摘要：采用序批式（SBR）活性污泥法處理煤化工廢水。通過(guò)分析不同周期、進(jìn)水濃度、pH、溫度、DO與處理效果之間的關(guān)系，確定了SBR法處理煤化工廢水的的最佳運(yùn)行參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在SBR處理周期為24h的條件下，進(jìn)水CODCr為1200～1400mg/L，石油烴類為50～70mg/L，pH為6.8～7.1，DO為3.5mg/L左右，溫度約為25℃時(shí)，該工藝對(duì)CODCr和石油烴類去除效果較好，去除率分別為85%和76%。該工藝具有投資少、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：SBR 煤化工廢水 石油烴類 運(yùn)行參數(shù)
0前言
煤化工企業(yè)廢水中的石油烴類屬于難降解有毒有害物質(zhì)，其具有密度小、極性弱等特性，這也決定了其較強(qiáng)的疏水性，進(jìn)一步增加了處理的難度。利用物理、化學(xué)方法處理石油烴類可以得到較好的效果，但因造價(jià)高，二次污染等問題使其應(yīng)用受到了限制[1]。生物處理方法是近些年發(fā)展起來(lái)的，具有處理效果好、費(fèi)用低、對(duì)環(huán)境影響小、無(wú)二次污染及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是迄今為止處理石油烴類比較好的一種方法[2]。
本試驗(yàn)旨在對(duì)SBR工藝處理煤化工廢水中石油烴類的效果和條件進(jìn)行研究分析。目的是通過(guò)對(duì)SBR工藝處理煤化工廢水的試驗(yàn)研究，找出一條切實(shí)、可行的技術(shù)路線。通過(guò)分析不同周期、進(jìn)水濃度、pH、溫度、DO與處理效果之間的關(guān)系，確定了SBR法處理煤化工廢水的最佳運(yùn)行參數(shù)，為煤化工廢水處理工藝實(shí)際運(yùn)行提供技術(shù)支持。
1試驗(yàn)裝置和原水水質(zhì)
試驗(yàn)裝置如圖1所示。該反應(yīng)器由有機(jī)玻璃加工而成，上部為圓柱型，下部為圓錐體，內(nèi)徑250mm，高400mm，總有效容積10L。柱體垂直方向設(shè)有3個(gè)間隔100mm的取樣口。在反應(yīng)器底部設(shè)有放空閥，用于放空和排泥。曝氣采用砂頭曝氣器，可調(diào)節(jié)曝氣量。同時(shí)配置溫控設(shè)備和DO在線測(cè)定儀。通過(guò)裝置定時(shí)控制，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)定期的出水、進(jìn)水、曝氣與停曝。反應(yīng)器接種污泥取自哈依煤氣沉淀池，接種量為5000mg/L。
原水采用哈依煤氣廢水，其CODCr為1200～1400mg/L，石油烴類為50～70mg/L，pH為6.8～7.1。
2試驗(yàn)內(nèi)容和方法
2.1試驗(yàn)內(nèi)容
石油烴類物質(zhì)主要包括直鏈烷烴、支鏈烷烴和環(huán)烷烴等。因此，煤化工廢水中的COD可以間接的反映石油烴類的含量，故本試驗(yàn)主要通過(guò)測(cè)定CODCr和石油烴類兩個(gè)指標(biāo)考察SBR對(duì)石油烴類的降解和去除能力。主要考察以下幾個(gè)參數(shù)的影響[3]：處理周期；進(jìn)水濃度；pH；DO；溫度。
2.2測(cè)定項(xiàng)目與方法
（1）CODCr：采用微波密閉消解COD快速測(cè)定儀測(cè)定。
（2）pH：采用PHS-3C型pH計(jì)測(cè)定。
（3）DO：采用連續(xù)在線溶解氧測(cè)定儀測(cè)定。
（4）石油烴類：采用紫外分光光度法。
2.3污泥馴化
