SBR工藝動(dòng)力學(xué)研究與工程應(yīng)用李宇慶陳玲趙建夫同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海200092)摘要棉漿粕廢水組分較為復(fù)雜治理具有一定的技術(shù)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(chǎn)運(yùn)行結(jié)果表明SBR工藝對(duì) COD BOI的去除效率分別達(dá)到40%~57%和55%~70%。在水溫自然變化情況下測(cè)定了好氧SBR單元的生化動(dòng)力學(xué)參數(shù)并與已有文獻(xiàn)報(bào)道的紙漿和造紙廢水的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了比較表明棉漿粕廢水經(jīng)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(guān)鍵詞兩相厭氧序批式活性污泥法棉漿粕廢水動(dòng)力學(xué)參數(shù)生產(chǎn)性試驗(yàn)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(yùn)行效果均不夠理想大多很難穩(wěn)定地滿足達(dá)短絨羥化學(xué)加工提純而得。國(guó)內(nèi)企業(yè)大多使用棉標(biāo)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(chǎn)棉1處理工藝及主要構(gòu)筑物漿粕。制漿過程中產(chǎn)生的主要污染物是沖漿工段排針對(duì)棉漿粕廢水治理難度較大國(guó)內(nèi)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(dá)標(biāo)處理技術(shù)本實(shí)驗(yàn)室在試驗(yàn)硏究的基礎(chǔ)上采的中、低濃度廢水。棉漿粕生產(chǎn)廢水產(chǎn)生量大產(chǎn)污用兩相厭氧水解酸化-UBF廂序批式活性污泥法負(fù)荷高且廢水中污染物成分復(fù)雜殘堿量高主要(SBR泩物處理結(jié)合物化處理的技術(shù)方案對(duì)河南污染物為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素果膠、蠟質(zhì)、單省某中國(guó)煤化工進(jìn)行處理具體工藝流寧與脂類等物質(zhì)是一種很難處理的高濃度高色程見CNMHG度有機(jī)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(guó)內(nèi)還缺乏有效的處理方法。國(guó)內(nèi)化纖相結(jié)合的治理原則實(shí)行清污分流措施對(duì)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(shí)際液進(jìn)行單獨(dú)預(yù)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(shè)計(jì)和運(yùn)行控制的關(guān)鍵之一是獲得應(yīng)用條件下調(diào)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(jì)方法有試驗(yàn)測(cè)++[除十[淀+四時(shí)圖定模型擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)辨識(shí)2.由于機(jī)理模鼓風(fēng)機(jī)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(jī)房![水池}一空孔旋流反應(yīng)池}[斜管沉淀池}設(shè)計(jì)試驗(yàn)程序,多數(shù)參數(shù)可用試驗(yàn)方法直接測(cè)得。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,試驗(yàn)測(cè)得的精度能夠滿足工程應(yīng)用圖1棉漿粕廢水處理工藝流程的要求。本文采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定的方法確定模型參系統(tǒng)的處理負(fù)荷以節(jié)省投資和降低運(yùn)行成本。此數(shù)值工藝將生產(chǎn)過程清污分流出的以棉漿黑液為主的高2.1試驗(yàn)條件和測(cè)試方法濃度有機(jī)廢水進(jìn)行厭氧預(yù)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(duì)其進(jìn)行好氧和物1152個(gè)SB-250型伸縮管潷水器16個(gè)單池運(yùn)行化處理最終使全部廢水處理后達(dá)標(biāo)排放。周期T=12h采用非限制曝氣運(yùn)行方式其中進(jìn)水原水水質(zhì)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(jìn)行)選用6臺(tái)RE-250型pH9~11色度1800~3400倍。工程設(shè)計(jì)處理規(guī)羅茨風(fēng)機(jī)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(dòng),2000年7月全流程試運(yùn)行DO=0.5~2mg/l。單池間歇運(yùn)行4池系統(tǒng)交替2001年2月環(huán)保達(dá)標(biāo)驗(yàn)收至今運(yùn)行正常達(dá)到了運(yùn)行,系統(tǒng)形成連續(xù)運(yùn)行。SBR池啟動(dòng)時(shí)分批投河南省環(huán)保局對(duì)其規(guī)定的排放要求:COD≤2350入好氧脫水污泥。至4個(gè)月時(shí)投入含水率75%左mg/LBOD≤102mgL,ss≤148mg/LH6~9右的污泥200t。