76
90.52
11
474.03
49.31
89.60
从试验结果得知，上述影响SBR工艺处理效果的因素从主到次依次为曝气时间、缺氧时间。
曝气时间是影响处理效果最主要的因素。
结果表明，曝气1h，缺氧3h，COD去除率即可高达90%以上，这说明在SBR工艺中，COD能在较短的曝气时间内去除;各工况的出水都在35~51mg/L，均低于国家一级排放标准（城镇二级污水处理厂COD排放标准为60mg/L,GB8978-1996）。
曝气4hCOD去除率可高达91.96%，但太长的反应时间会影响处理量、且在节能降耗方面不可取，因而曝气时间不能太长。
由试验得出的最佳曝气工况为曝气1.5h，缺氧3h，总反应时间4.5h。
2.2 COD随时间的降解规律
试验中采用瞬间进水的方式，曝气与缺氧交替进行，曝气时间2h，缺氧时间3h，总反应时间5h，在反应时间分别为0（进水），1、2、3、4、5h取样100mL，均沉淀1h后再测定COD。
共进行了二组试验，结果见表4和图2。
表4 COD降解过程试验结果 mg/L
反应时间（h）
0
1
2
3
4
5
组次1
440.00
161.50
108.17
64.37
54.25
50.52
组次2
508.61
162.33
88.48
50.33
45.42
47.58
由图2可见，在反应开始的1h内，COD降低迅速，这是由于活性污泥的吸附作用和微生物经闲置期活性恢复到最大，产生较大的降解速率。
1h后由于底质浓度越来越小，反应速率越来越慢。
到5h时COD下降到50mg/L以下，COD去除率达到88%以上。
为进一步确定最佳总反应时间，进行了对比试验，试验组次安排及试验结果见表5。
表5 总反应时间参数试验
好氧（h）
缺氧（h）
总反应时间（h）
进水COD（mg/L）
出水COD（mg/L）
去除率 （%）
4
4
8
240.74
35.65
85.19
4
3
7
460.76
37.05
91.96
2.25
4.25
6.5
356.02
43.74
87.71
1.5
4.5
6
482.85
40.17
91.68
2
3
5
436.14
50.52
88.42
1.5
3
4.5
508.61
45.42
91.07
1
3
4
482.85
45.76
90.52
从表5可见，4h以上的处理时间得到的处理效果并无明显差别。
为节约处理时间，增大系统的处理水量，应把总反应时间控制在5h内。
综合以上两方面试验结果，把总反应时间确定为4~5h，具体可根据进水浓度和出水要求进行选择。
2.3最佳沉淀时间选择试验
分别在曝气3h和4h后，开始沉淀并计时，分别于15、25、40、55、65、80、100、120min在反应器中取样，取样位置为水面以下3cm。
然后，测试上清液的COD浓度。
在运行过程中污水的pH基本保持在中性范围，同时存在一定的波动，这是由于反应器内好氧和缺氧交替出现，微生物降解有机物分别生成不同的产物，缺氧状态下微生物降解有机物不彻底，生成有机酸，使pH降低；曝气时有机酸降解完全，生成CO2逸出水面使pH有一定程度的恢复。
2.4 体系运行的适宜pH范围
为确定体系运行的适宜pH范围，进行一系列试验，瞬间进水，曝气时间1.5h，缺氧时间2.5h，总反应时间4h，曝气分3个阶段，每个阶段30min，沉淀时间1h。
控制pH为5、6、7、8、9，试验结果如表7所示。
表7 pH范围选择试验
pH
5.05
6.11
7.05
8.01
8.99
进水COD（mg/L）
575.80
477.24
445.47
240.54
562.67
出水COD（mg/L）
131.60
75.37
46.27
61.01
113.32
污水呈中性有利于微生物降解有机物，试验结果显示体系运行的适宜pH范围为6.5~7.5。