活性污泥的培養(yǎng)和馴化分為異步培養(yǎng)、同步培養(yǎng)和接種培養(yǎng)。為了加快系統(tǒng)的啟動(dòng)速度，縮短微生物的馴化周期，本試驗(yàn)采用直接接種培養(yǎng)法，將取自哈依煤氣處理系統(tǒng)的污泥注入SBR中，以48h為周期對(duì)污泥進(jìn)行馴化。一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)水2h，曝氣41h，靜沉2h，排水2h，閑置1h。試驗(yàn)用水直接取自哈依煤氣廢水，其中石油烴類50～70mg/L，同時(shí)采用液體石蠟和固體石蠟的混合液模擬石油烴類，在曝氣開始后10min投加，每次的投加量為50mg/L，使系統(tǒng)內(nèi)的石油烴類保持在100～120mg/L，逐步培養(yǎng)出適合于降解煤化工廢水中石油烴類的優(yōu)勢(shì)菌種[4]。系統(tǒng)運(yùn)行16d后，活性污泥呈紅褐色絮狀，污泥沉降性能良好，SBR對(duì)CODCr和石油烴類的去除率分別達(dá)到了75.20%和59.31%，系統(tǒng)啟動(dòng)完成?；钚晕勰喔黜?xiàng)指標(biāo)趨于正常，其中，MLSS=3500mg/L，MLVSS=2520mg/L，f=72%，SV=30%，SVI=85.7mL/g。各個(gè)周期結(jié)束后出水水質(zhì)變化曲線如圖2所示。
3試驗(yàn)結(jié)果與討論
3.1周期影響分析
在原水pH維持在6.8～7.1，控制曝氣強(qiáng)度使SBR中DO=2.5mg/L，溫度為20℃的條件下，分別考察處理周期為6h、12h、18h、24h、30h、36h、42h、48h時(shí)系統(tǒng)對(duì)CODCr和石油烴類的降解能力。結(jié)果如圖3所示。
由圖3可以看出，當(dāng)處理周期為24h時(shí)效果較好，CODCr和石油烴類的去除率分別達(dá)到了73.85%和56.32%，此后再增加處理周期，SBR的處理效果并沒有顯著的提高?？赡苡捎谙到y(tǒng)中的碳氮比失調(diào)，隨著CODCr降低，廢水中碳氮比失調(diào)越嚴(yán)重，活性污泥中微生物的生長(zhǎng)和繁殖受到的抑制作用越強(qiáng)[5]。故從降解效果和節(jié)約經(jīng)費(fèi)雙重角度考慮，選擇處理周期為24h。
3.2進(jìn)水濃度影響分析
控制SBR處理周期為24h，DO=2.5mg/L，溫度為20℃，pH為6.8～7.1，分別在系統(tǒng)開始進(jìn)水10min之后向反應(yīng)器中投加0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L的石油烴類物質(zhì)，考察相應(yīng)的降解能力，結(jié)果如圖4所示。
由圖4可以看出，在上述條件下采用SBR對(duì)煤化工廢水進(jìn)行處理時(shí)，石油烴類在50～70mg/L時(shí)，其去除率穩(wěn)定在50%～60%，活性污泥對(duì)石油烴類的降解能力隨著石油烴類的增加反而降低?？赡苡捎诋?dāng)煤化工廢水中石油烴類大于50～70mg/L時(shí)，超過(guò)了系統(tǒng)中活性污泥的極限降解能力，降低了微生物的活性和數(shù)量，因此對(duì)于富含較高石油烴類的煤化工廢水需先經(jīng)過(guò)水解酸化等預(yù)處理，才能取得較好的處理效果。
3.3pH影響分析
控制SBR處理周期為24h，DO=2.5mg/L，溫度為20℃時(shí)，調(diào)節(jié)pH將反應(yīng)器中pH分別控制在4、5、6、6、8、9、10時(shí)，考察pH對(duì)于系統(tǒng)降解能力的影響，結(jié)果如圖5所示。
由圖5可知，當(dāng)原水pH為6.86左右時(shí)，SBR對(duì)于石油烴類的去除能力最強(qiáng)，圖中曲線呈拋物線，說(shuō)明pH對(duì)活性污泥的降解能力影響較大。
由圖4可以看出，在上述條件下采用SBR對(duì)煤化工廢水進(jìn)行處理時(shí)，石油烴類在50～70mg/L時(shí)，其去除率穩(wěn)定在50%～60%，活性污泥對(duì)石油烴類的降解能力隨著石油烴類的增加反而降低?？赡苡捎诋?dāng)煤化工廢水中石油烴類大于50～70mg/L時(shí)，超過(guò)了系統(tǒng)中活性污泥的極限降解能力，降低了微生物的活性和數(shù)量，因此對(duì)于富含較高石油烴類的煤化工廢水需先經(jīng)過(guò)水解酸化等預(yù)處理，才能取得較好的處理效果。
3.3pH影響分析
控制SBR處理周期為24h，DO=2.5mg/L，溫度為20℃時(shí)，調(diào)節(jié)pH將反應(yīng)器中pH分別控制在4、5、6、6、8、9、10時(shí)，考察pH對(duì)于系統(tǒng)降解能力的影響，結(jié)果如圖5所示。
由圖5可知，當(dāng)原水pH為6.86左右時(shí)，SBR對(duì)于石油烴類的去除能力最強(qiáng)，圖中曲線呈拋物線，說(shuō)明pH對(duì)活性污泥的降解能力影響較大。