至7個(gè)月時(shí),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(gòu)筑物、~57%,BOD去除率為55%~70%SBR池進(jìn)水相關(guān)設(shè)備及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)見表1COD1500~2400mg/LBOD400~600mg/L污2動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)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(xué)模型應(yīng)用 MLVSS1800~2100mgL。試驗(yàn)測(cè)試是從4池中表1主要構(gòu)筑物、相關(guān)設(shè)備及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)序號(hào)名稱數(shù)量/座工藝尺寸/m運(yùn)行參數(shù)設(shè)備名稱規(guī)格設(shè)備數(shù)量調(diào)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?dāng)嚢铏C(jī)Qwo75沉淀池I12×4HRT 2. 25 h中心傳動(dòng)刮泥機(jī)PN22臺(tái)UBF罐HRT36h,N.09-12kgOD(m2)孔板流量計(jì)沉淀池Ⅱ2HRT 2.25 h中心傳動(dòng)刮泥機(jī)PN122臺(tái)綜合調(diào)節(jié)池Ho 2.5 m HRT 5.6hSBR池45×18×5.5單池運(yùn)行周期12h鼓風(fēng)機(jī)JSE200-72.76臺(tái)穿孔旋流反應(yīng)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(guó)煤化工50m240m濃縮池16×16×6HRT 24 hCNMHG36×15×6∠mmu120m3板框各2臺(tái)注表中H。為有效水深序號(hào)10表示企業(yè)原有的輻流式沉淀浟圖1中未標(biāo)岀)序號(hào)11表示1999年改擴(kuò)建后新建的斜板沉淀池兩沉淀池并聯(lián)運(yùn)行64給水排水Vl.30No.92004選1池作為本次試驗(yàn)研究對(duì)象。表2動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定結(jié)果基于生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)方法供試驗(yàn)用反應(yīng)編號(hào)項(xiàng)目1h1.5h2h25h3h3.5h4.5h器分為積分反應(yīng)器和微分反應(yīng)器。動(dòng)力學(xué)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(yīng)1/comg471.4143143811229135413104器屬積分反應(yīng)器范疇。描述SBR裝置反應(yīng)過程中MLVSS mg/L1864188018961911192620011802微生物和基質(zhì)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(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)采用微分法原BOD/mg/理即在不同的時(shí)間狀態(tài)下測(cè)定基質(zhì)和微生物濃度,COD/mg/L1892175441658.11754.41658.1520.515544按照 Monod生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程確定參數(shù)值53MLVSS/mg/L 1 88089619121927194219111786為消除進(jìn)水階段帶入大量懸浮物和膠體物質(zhì)對(duì)測(cè)定水溫T/℃3130.530.53029.529,.529結(jié)果的影響,本試驗(yàn)從反應(yīng)期開始1h后每隔30BOD/mgL183.3157.2131.7106.882.4min取樣一次共取5次測(cè)定項(xiàng)目包括 COD,BODCO/mgL1836.917881754.4173.61816.31898.91912.6MLVSS mg/L186918851901196193117511611MLSS, MLVSS SⅤ和水溫T。具體測(cè)定方法采用水溫r/℃29.529.52928.528.5282.5統(tǒng)一國(guó)標(biāo)與推薦方法6BOD/mg/L186160134.6102.2試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算s/co/mg1820.31740.61685.6164.216031471.31420.5在SBR好氧系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后即開始9231938181116動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)測(cè)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(gè)試驗(yàn)共測(cè)得5組數(shù)據(jù),試K—衰減系數(shù)d-1驗(yàn)結(jié)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(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式7圖5所示直線通過最小二乘法計(jì)算求得水溫自然1X△tks11變化范圍為T=27~31℃時(shí)動(dòng)力學(xué)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(zhì)比去除速率 mgBOD( mg vss d)( mgvss d x字母上標(biāo)帶者表示基質(zhì)濃度以CODX—曝氣反應(yīng)階段污泥平均濃度 mg VSs/L,計(jì)計(jì),下同),K14.2 mgCOD/Δ——相鄰兩取樣點(diǎn)時(shí)間間隔,d本試驗(yàn)取r=0.38-0.45 mg VSS/mgCoD, kd=0. 