SBR法處理垃圾滲濾液過程中DO、pH值變化規(guī)律

摘要：SBR工藝處理垃圾滲濾液,COD去除率接近80％;剩余氨氮濃度5mg/L，去除率高達(dá)96％，出水水質(zhì)良好，處理效果穩(wěn)定。試驗(yàn)詳細(xì)研究了該工藝在去除有機(jī)物、硝化和反硝化過程中COD、NH3-N、DO、pH值的變化規(guī)律。結(jié)果表明，反應(yīng)過程中DO、pH值均出現(xiàn)特征變化，這一變化特點(diǎn)可以間接指示有機(jī)物降解的程度。不同進(jìn)水有機(jī)物濃度試驗(yàn)也進(jìn)一步驗(yàn)證了DO、pH特征點(diǎn)的重現(xiàn)性，這對(duì)于實(shí)現(xiàn) SBR 工藝的在線控制、保證出水水質(zhì)和節(jié)能降耗具有重要意義。

關(guān)鍵詞：SBR；垃圾滲濾液； DO；pH

垃圾滲濾液是由城市生活垃圾填埋作業(yè)后濾出或垃圾分解以及因?yàn)榻邓�等因素形成的一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，環(huán)境危害極大[1]。SBR法用于滲濾液處理是近幾年應(yīng)用較為普遍的一種生物法，具有曝氣、沉淀等各功能段運(yùn)行時(shí)間調(diào)節(jié)方便、對(duì)不同水質(zhì)水量廢水變化適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。A/O型SBR工藝通過在原有好氧曝氣前強(qiáng)化缺氧攪拌，通過調(diào)節(jié)曝氣量在同一反應(yīng)器內(nèi)部形成缺氧、好氧、厭氧環(huán)境的交替變化，方便實(shí)現(xiàn)A/O工藝的硝化和反硝化功能，從而達(dá)到脫氮除磷效果[2~3]。本研究目的在于探討 A/O型SBR法在去除有機(jī)物、硝化和反硝化過程中COD、NH3-N等指標(biāo)的變化規(guī)律，以及以DO和pH作為SBR 反應(yīng)時(shí)間控制參數(shù)的可行性[4~6]。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示，反應(yīng)器總有效容積15L,采用壓縮空氣鼓風(fēng)曝氣，用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量。反應(yīng)過程中在線檢測(cè)溫度、DO和pH值。反應(yīng)器運(yùn)行方式為：瞬間進(jìn)水，缺氧攪拌，好氧曝氣，停機(jī)靜置，出水，閑置。

1.2廢水來(lái)源及水質(zhì)

本試驗(yàn)水樣取自某市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液化學(xué)預(yù)處理出水，主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。投加NaOH和HCl調(diào)節(jié)pH值，曝氣量恒定。

1.3試驗(yàn)及分析方法

通過接種污泥，選擇間歇培養(yǎng)同步馴化的啟動(dòng)方法，MLSS保持在5000mg/L左右，HRT=3d，SV =36，F(xiàn)/M為0.144 kgBOD5/kgMLVSS.d, 容積負(fù)荷（FV）為1.3～1.6 kgCOD/m3.d，溫度28℃～30℃。試驗(yàn)維持進(jìn)水氨氮濃度一定，首先考察一個(gè)反應(yīng)周期中COD、NH3-N、DO、pH值的變化規(guī)律；然后模擬實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)沖擊變化，進(jìn)一步考察相關(guān)指標(biāo)變化規(guī)律。各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定方法均采用標(biāo)準(zhǔn)水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[7]。

2．試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 一個(gè)反應(yīng)周期中COD、NH3-N、DO及pH值的變化規(guī)律

選擇進(jìn)水氨氮濃度為126mg/L，pH=7，缺氧段DO濃度控制在0.2mg/L，好氧段曝氣量保持恒定，各指標(biāo)變化如圖2、圖3。

COD及NH3-N濃度隨著缺氧攪拌，好氧曝氣反應(yīng)的進(jìn)行，整體濃度不斷下降，其中，COD在第360min（圖2 A點(diǎn)）去除率為75%，但我們發(fā)現(xiàn)在NH3-N濃度在缺氧攪拌階段中出現(xiàn)反彈上升（圖2 C點(diǎn)），這可能是由于在缺氧反硝化過程中亞硝酸鹽和硝酸鹽通過反硝化細(xì)菌將一部分NO2- 和NO3- 還原為NO、N2O、N2等物質(zhì)，即異化作用；而另一部分NO2- 和NO3- 則又被還原成NH3-N供新細(xì)胞合成之用，氮成為細(xì)胞質(zhì)的成分，此過程可稱為同化反硝化。因此，圖中C點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)間也可粗略作為缺氧段反應(yīng)時(shí)間，好氧段反應(yīng)至480min附近（圖2 B點(diǎn)），NH3-N去除率達(dá)95.65%。