由圖6可知，對(duì)于石油烴類物質(zhì)，由于其是碳?xì)浠衔?，幾乎不含氧原子，所以比其他有機(jī)物的還原程度都高，其氧化時(shí)化學(xué)需氧量也比較高[6，7]。在DO低于3mg/L時(shí)，溶解氧的含量對(duì)于活性污泥降解石油烴類能力的影響較為明顯，當(dāng)DO達(dá)到3.5mg/L時(shí)，CODCr和石油烴類的去除率分別達(dá)到了81.21%和71.16%，繼續(xù)增加曝氣量，石油烴類的降解率并沒有明顯增加。這也表明當(dāng)DO=3.5mg/L時(shí)已基本可以滿足系統(tǒng)微生物的需要，故從降解效果和經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，選擇DO為3.5mg/L。
3.5溫度影響分析
國(guó)內(nèi)外研究表明，降解石油烴類的微生物降解可在很大的溫度范圍內(nèi)，在0～70℃的環(huán)境中均發(fā)現(xiàn)有降解石油烴類的微生物。本試驗(yàn)將溫度分別設(shè)定在10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃時(shí)，SBR處理周期為24h，pH為6.8～7.1，DO為3.5mg/L，考察溫度對(duì)于系統(tǒng)降解能力的影響，結(jié)果如圖7所示。
從圖7可以看出，在20～30℃時(shí)，SBR對(duì)于CODCr和石油烴類的去除效果較好，當(dāng)溫度為25℃去除效果最好，分別達(dá)到了85.83%和76.39%，此時(shí)出水的CODCr和石油烴類分別為185.60mg/L和12.71mg/L，這表明微生物在常溫下較易降解石油烴類。
此外還可以看出，相對(duì)高溫而言，低溫對(duì)于微生物降解能力影響更大。這可能是因?yàn)闇囟葧?huì)影響石油烴的粘度，一些具有毒性的正烷烴及芳香烴在低溫時(shí)很難揮發(fā)，在這種情況下酶活性將會(huì)降低[7]。當(dāng)溫度在10～25℃范圍內(nèi)，系統(tǒng)的去除能力隨著溫度的升高而增加。當(dāng)溫度達(dá)到35℃以上時(shí)石油烴對(duì)微生物的毒性將不斷增加[8]，此時(shí)去除能力將隨溫度升高而逐漸降低。
4結(jié)論
（1）序批式（SBR）活性污泥工藝對(duì)煤化工廢水中的石油烴類物質(zhì)處理效果較好。當(dāng)處理周期為24h、pH保持在6.8～7.1、DO在3.5mg/L左右、溫度在25℃左右時(shí)，污染物去除效果最好，CODCr和石油烴類的去除率可分別達(dá)到85.83%和76.39%。然而此時(shí)處理后的廢水中CODCr和石油烴類分別為185.6mg/L和12.71mg/L，均未達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因此煤化工廢水的處理還需聯(lián)合水解酸化等預(yù)處理工藝或者后續(xù)的深度處理工藝。
（2）當(dāng)煤化工廢水中石油烴類大于50～70mg/L時(shí)，煤化工廢水對(duì)于SBR工藝的降解能力影響較大，此時(shí)廢水不能直接進(jìn)入SBR，需先經(jīng)過(guò)水解酸化等預(yù)處理過(guò)程，才能取得較好的處理效果。
（3）相對(duì)于本文考察的其他三個(gè)因素，pH和溫度對(duì)于SBR工藝的降解能力影響較大，只有系統(tǒng)保持在中性環(huán)境、溫度在20～30℃時(shí)才可以得到較好的處理效果。因此在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)重視對(duì)pH和溫度的控制。
（4）與其他生化處理方法相比，SBR法具有操作簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，可以節(jié)約工程基建投資，降低處理費(fèi)用，同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，方便維修管理等優(yōu)點(diǎn)[5]。
（5）在試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中，未發(fā)生污泥膨脹，但在實(shí)際運(yùn)行中要注意防止發(fā)生污泥膨脹，即要注意對(duì)pH、溫度、氮磷含量等影響因素的控制[9，10]。