021△t=30min0.029d-。S1,S2曝氣反應(yīng)階段相鄰兩時(shí)間點(diǎn)上前、后兩3結(jié)論點(diǎn)混合液基質(zhì)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(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)匯工程實(shí)踐表明采用兩相厭氧、序基質(zhì)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(duì)灬n、BOD的去除效率分0——生物固體平均停留時(shí)間d中國(guó)煤化別達(dá)70%。X1,X2——曝氣反應(yīng)階段相鄰兩時(shí)間點(diǎn)上前、后兩CNMHG工藝的生產(chǎn)性試驗(yàn)點(diǎn)混合液活性污泥濃度 mg vss,/L測(cè)定可得到其動(dòng)力學(xué)參數(shù)值對(duì)基質(zhì)濃度以BODY—產(chǎn)率系數(shù) ,mgvss/ mobod和COD計(jì)的兩套試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸求得相關(guān)給水排水Vol.30No,9200465169(3勵(lì)力學(xué)參數(shù)的影響因素主要有水質(zhì)、微生物種類和溫度等而產(chǎn)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(cè)定序列1■測(cè)定序列2位質(zhì)量有機(jī)物產(chǎn)泥量較少滾減系數(shù)Kd反映了微▲測(cè)定序列3·測(cè)定序列4生物內(nèi)源呼吸速率的大小;基質(zhì)最大比去除速率測(cè)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(duì)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(dòng)力學(xué)參數(shù)Y=0.76,Kd法確定Ks,Vm0.01691與本次試驗(yàn)測(cè)定值Y和K范圍有所不同。從上述測(cè)定結(jié)果與分析可知經(jīng)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(jī)廢水。04050.395◆測(cè)定序列參考文獻(xiàn)0.385▲測(cè)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(cè)定序列52黃勇,王寶貞,等.生物處理動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定研究,中國(guó)環(huán)境科0.3700.600610.620630.640.650.660670.68學(xué),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(yīng)動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)器.北京:化學(xué)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(shè)計(jì).刑建,段寧譯.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1984.107◆測(cè)定序列16508■測(cè)定序列26國(guó)家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)岀版▲測(cè)定序列3社,1997s16506·測(cè)定序列47顧夏聲,廢水生物處理數(shù)學(xué)模式,北京:清華大學(xué)出版社,1993一測(cè)定序列58王志盈,謝晉肅.活性污泥動(dòng)力學(xué)公式中幾個(gè)參數(shù)含義的探討0000680000700000720.000740.000760.00078與分析.中國(guó)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(xué)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(cè)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(cè)定序列2▲測(cè)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(cè)定序列4測(cè)定序列5總投資達(dá)6億元人民幣,設(shè)計(jì)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(shè)屆時(shí)上海市污水SX△r)/ maCON( mgVSS.d中國(guó)煤化圖5圖解法確定Y′,KCNMHG處理和分散處理相結(jié)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(jīng)達(dá)到60%明SBR工藝動(dòng)力學(xué)模型可用 Monod方程表示。(水工+“+…+“+“+…+“+-+“+“+…+“+-+…+…+…+-+…+…+“+66給水排水Vl.30No.92004