由圖3知，缺氧段反應(yīng)開始后，DO濃度迅速降至0.3mg/L，并始終維持在0.2 mg/L，240min后進(jìn)入好氧曝氣段，反應(yīng)開始15min后，DO迅速升高至2.7mg/L，這是由于缺氧期反應(yīng)器內(nèi)的DO很低，反應(yīng)開始時(shí)供氧速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于異養(yǎng)菌的耗氧速率（OUR）所致。在COD去除過程中，DO緩慢下降，當(dāng)COD降至難降解部分時(shí)（圖2 A點(diǎn)：第360min左右），DO也降至1.8mg/L（圖3 A點(diǎn)），在隨后15min內(nèi)DO有一個(gè)明顯、迅速地上升至2.8mg/L，這可能是因?yàn)镃OD降解至難降解部分時(shí)，異養(yǎng)菌無(wú)法再大量攝取有機(jī)物，造成供氧大大高于異養(yǎng)菌OUR，所以會(huì)出現(xiàn)DO都迅速上升的現(xiàn)象。爾后，反應(yīng)器內(nèi)硝化菌開始大量的進(jìn)行新陳代謝，開始進(jìn)行硝化反應(yīng)，其硝化速率隨著氨氮的降解不斷減小，所以耗氧速率小于供氧速率，DO不斷上升直至硝化結(jié)束。在硝化反應(yīng)大致結(jié)束時(shí)（圖2 B點(diǎn)：第480min左右），DO又出現(xiàn)一次較為明顯的上升（圖3 B點(diǎn)），此后DO緩慢上升基本變化不大。DO出現(xiàn)第二次跳躍是由于自養(yǎng)菌去除氨氮的過程已經(jīng)基本結(jié)束，自養(yǎng)菌的OUR也接近零，曝氣量恒定的條件下，供氧速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耗氧，使DO又一次迅速大幅上升。隨著DO濃度的增加氧轉(zhuǎn)移速率及供氧速率也逐漸隨之減小，當(dāng)自養(yǎng)菌、異養(yǎng)菌內(nèi)源呼吸的OUR與供氧速率相等時(shí)，DO濃度就又表現(xiàn)出新的平衡。

pH值反應(yīng)過程中也呈現(xiàn)出一些變化特點(diǎn)，缺氧攪拌過程中pH值緩慢上升，是由于反硝化的過程中不斷地產(chǎn)生堿度，見式（1），（2）直至好氧反應(yīng)開始，

NO2- + 3H（電子供體有機(jī)物）1/2N2 + H2O + OH- （1)

NO3- + 5H（電子供體有機(jī)物）1/2N2 +2H2O + OH-（2)

在COD降解過程中pH值由7.35不斷大幅度上升至第360min的8.26（圖3 A點(diǎn)），這是因?yàn)椋孩佼愷B(yǎng)微生物對(duì)有機(jī)底物的分解代謝和合成代謝的結(jié)果都要形成CO2，CO2溶解在水中導(dǎo)致pH下降，但是曝氣不斷地將產(chǎn)生的CO2吹脫，這就引起了pH不斷地大幅上升；②好氧降解廢水中的有機(jī)酸引起pH的不斷上升。當(dāng)COD降解停止時(shí)（圖2 A點(diǎn)），pH曲線開始不斷下降，這是因?yàn)橄趸�反�?yīng)過程中產(chǎn)生了H+ 見式（3）。

 NH4+ + 3/2 O2 NO2- + H2O + 2H+ （3)

pH的下降一直進(jìn)行至第420min左右的7.85，此時(shí)硝化反應(yīng)基本停止或結(jié)束（圖2 B點(diǎn)），然后pH會(huì)迅速上升，繼而維持不變或在硝化反應(yīng)結(jié)束時(shí)就基本維持不變（圖3 B點(diǎn)）。pH迅速上升的原因是因?yàn)閴A度含量大于硝化所需，曝氣吹脫了CO2；pH在硝化反應(yīng)停止時(shí)基本變化不大，是因?yàn)閴A度不足或沒有剩余。

以上可知，COD及NH3-N去除過程中的變化與DO及pH的變化時(shí)間上基本吻合呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，并可作為攪拌、曝氣反應(yīng)控制參考時(shí)間。