3结 论
在本试验中，SBR的处理效果好，在最优工艺运行条件下，出水COD为45.42mg/L,达到国家一级排放标准，COD的去除率高达91.07%。
在曝气3h的条件下，可得到COD为38.4mg/L的良好出水水质。
本试验得到的COD降解规律为：
在反应开始的1h内，COD迅速降低，1h后由于底物浓度越来越小，反应速率越来越小，到5h降解反应基本结束。
本试验得到的SBR最优工艺运行条件为：
曝气时间1.5h，缺氧时间3h，沉淀时间1h，排水时间0.5h，周期5h；交替式曝气；pH为6.5~7.5。
该工艺条件周期短，有利于处理更多的污水；同时采用交替式曝气，提高了空气利用率，曝气时间短，节约气量。
工业废水的处理技术介绍
在宝安范围内的企业，主要分布在电子、塑胶、电镀、五金、印刷、食品、印染等行业。
从废水的排放量和对环境污染的危害程度来看，电镀、线路板、表面处理等以无机类污染物为主的废水和食品、印染、印刷及生活污水等以有机类污染物为主的废水是处理的重点。
本文主要介绍几种比较典型的工业废水的处理技术。
一、表面处理废水
1.磨光、抛光废水
在对零件进行磨光与抛光过程中，由于磨料及抛光剂等存在，废水中主要污染物为COD、BOD、SS。
一般可参考以下处理工艺流程进行处理：
废水→调节池→混凝反应池→沉淀池→水解酸化池→好氧池→二沉池→过滤→排放
2.除油脱脂废水
常见的脱脂工艺有：
有机溶剂脱脂、化学脱脂、电化学脱脂、超声波脱脂。
除有机溶剂脱脂外，其它脱脂工艺中由于含碱性物质、表面活性剂、缓蚀剂等组成的脱脂剂，废水中主要的污染物为pH、SS、COD、BOD、石油类、色度等。
一般可以参考以下处理工艺进行处理：
废水→隔油池→调节池→气浮设备→厌氧或水解酸化→好氧生化→沉淀→过滤或吸附→排放
该类废水一般含有乳化油，在进行气浮前应投加CaCl2破乳剂，将乳化油破除，有利于用气浮设备去除。
当废水中COD浓度高时，可先采用厌氧生化处理，如不高，则可只采用好氧生化处理。
3.酸洗磷化废水
酸洗废水主要在对钢铁零件的酸洗除锈过程中产生，废水pH一般为2－3，还有高浓度的Fe2＋，SS浓度也高。
可参考以下处理工艺进行处理：
废水→调节池→中和池→曝气氧化池→混凝反应池→沉淀池→过滤池→pH回调池→排放
磷化废水又叫皮膜废水，指铁件在含锰、铁、锌等磷酸盐溶液中经过化学处理，表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜，作为喷涂底层，防止铁件生锈。
该类废水中的主要污染物为：
pH、SS、PO43－、COD、Zn2＋等。
可参考以下处理工艺进行处理：
废水→调节池→一级混凝反应池→沉淀池→二级混凝反应池→二沉池→过滤池→排放
4.铝的阳极氧化废水所含污染物主要为pH、COD、PO43－、SS等，因此可采用磷化废水处理工艺对阳极氧化废水进行处理。
二、电镀废水
电镀生产工艺有很多种，由于电镀工艺不同，所产生的废水也各不相同，一般电镀企业所排出的废水包括有酸、碱等前处理废水，氰化镀铜的含氰废水、含铜废水、含镍废水、含铬废水等重金属废水。
此外还有多种电镀废液产生。
对于含不同类型污染物的电镀废水有不同的处理方法，分别介绍如下：
1.含氰废水
目前处理含氰废水比较成熟的技术是采用碱性氯化法处理，必须注意含氰废水要与其它废水严格分流，避免混入镍、铁等金属离子，否则处理困难。
该法的原理是废水在碱性条件下，采用氯系氧化剂将氰化物破坏而除去的方法，处理过程分为两个阶段，第一阶段是将氰氧化为氰酸盐，对氰破坏不彻底，叫做不完全氧化阶段，第二阶段是将氰酸盐进一步氧化分解成二氧化碳和水，叫完全氧化阶段。
反应条件控制：
一级氧化破氰：
pH值10～11；理论投药量：
简单氰化物CN-:
Cl2=1:
2.73，复合氰化物CN-:
