SBR工藝動力學研究與工程應用李宇慶陳玲趙建夫同濟大學污染控制與資源化研究國家重點實驗室上海200092)摘要棉漿粕廢水組分較為復雜治理具有一定的技術難度采用兩相厭氧、序批式活性污泥法和物化處理組合工藝取得了較好的效果。生產運行結果表明SBR工藝對 COD BOI的去除效率分別達到40%~57%和55%~70%。在水溫自然變化情況下測定了好氧SBR單元的生化動力學參數(shù)并與已有文獻報道的紙漿和造紙廢水的測定結果進行了比較表明棉漿粕廢水經兩相厭氧處理后的岀水更易于生化處理但仍屬較難好氧生化處理廢水。關鍵詞兩相厭氧序批式活性污泥法棉漿粕廢水動力學參數(shù)生產性試驗Dynamic study of SBR and the engineering applicationLi Yu-qing, Chen Ling Zhao Jian-fuState Key of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University, Shanghai 200092, ChinaAbstract: Pulp wastewater is comparatively complicated and there are some difficulties in thetreatment. Favorable result has been got when using the two-stage anaerobic sequencing batch reactor(SBR ) and physico-chemical combined technology. It is indicated in practice that COD, BOD removalrate can be up to 40%0-57%0 and 55%0-70%0 in SBR respectively. Kinetic constants were determinedunder the naturally changed temperature of the wastewater. Compared with the experimental resultsreported in the literature about the paper pulp mill wastewater, it indicated that the effluent of the two-stage anaerobic system was more biodegradable than the raw paper pulp mill wastewater, but it stillbelonged to the hard-to-biodeg radable wastewaterKeywords: Two-stage anaerobic i Sequencing batch reactor i Pulp wastewater i Kinetic constantsFull-scale plant experiment漿粕由自然界含有纖維素的植物如木材、棉工程運行效果均不夠理想大多很難穩(wěn)定地滿足達短絨羥化學加工提純而得。國內企業(yè)大多使用棉標排放的要求。籽表面的棉短絨為原料通過堿法制漿工藝生產棉1處理工藝及主要構筑物漿粕。制漿過程中產生的主要污染物是沖漿工段排針對棉漿粕廢水治理難度較大國內尚無成熟岀的高濃度黑液其次是打漿、濃縮和漂洗工段排岀的達標處理技術本實驗室在試驗硏究的基礎上采的中、低濃度廢水。棉漿粕生產廢水產生量大產污用兩相厭氧水解酸化-UBF廂序批式活性污泥法負荷高且廢水中污染物成分復雜殘堿量高主要(SBR泩物處理結合物化處理的技術方案對河南污染物為纖維素、半纖維素、木質素果膠、蠟質、單省某中國煤化工進行處理具體工藝流寧與脂類等物質是一種很難處理的高濃度高色程見CNMHG度有機廢水生化性較差其BOD/COD一般在0.3女處埋⊥藝小看生廣過程污染控制與末端治理左右目前國內還缺乏有效的處理方法。國內化纖相結合的治理原則實行清污分流措施對高濃度黑企業(yè)與科研單位合作探討了多種治理方案但實際液進行單獨預處理最大限度地減少綜合廢水處理給水排水Vol.30No.9200463回流污泥高濃度廢水于設計和運行控制的關鍵之一是獲得應用條件下調節(jié)池}初沉池}一[水解池}沉淀池集水池的模型參數(shù)值。目前研究的參數(shù)估計方法有試驗測++[除十[淀+四時圖定模型擬合試驗數(shù)據(jù)和系統(tǒng)辨識2.由于機理模鼓風機其他度水型的參數(shù)都有明確的物理意義只要根據(jù)具體情況水機房![水池}一空孔旋流反應池}[斜管沉淀池}設計試驗程序,多數(shù)參數(shù)可用試驗方法直接測得。根據(jù)文獻報道,試驗測得的精度能夠滿足工程應用圖1棉漿粕廢水處理工藝流程的要求。本文采用現(xiàn)場試驗測定的方法確定模型參系統(tǒng)的處理負荷以節(jié)省投資和降低運行成本。此數(shù)值工藝將生產過程清污分流出的以棉漿黑液為主的高2.1試驗條件和測試方法濃度有機廢水進行厭氧預處理處理出水和其它低SBR池共4座,共配SL-600散流式曝氣頭濃度廢水混合形成綜合廢水并對其進行好氧和物1152個SB-250型伸縮管潷水器16個單池運行化處理最終使全部廢水處理后達標排放。