2.2不同進(jìn)水COD對(duì)SBR反應(yīng)的影響

試驗(yàn)反應(yīng)器初始進(jìn)水NH3-N濃度不變，均為126 mg/L左右，改變進(jìn)水COD濃度分別為2178.48 mg/L、1530.71 mg/L和889.95 mg/L，進(jìn)水pH為中性，曝氣量保持恒定，其中進(jìn)水COD = 889.95 mg/L時(shí)，缺氧攪拌為120 min。

隨著COD濃度的降低，反應(yīng)時(shí)間明顯縮短（圖4），進(jìn)水COD=1530.71mg/L，曝氣反應(yīng)90min時(shí)，COD去除率即達(dá)72.10%。當(dāng)進(jìn)水COD=889.95 mg/L，缺氧攪拌減為120min，曝氣反應(yīng)90min時(shí)，COD去除率已達(dá)76%。在SBR進(jìn)水氨氮濃度保持不變條件下，COD濃度的增加只會(huì)相應(yīng)地延長(zhǎng)SBR的反應(yīng)時(shí)間。

不同進(jìn)水COD條件下，好氧段DO的變化規(guī)律（圖5）與前述（圖3）基本相同，可以看出，曝氣反應(yīng)開始15 min左右時(shí)DO值有很大差別，COD濃度越高，DO值越低，二者有很好的相關(guān)性。在COD濃度為889.95 mg/L時(shí)，反應(yīng)15 min左右DO值就升到4.2 mg/L；而COD濃度為2171.48 mg/L時(shí)，反應(yīng)15 min時(shí)的DO值僅為2.7 mg/L。隨著進(jìn)水COD的增加，DO第一個(gè)跳躍點(diǎn)的出現(xiàn)時(shí)間分別為曝氣后的第45，75和120 min，DO第二個(gè)跳躍點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間分別為第75，135和240min。由此可以看出，進(jìn)水COD越大，系統(tǒng)硝化反應(yīng)進(jìn)行得越緩慢。原水的C/N不能過大，因?yàn)樽责B(yǎng)菌比異養(yǎng)菌的比增長(zhǎng)速率小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而且異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌的產(chǎn)率不同以及它們?cè)诜磻?yīng)器中競(jìng)爭(zhēng)底物和溶解氧，對(duì)自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制。COD越大，異養(yǎng)菌生長(zhǎng)的越快，自養(yǎng)菌所占的比例就越小，所以硝化反應(yīng)進(jìn)行充分的時(shí)間就越長(zhǎng)。

pH值在不同進(jìn)水COD條件下的變化規(guī)律（圖6）也與前述（圖3）基本相同，好氧曝氣段也出現(xiàn)了2個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，只是隨著COD濃度的增加第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間分別為35，65和120 min，表明水中大部分COD降解完成；第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間分別為65，130和230 min。上述變化規(guī)律與DO出現(xiàn)時(shí)間呈現(xiàn)較為吻合。不同COD質(zhì)量濃度下pH變化有所不同，COD質(zhì)量濃度越大，反應(yīng)初期pH下降越低，波動(dòng)得越厲害；當(dāng)?shù)紺OD緩慢降解階段時(shí)，pH上升的速度也越快。

3結(jié) 論

（1）采用SBR法處理垃圾滲濾液，剩余COD濃度維持在450mg/L左右，去除率接近80%；剩余氨氮濃度5mg/L，去除率高達(dá)96%，反應(yīng)出水水質(zhì)透明，效果穩(wěn)定。

（2）反應(yīng)過程中COD、NH3-N與DO、pH值均呈對(duì)應(yīng)變化，其中DO和pH出現(xiàn)了2次跳躍：有機(jī)物大部分去除結(jié)束時(shí)DO第一次躍升，在硝化反應(yīng)結(jié)束時(shí)，DO出現(xiàn)第二次跳躍，并緩慢維持恒定；同時(shí)，在有機(jī)物去除過程中pH呈現(xiàn)大幅上升的現(xiàn)象，當(dāng)有機(jī)物大部分去除結(jié)束時(shí)pH停止上升，隨著硝化反應(yīng)的進(jìn)行pH不斷下降直至反應(yīng)結(jié)束，然后pH突然快速上升或維持不變。DO和pH值的這一變化特點(diǎn)可以間接指示有機(jī)物降解的程度。

（3）不同進(jìn)水有機(jī)物濃度試驗(yàn)也驗(yàn)證了DO、pH特征點(diǎn)的重現(xiàn)性，同樣可作為SBR法去除有機(jī)物、硝化和反硝化進(jìn)程的模糊控制參數(shù)。這對(duì)于實(shí)現(xiàn) SBR 工藝的在線控制、保證出水水質(zhì)和節(jié)約能耗具有重要意義。

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