Cl2=1:
3.42。
用ORP仪控制反应终点为300～350mv，反应时间10～15分钟。
二级氧化破氰：
pH值7～8（用H2SO4回调）；理论投药量：
简单氰化物CN-:
Cl2=1:
4.09，复合氰化物CN-:
Cl2=1:
4.09。
用ORP仪控制反应终点为600～700mv；反应时间10～30分钟。
反应出水余氯浓度控制在3～5mg/1。
处理后的含氰废水混入电镀综合废水里一起进行处理。
2.含铬废水
含六价铬废水一般采用铬还原法进行处理，该法原理是在酸性条件下，投加还原剂硫酸亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫等，将六价铬还原成三价铬，然后投加氢氧化钠、氢氧化钙、石灰等调pH值，使其生成三价铬氢氧化物沉淀从废水中分离。
还原反应条件控制：
加硫酸调整pH值在2.5～3，投加还原剂进行反应，反应终点以ORP仪控制在300～330mv，具体需通过调试确定，反应时间约为15-20分钟。
搅拌可采用机械搅拌、压缩空气搅拌或水力搅拌。
混凝反应控制条件：
PH值：
7～9，反应时间：
15～20分钟。
3.综合重金属废水
综合重金属废水是由含铜、镍、锌等非络合物的重金属废水以及酸、碱前处理废水所组成。
此类废水处理方法相对简单，一般采用碱性条件下生成氢氧化物沉淀的工艺进行处理。
处理工艺流程如下：
综合重金属废水→调节池→快混池→慢混池→斜管沉淀池→过滤→pH回调池→排放
反应条件一般控制在pH值9～10，具体最佳pH条件由调试时确定。
反应时间快混池为20～30分钟，慢混池10～20分钟。
搅拌方式以机械搅拌最好，也可用空气搅拌。
4.多种电镀废水综合处理
当一个电镀厂含有多种电镀废水，如含氰废水、含六价铬废水、含酸碱、重金属铜、镍、锌等综合废水，一般采取废水分流处理的方法，首先含氰废水、含铬废水应从生产线单独分流收集后，分别按照上述对应的方法对含氰、含铬废水进行处理，处理后的废水混入综合废水中与其一起采用混凝沉淀方法进行后续处理。
处理工艺流程如下:
含氰废水→调节池→一级破氰池→二级破氰池→综合废水池
含铬废水→调节池→铬还原池→综合废水池
综合废水→综合废水池→快混池→慢混池→斜管沉淀池→中间池→过滤器→pH回调池→排放
三、线路板废水
生产线路板的企业在对线路板进行磨板、蚀刻、电镀、孔金属化、显影、脱膜等的工序过程中会产生线路板废水。
线路板废水主要包括以下几种：
化学沉铜、蚀刻工序产生的络合、螯合含铜废水，此类废水pH值在9～10，Cu2＋浓度可达100～200mg/l。
电镀、磨板、刷板前清洗工序产生的大量酸性重金属废水（非络合铜废水），含退Sn/Pb废水，pH值在3～4，Cu2＋小于100mg/l，Sn2＋小于10mg/l及微量的Pb2＋等重金属。
干膜、脱膜、显影、脱油墨、丝网清洗等工序产生较高浓度的有机油墨废液,COD浓度一般在3000～4000mg/l。
针对线路板废水的不同特点，在处理时必须对不同的废水进行分流，采取不同的方法进行处理。
1.络合含铜废水（铜氨络合废水）
此类废水中重金属Cu2＋与氨形成了较稳定的络合物，采用一般的氢氧化物混凝反应的方法不能形成氢氧化铜沉淀，必须先破坏络合物结构，再进行混凝沉淀。
一般采用硫化法进行处理，硫化法是指用硫化物中的S2－与铜氨络合离子中的Cu2＋生成CuS沉淀，使铜从废水中分离，而过量的S2－用铁盐使其生产FeS沉淀去除。
反应条件的控制要根据各厂水质的不同在调试中确定。
一般在加硫化物等破络剂之前将pH值调到中性或偏碱性，防止硫化氢的生成，也有的将pH值调到略偏酸性。
硫化物的投药量根据废水中铜氨络离子的量来确定，一般投放过量的药。
在破络池安装ORP仪测定，当电位达到－300mv（经验值）认为硫化物过量，反应完全。
