曾薇　王淑瑩　高景峰　李探微　彭永臻

　　提要:介紹了采用SBR法處理啤酒廢水時(shí)，有機(jī)物降解過程中COD與DO的相關(guān)關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，如改變進(jìn)水有機(jī)物濃度、曝氣量或起始混合液污泥濃度，在有機(jī)物降解過程中DO都有一個(gè)緩慢下降的趨勢(shì)，與此同時(shí)，COD以較大速率被降解。在有機(jī)物達(dá)到難降解程度后，DO迅速大幅度升高，標(biāo)志著反應(yīng)過程應(yīng)該結(jié)束。此外，由于進(jìn)水COD濃度不同，在同一曝氣量下DO相差較大，可以以初始DO的大小作為預(yù)測(cè)進(jìn)水COD濃度的依據(jù)，調(diào)節(jié)曝氣量，控制DO濃度在適宜的范圍內(nèi)。
　　關(guān)鍵詞:SBR法　啤酒廢水　DO　COD

0　概述?

　　活性污泥法是一個(gè)需氧的代謝過程，混合液溶解氧(DO)是反應(yīng)過程中一個(gè)重要的控制參數(shù)，也是影響運(yùn)行費(fèi)用和出水水質(zhì)的主要因素。正是因?yàn)镈O對(duì)污水生物處理的重要意義，許多 學(xué)者從不同角度對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。其中在采用SBR法處理石油化工廢水的研究中發(fā)現(xiàn) ，在有機(jī)物達(dá)到難降解程度時(shí)，DO大幅度升高，并以此作為反應(yīng)時(shí)間的控制參數(shù)［1］ ?。于是，本文采用了與石油化工廢水水質(zhì)相差較大的啤酒廢水作為處理對(duì)象，來研究SBR 反應(yīng)階段COD的降解與DO變化之間的相關(guān)關(guān)系。由于兩者水質(zhì)不同，在有機(jī)物降解過程中，D O呈現(xiàn)不盡相同的變化規(guī)律。因此，針對(duì)不同水質(zhì)的工業(yè)廢水，研究其在有機(jī)物降解過程中C OD與DO的相關(guān)關(guān)系，對(duì)于保證出水水質(zhì)和減少運(yùn)行費(fèi)用具有重要意義。?

1　試驗(yàn)設(shè)備與方法

　　試驗(yàn)以啤酒廢水作為處理對(duì)象，反應(yīng)過程中水溫控制在20℃。廢水的主要成分是纖維素、蛋白質(zhì)、果膠、淀粉，通過自來水稀釋得到不同濃度的廢水。SBR法試驗(yàn)裝置如圖1所示。反應(yīng)器高70cm，直徑30cm，總有效容積38L，采用鼓風(fēng)曝氣，轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)流量。試驗(yàn)時(shí) ，采用瞬時(shí)進(jìn)水，然后立即開始曝氣。在反應(yīng)階段連續(xù)測(cè)定DO值，并根據(jù)DO 值的變化在一定時(shí)間間隔內(nèi)取樣測(cè)定COD和MLSS等指標(biāo)。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　本試驗(yàn)在三種不同的試驗(yàn)條件下，測(cè)定DO與COD的相關(guān)關(guān)系。?
2.1　進(jìn)水濃度相同，不同曝氣量下DO與COD的相關(guān)關(guān)系
　　原始啤酒廢水的COD為2100mg/L,試驗(yàn)配制的COD為700mg/L，進(jìn)水混合后反應(yīng)初始COD為500mg/L，反應(yīng)過程中MLSS平均為2000mg/L，在曝氣量分別為0.4m³/h、0.6m³/h、0.8 m³/h時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

　?試驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)剛開始5min內(nèi)，DO迅速升高，這是由于反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)器內(nèi)溶氧速率 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耗氧速率所致。在以后的反應(yīng)過程中，DO有緩慢下降的趨勢(shì)，與此同時(shí)，COD的降 解速率加大。如圖2所示：在曝氣量為0.4m³/h的情況下，COD降解曲線BC段的斜率大于AB段的斜率，而相應(yīng)BC段的DO低于AB段的DO。在其它曝氣量下，也能找到相對(duì)于DO較低段的COD降解曲線的斜率增大的情況。COD降解速率的增大就反映了耗氧速率的增大，在認(rèn)為溶氧速率基本不變的情況下，耗氧速率的增大必然導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)DO的降低。造成反應(yīng)過程中某階段 COD降解速率反而增大，DO降低的主要原因，分析如下：
　　根據(jù)莫諾特關(guān)系式，微生物的比增長(zhǎng)速率(?μ?)與有機(jī)物的比降解速率(?v?)成比例。
　　
式中　　ds/dt?--有機(jī)物的降解速率，mv^-1t^-1?；
　　　　　　v?--有機(jī)物的比降解速率，t^-1?；
　　　　　　X?--混合液污泥濃度，mv^-1?；
　　　　　　s?--反應(yīng)器中有機(jī)物濃度，mv^-1?；
　　　　　　y?--產(chǎn)率系數(shù)；
　　　　　　μ?--微生物的比增長(zhǎng)速率，t^-1?。?