周期T=12h采用非限制曝氣運行方式其中進水原水水質情況為:COD55007300mg/L,t=2h臊氣tR=6h靜止沉淀ts=1h排水tDBOD1800~3100mg/Lss1800~2600mg/L3K(排泥在排水過程中進行)選用6臺RE-250型pH9~11色度1800~3400倍。工程設計處理規(guī)羅茨風機P=58.8kPa,Q=74.5m3/min,N=110模為13000m3/d,于1999年底竣工,2000年元月kW)A用2備單池最大供氣量Q=72m3/min生化處理系統(tǒng)啟動,2000年7月全流程試運行DO=0.5~2mg/l。單池間歇運行4池系統(tǒng)交替2001年2月環(huán)保達標驗收至今運行正常達到了運行,系統(tǒng)形成連續(xù)運行。SBR池啟動時分批投河南省環(huán)保局對其規(guī)定的排放要求:COD≤2350入好氧脫水污泥。至4個月時投入含水率75%左mg/LBOD≤102mgL,ss≤148mg/LH6~9右的污泥200t。至7個月時,COD去除率為40%色度50倍。其廢水和污泥處理系統(tǒng)中主要構筑物、~57%,BOD去除率為55%~70%SBR池進水相關設備及實際運行參數(shù)見表1COD1500~2400mg/LBOD400~600mg/L污2動力學參數(shù)的測定泥濃度維持在MLSS5500~6500mg/L,把描述SBR工藝非穩(wěn)態(tài)過程的數(shù)學模型應用 MLVSS1800~2100mgL。試驗測試是從4池中表1主要構筑物、相關設備及實際運行參數(shù)序號名稱數(shù)量/座工藝尺寸/m運行參數(shù)設備名稱規(guī)格設備數(shù)量調節(jié)池30×20×4Ho 2.5 m HRT 6 h初沉池10×10×6HRT 2, 4 h水解池30×20×55HRT12h,N,4-4.3 kgCOD(m3d)潛水攪拌機Qwo75沉淀池I12×4HRT 2. 25 h中心傳動刮泥機PN22臺UBF罐HRT36h,N.09-12kgOD(m2)孔板流量計沉淀池Ⅱ2HRT 2.25 h中心傳動刮泥機PN122臺綜合調節(jié)池Ho 2.5 m HRT 5.6hSBR池45×18×5.5單池運行周期12h鼓風機JSE200-72.76臺穿孔旋流反應池28×12×5HRT O,5 h沉淀池HRT 2 h斜管沉淀池20×70×3HRT 2 h中國煤化工50m240m濃縮池16×16×6HRT 24 hCNMHG36×15×6∠mmu120m3板框各2臺注表中H。為有效水深序號10表示企業(yè)原有的輻流式沉淀浟圖1中未標岀)序號11表示1999年改擴建后新建的斜板沉淀池兩沉淀池并聯(lián)運行64給水排水Vl.30No.92004選1池作為本次試驗研究對象。表2動力學參數(shù)測定結果基于生化反應動力學試驗方法供試驗用反應編號項目1h1.5h2h25h3h3.5h4.5h器分為積分反應器和微分反應器。動力學參數(shù)估算BOD/mg/L171.5145有積分法和微分法兩大類,SBR是間歇操作反應1/comg471.4143143811229135413104器屬積分反應器范疇。描述SBR裝置反應過程中MLVSS mg/L1864188018961911192620011802微生物和基質濃度變化規(guī)律的是一階非線性微分方水溫T/℃30.530.53029.529程不能完全由積分法求岀解析解常用龍格-庫塔BOD/mgL1583132.5107482.7cOD/mg/L12591246.61231.61203.5117281190.21149法求其數(shù)值解3。在此估算動力學參數(shù)采用積分法MLVSS/mg/L18731891905192019516991659較為困難故采用微分法并輔之以線性化作圖更為水溫T/℃303029.52928.5285方便4本次動力學參數(shù)測定試驗采用微分法原BOD/mg/理即在不同的時間狀態(tài)下測定基質和微生物濃度,COD/mg/L1892175441658.11754.41658.1520.515544按照 Monod生化反應動力學方程確定參數(shù)值53MLVSS/mg/L 1 88089619121927194219111786為消除進水階段帶入大量懸浮物和膠體物質對測定水溫T/℃3130.530.53029.529,.529結果的影響,本試驗從反應期開始1h后每隔30BOD/mgL183.3157.2131.7106.882.4min取樣一次共取5次測定項目包括 COD,BODCO/mgL1836.917881754.4173.61816.31898.91912.6MLVSS mg/L186918851901196193117511611MLSS, MLVSS SⅤ和水溫T。具體測定方法采用水溫r/℃29.529.52928.528.5282.5統(tǒng)一國標與推薦方法6BOD/mg/L186160134.6102.2試驗結果和計算s/co/mg1820.31740.61685.6164.216031471.31420.5在SBR好氧系統(tǒng)穩(wěn)定運行一段時間后即開始9231938181116動力學參數(shù)測定試驗測定期間SBR池水溫自然變水溫T/℃28.528.52827.527化范圍為27~31℃整個試驗共測得5組數(shù)據(jù),試K—衰減系數(shù)d-1驗結果見表2。