对过量的硫化物采用投加亚铁盐的方法去除，亚铁的投加量根据调试确定，通过流量计定量加入。
破络池反应时间为15～20分钟，混凝反应池反应时间为15～20分钟。
2.油墨废水
脱膜和脱油墨的废水由于水量较小，一般采用间歇处理，利用有机油墨在酸性条件下，从废水中分离出来生产悬浮物的性质而去除，经过预处理后的油墨废水，可混入综合废水中与其一起进行后续处理，如水量大可单独采用生化法进行处理。
当废水量少时，反应池内的油墨颗粒物在气泡上浮力的作用下浮出水面形成浮渣，可以用人工方法撇去；当水量大时，可用板框压滤机脱水，也可在撇渣后进行生化处理，进一步去除COD。
3.线路板综合废水
此类废水主要包括含酸碱、Cu2＋、Sn2＋、Pb2＋等重金属的综合废水，其处理方法与电镀综合废水相同，采用氢氧化物混凝沉淀法处理。
4.多种线路板废水综合处理
当一个线路板厂含有以上几种线路板废水时，应将铜氨络合废水、油墨废水、综合重金属废水分流收集，油墨废水进行预处理后，混入综合废水中与其一起进行后续处理，铜氨络合废水单独处理后进入综合废水处理系统。
处理工艺流程如下：
铜氨络合废水→调节池→破络反应池→混凝反应池→斜管沉淀池→中间水池
有机油墨废水→酸化除渣池→排入综合废水池
综合废水→综合废水池→快混池→慢混池→斜管沉淀池→中间池→过滤器→pH回调池→排放
四、常见有机类污染物废水的处理技术
1.生活污水
较常用的生活污水处理方法是A2/O法，处理工艺流程如下：
生活污水→格栅池→调节池→厌氧池→缺氧池→好氧池→混凝反应池→沉淀池→排放
2.印染废水
此类废水水量大、色度高、成分复杂，一般可采取水解酸化－接触氧化－物化法处理印染废水。
处理工艺流程如下：
印染废水→调节池→混凝反应池1→斜沉池→水解酸化池→接触氧化池→氧化反应池→混凝反应池2→二沉池→中间池→过滤器→清水池→排放
3.印刷油墨废水
此类废水特点是水量小、色度深、SS和COD等浓度高。
可参考以下处理工艺：
水墨废水→调节池→混凝气浮池→水解酸化池→接触氧化池→混凝反应池→斜沉池→氧化池→过滤器→清水池→排放
摘 要：
本文介绍了水解－酸化工艺的基本原理，综述了水解－酸化作为难生物降解有机物废水预处理工艺的应用情况及处理效果；分析了影响难降解有机物水解－酸化处理效果的部分因素；阐述了用水解－酸化预处理的方法对处理难生化降解的有机废水是一种有效的手段.
关键词：
污水处理；难降解有机物；水解－酸化
1 前言
难降解的有机化工污水处理，是环保高新产业技术中的一部分。
污水处理的本质是采用各种技术手段将污水中的污染物质分离出来，或将其转化为无害的物质，使之得到净化。
在污水中，存在着各种有机物和无机物，难降解有机物是指在一般生化处理过程中不能分解且对生化反应有抑制或毒害作用的有机物，如有机农药、多氯联苯等。
国内外处理难降解的有机物通常有两类方法，一类是采用吹脱、吸附、膜分离、氧化、焚烧、电化学处理等物理化学法；另一类是立足于生化法，通过预处理或生物处理的一些强化手段，提高生物对难降解有机物的分解能力。
近年来，国内外的环保科研人员研究了一种介于厌氧和好氧之间的水解－酸化工艺，作为难降解有机物的预处理工艺，它对提高后续生化处理的能力有显著效果。
2 水解－酸化工艺机理
2.1水解－酸化工艺的基本原理
水解－酸化工艺可以从有机物的厌氧分解过程的分析得出。
有机物的厌氧分解一般可以分解为三个阶段，第一阶段是由兼性细菌产生的水解酶类将大分子物质或不溶性物质水解成低分子可溶性的有机物，这一阶段主要是促使有机物增加溶解性。
第二阶段为产酸和脱氢阶段。
它把水解形成的溶性小分子由产酸菌氧化成为低分子的有机酸等，并合成新的细胞物质。
第三阶段是由产甲烷细菌把第二阶段的产物进一步氧化成甲烷、二氧化碳等，并合成新的细胞物质。