　由公式(1)得：

　　
　　式中?μ′?--微生物的增長(zhǎng)速率，mv^-1?t^-1?。
　　以曝氣量為0.4m?3/h的情況為例：根據(jù)反應(yīng)過程中測(cè)定的MLSS數(shù)值，在反應(yīng)前40min ML SS增長(zhǎng)80mg/L，而在40～60min內(nèi)MLSS則增長(zhǎng)100mg/L，由公式(2)可知，?μX即μ′?的增 長(zhǎng)引起了有機(jī)物降解速率的增大，從而導(dǎo)致DO濃度的降低。由于在反應(yīng)過程中，DO有下降的 趨勢(shì)，有必要在反應(yīng)初始階段使DO略高于正常水平，以保證反應(yīng)過程中DO值不致過低。
　　當(dāng)COD降解到50～60mg/L時(shí)，繼續(xù)曝氣，COD濃度基本不變，認(rèn)為達(dá)到了難降解程度。當(dāng)接 近難降解程度時(shí)，DO濃度降到最低值。整個(gè)反應(yīng)過程中，DO下降的幅度與反應(yīng)整體DO水平密 切相關(guān)。曝氣量越大，反應(yīng)初期DO升高的幅度越大，后來DO下降幅度越大。當(dāng)曝氣量為0.8 m³/h時(shí)，DO值由3.60mg/L降到1.75mg/L，變化1.85mg/L；
　　當(dāng)曝氣量為0.4m³/h時(shí)，DO值由1.57mg/L降到0.71mg/L，變化0.86mg/L。曝氣量越小，反應(yīng)過程中的總體DO值越低，延長(zhǎng)了達(dá)到難降解程度所需時(shí)間，而且DO 下降幅度小，就使DO的變化出現(xiàn)了不十分明顯的緩慢下降的趨勢(shì)。當(dāng)達(dá)到難降解程度時(shí)，有 機(jī)物降解的耗氧速率極小，僅維持內(nèi)源呼吸，供氧速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耗氧速率，使反應(yīng)器內(nèi)DO值 突然大幅度升高，標(biāo)志著反應(yīng)的結(jié)束。曝氣量越小，DO值越低，所需反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。
2.2　曝氣量相同，不同進(jìn)水濃度下COD與DO的相關(guān)關(guān)系
　?原始啤酒廢水的COD為2 100mg/L，試驗(yàn)配制的COD分別為1000mg/L和715mg/L，進(jìn)水混合 后反應(yīng)初始COD分別為800mg/L和500mg/L。恒定曝氣量為0.6m³/h，反應(yīng)過程中MLSS平均 為2000mg/L?左右。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。反應(yīng)過程中COD與DO的變化規(guī)律與上述結(jié)果 相同。在同一曝氣量下，進(jìn)水有機(jī)物濃度越高，反應(yīng)過程中DO值越低，所需反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在同一曝氣量下，反應(yīng)過程中DO的高低間接地反應(yīng)出進(jìn)水有機(jī)物濃度的大小。?

　　　　

2.3　不同MLSS下，COD與DO的相關(guān)關(guān)系
　　原始啤酒廢水的COD為2100mg/L，試驗(yàn)配制的COD為1100mg/L，進(jìn)水混合后COD為 950mg/L，恒定曝氣量為0.6m³/h，兩次反應(yīng)過程MLSS的平均濃度分別為1550mg/L和2000mg/L。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示：反應(yīng)過程中COD降解與DO變化趨勢(shì)及規(guī)律與上述結(jié)果基本相同。不同的是混合液污泥濃度越高，DO值越低。氧的轉(zhuǎn)移速率公式如下：
　?dC/dt=K_La(C_s?-C_l)　　　　　　(3)
　　式中　C_s--液體的飽和溶解氧濃度，mv^-1；
　　　C_l?--液體的實(shí)際溶解氧濃度，mv^-1；
?　　　　dC/dt?--單位容積內(nèi)氧的轉(zhuǎn)移速率，mv^-1t^-1；
　　　K_La?--氧總轉(zhuǎn)移系數(shù)。
　?當(dāng)曝氣量和K_La不變時(shí)，C_l值越小，單位容積內(nèi)氧的轉(zhuǎn)移速率越大，轉(zhuǎn) 移的氧均被微生物利用降解有機(jī)物，說明耗氧速率增大，間接地反映出有機(jī)物降解速率的增大，從而減少反應(yīng)時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果也說明了這一點(diǎn)：MLSS為2000mg/L時(shí)的有機(jī)物降解曲線 的斜率大于MLSS為1550mg/L的曲線斜率，反應(yīng)時(shí)間大約減少40min。因此，在一定范圍內(nèi)相 應(yīng)地提高混合液污泥濃度，可以有效地減少反應(yīng)時(shí)間。

3　結(jié)論

　?(1)啤酒廢水在上述三種不同試驗(yàn)條件下，反應(yīng)過程中COD與DO均出現(xiàn)相同的變化規(guī)律。 反應(yīng)剛開始時(shí)DO迅速升高，然后是緩慢下降，下降幅度與反應(yīng)器內(nèi)整體DO值水平有關(guān)，DO值 越低，下降幅度越小。有機(jī)物達(dá)到難降解程度時(shí)，DO迅速大幅度升高。
　?(2)在同一曝氣量下，不同進(jìn)水COD的廢水在反應(yīng)過程中DO值的大小會(huì)有顯著差別，可以 以此作為判斷進(jìn)水濃度大小的依據(jù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)曝氣量。
　?(3)當(dāng)有機(jī)物不再繼續(xù)被降解時(shí)，DO迅速大幅度升高，可以以此作為反應(yīng)結(jié)束的信號(hào)，防 止因曝氣時(shí)間過長(zhǎng)增大運(yùn)行費(fèi)用，造成污泥膨脹；或是反應(yīng)時(shí)間太短而使出水水質(zhì)不合格。
　?(4)在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)提高M(jìn)LSS，可有效地縮短反應(yīng)時(shí)間。?

參考文獻(xiàn)
　?1　王淑瑩，等.用溶解氧濃度作為SBR法過程控制和反應(yīng)時(shí)間控制參數(shù) .中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1998，18(5)：415～418 ?

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修回日期：1999-12-11