由式1)式(2廂表2中數(shù)據(jù)可得到如圖2根據(jù) Monod生化反應動力學方程式7圖5所示直線通過最小二乘法計算求得水溫自然1X△tks11變化范圍為T=27~31℃時動力學參數(shù)v0.7~0.91 mobOd/( moss d),Ks=15.5~20.41X2-X1KX△(2)mg BOD/L, y=0.66-0.69 mg vSS/mgBOD, Kd=0.031~0.041d-1,Vmx=0.52~0.74 moOD式中V——基質比去除速率 mgBOD( mg vss d)( mgvss d x字母上標帶者表示基質濃度以CODX—曝氣反應階段污泥平均濃度 mg VSs/L,計計,下同),K14.2 mgCOD/Δ——相鄰兩取樣點時間間隔,d本試驗取r=0.38-0.45 mg VSS/mgCoD, kd=0. 021△t=30min0.029d-。S1,S2曝氣反應階段相鄰兩時間點上前、后兩3結論點混合液基質濃度 mebo/L1屎采用兩相厭氧-SBR法處理棉漿粕廢水Ks——飽和常數(shù) mebO/L在國內尚屬首創(chuàng)匯工程實踐表明采用兩相厭氧、序基質最大比去除速率, mobO/批式活性污泥法和物化處理組合工藝取得了較好的(mgvss d)效果由P工鹽對灬n、BOD的去除效率分0——生物固體平均停留時間d中國煤化別達70%。X1,X2——曝氣反應階段相鄰兩時間點上前、后兩CNMHG工藝的生產性試驗點混合液活性污泥濃度 mg vss,/L測定可得到其動力學參數(shù)值對基質濃度以BODY—產率系數(shù) ,mgvss/ mobod和COD計的兩套試驗數(shù)據(jù)進行線性回歸求得相關給水排水Vol.30No,9200465169(3勵力學參數(shù)的影響因素主要有水質、微生物種類和溫度等而產率系數(shù)Y主要受廢水中底物組成的影響8棉漿粕廢水Y值較小則說明降解單160◆測定序列1■測定序列2位質量有機物產泥量較少滾減系數(shù)Kd反映了微▲測定序列3·測定序列4生物內源呼吸速率的大小;基質最大比去除速率測定序列5V灬和飽和常數(shù)Ks的大小反映了廢水可生化的難易程度。對照其它類似廢水如紙漿和造紙廢水(傳00050.0070.0090.0110.013001500170.019I/S//mg BOD統(tǒng)活性污泥法)動力學參數(shù)Y=0.76,Kd法確定Ks,Vm0.01691與本次試驗測定值Y和K范圍有所不同。從上述測定結果與分析可知經兩相厭氧處理0.4200.415后的棉漿粕廢水雖比一般紙漿和造紙廢水具有更0.410好的可生化處理性但仍屬較難降解的有機廢水。04050.395◆測定序列參考文獻0.385▲測定序列31周曉東,劉益貴.物化-生化組合工藝處理化纖廠漿粕綜合廢0.380水.環(huán)境工程,2001,192):10-110.375測定序列52黃勇,王寶貞,等.生物處理動力學參數(shù)測定研究,中國環(huán)境科0.3700.600610.620630.640.650.660670.68學,1996,16(2):123-127△SX△r) mg BOD/( mssD3 Furumai Hiroaki, et al. Modeling long term nutrient removal in圖3圖解法確定Y,KAsequencing batch reactor. Water Research, 1999, 311): 27084戚以政,汪叔雄.生化反應動力學與反應器.北京:化學工業(yè)出版社,1999165145拉里D貝尼菲爾德,克里福德W蘭德爾著.廢水生物處理過程16512設計.刑建,段寧譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1984.107◆測定序列16508■測定序列26國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測分析方法.北京:中國環(huán)境科學岀版▲測定序列3社,1997s16506·測定序列47顧夏聲,廢水生物處理數(shù)學模式,北京:清華大學出版社,1993一測定序列58王志盈,謝晉肅.活性污泥動力學公式中幾個參數(shù)含義的探討0000680000700000720.000740.000760.00078與分析.中國給水排水,1990,64):35~399顧夏聲,黃銘榮,等,水處理工程,北京:清華大學出版社985圖4圖解法確定Ks,Vm02237※電話(02159846260.2236E-mail:yvqinglee@163.com修回日期2004-6-210.22350.2234◆測定序列1上海市第二污水處理廠工程已正式開工I EEZZO P■測定序列2▲測定序列3上海市第二污水處理廠工程已正式開工。該工程0.2232測定序列4測定序列5總投資達6億元人民幣,設計處理規(guī)模50萬m3/d,讠0.2230.6055060560.60570.60580.60590.60600.60610.6062劃王2005年底宗成豐體T稈的建設屆時上海市污水SX△r)/ maCON( mgVSS.d中國煤化圖5圖解法確定Y′,KCNMHG處理和分散處理相結系數(shù)分別在0.94和0.86以上這在一定程度上說合的污水治理格局200年污水處理率已經達到60%明SBR工藝動力學模型可用 Monod方程表示。(水工+“+…+“+“+…+“+-+“+“+…+“+-+…+…+…+-+…+…+“+66給水排水Vl.30No.92004