难降解的有机化合物通常都是一些大分子的有机化合物、纤维素等，这类污染物的降解首先要经过水解过程，而好氧微生物的水解能力很弱，致使有机物降解缓慢。
［１］厌氧生物处理恰恰利用了水解－酸化阶段，使一些难降解的物质得到降解。
只要适应水解－酸化的微生物菌群生成，就可以使一些难降解的物质得到降解。
1967年，人们发现氯代烃在厌氧条件下可以脱氯而分解为较易生物降解的中间体。
［2］在水解和酸化阶段，主要微生物为水解菌和产酸菌，他们均为兼性细菌，利用水解菌和产酸菌，将大分子、难降解的有机物降解为小分子有机物，改善废水的可生化性，为后续处理创造有利条件。
2.2 水解－酸化预处理工艺的特点
水解和酸化处理过程不需要曝气但又不绝对厌氧,它不以产甲烷为目标,仅是厌氧处理的中间过程.与完全厌氧工艺相比,有如下特点:
（1）难降解的有机废水经水解－酸化处理后，BOD5／CODcr比值，有明显的提高；
（2）不需要严格的厌氧条件，工艺运行比较稳定，对环境温度在15℃～３５℃之间、pH在6.5～9.0之间的变化范围内不很敏感，便于操作控制；
（3）相对厌氧处理而言，水力停留时间短，对工业污水中的有机污染物，根据其分子结构、分子量大小，水解反应一般在4－12h完成。
所需反应器体积较小，可节省工程投资；
（4）水解和产酸菌的繁殖速度比产甲烷菌快，驯化培养时间较短。
采用软性纤维填料的膜法水解－酸化生物工艺，由于生物量大、容积负荷高，能适应进水CODcr浓度的变化，且抗冲击负荷的能力也较强。
（5）水解－酸化池不产生厌氧反应那样的臭味，它可以设计成敞开式。
水解－酸化池的设计深度要尽量深一点，在4－8m之间。
3 水解－酸化预处理的应用
南京某化工厂的生物膜水解－酸化和生物膜好氧曝气、塔式活性污泥法串并联工艺组合，在处理难生化降解的有机混合废水中取得了较好的效果。
其混合的化工废水组成见表1。
从表中可以看出，该混合废水中水质复杂，较难生化处理的硝基苯、硝基氯苯、含防老剂RD的氨基类废水、防老剂4020含酮废水等占有较大的比例，占总水量的80％以上，他们对好氧生物污泥中的微生物能产生抑制作用和毒害作用。
没采用生物膜水解－酸化工艺时的BOD／COD值比在0.2－0.26之间，而采用生物膜水解－酸化工艺后，在水解菌和产酸菌的作用下，大分子有机物降解为酸性小分子的物质，难溶解的含防老剂RD的氨基废水水解后，其溶解度有较大幅度的提高，便于生化处理。
硝基苯在好氧生化处理时，降解效果差，但在缺氧水解－酸化的条件下，硝化废水中的硝基可部分转化为胺基。
而苯胺废水的可生化性强于硝基苯废水，从而使混合污水中的难于生物降解的物质转为易生物降解的物质，BOD/CODcr的比值升高到0.3以上，提高了难生化降解污水的可生化性。
该厂的研究部门用上海科技大学SKW－3型瓦勃式呼吸仪对难生化处理的硝基氯苯、混合污水等废水进行了采用生物膜水解－酸化处理前后可生化性的测定。
其中，硝基氯苯废水的水质情况如表2。
3.1 试验原理
3.1.1 污泥培养及驯化
取该厂污水处理车间成熟污泥置于1000mL量筒中，用小型充氧泵供氧。
培养期间，每天投加氮、磷营养物以增加污泥数量；培养结束后进行驯化，每天去除上清液，加入稀释的废水以提高污泥对废水的适应性，提高污泥中微生物对废水中有机物的降解能力。
控制稀释废水的COD浓度在300－500ppm。
3.1.2 试验
试验前一天空曝一天，使污泥处于内源呼吸阶段。
整个过程约需10～15天。
废水与驯化后的污泥置于密闭的反应瓶中，并与检压管相连接，经振荡，污泥与水充分接触后起反应，污泥中的微生物将大分子有机物将降解成小分子化合物，最终将之分解成二氧化碳、水、NOX，降解过程中消耗反应瓶中的氧气，生成的
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