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1、SBBRSBBR 工艺处理味精废水工艺优化研究工艺处理味精废水工艺优化研究何争光，张珂，谢丽清，王震（郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450001）摘要摘要：向 SBR 反应器中投加悬浮填料形成序批式生物膜反应器(SBBR)，在填料填充率为 30%的情况下，研究 SBBR 系统对味精废水的处理效果。结果表明，当曝气量为 0.75m3/h 时， SBBR 反应器的最优运行工况为：进水 30min，曝气 7h，沉淀1h，出水 30min。在此工况下运行时，SBBR 系统对 CODCr、NH4+-N 和 TN 的去除率分别可达 90%、98%、75%以上，出水 CODCr浓度在 100mg/L
2、以下，NH4+-N 浓度在 5mg/L 以下，出水 TN 浓度为 30mg/L 左右，处理效果与未投加悬浮填料的 SBR 系统相比有明显提高。关键词关键词：序批式生物膜反应器；悬浮填料，味精废水；运行工况Optimization of Operating Conditions of SBBR for Monosodium Glutamate Wastewater Treatment ZHANG Ke, XIE Li-qing, HE Zheng-guang, WANG zhen(School of Water Conservancy and Environment, Zhengzhou Uni
3、versity, Zhengzhou 450001,China)Abstract: Sequencing Batch Biofilm Reactor(SBBR) was formed by putting suspended carriers into SBR. The treatment effect of monosodium glutamate wastewater on SBBR was studied with the carrier filling ratio of 30%. The results showed that,when the aeration rate was 0.
4、75m3/h, the optimum operating conditions of the SBBR were as follows:water ertering time was 30min, aerobic time was 7h,precipitation time was 1h and drainage time was 30min.In this condition,the removal rates of CODCr,NH4+-N and TN could respectively reach up to 90%、98% and 75%.The concentration of
5、 CODCr and NH4+-N in effluent were lower than 100mg/L and 5mg/L,and the effluent TN concentration was about 30mg/L.The treatment effect of SBBR has been obviously improved compared with SBR without adding suspended carriers.Keywords: Sequencing Batch Biofilm Reactor; suspended carrier ; monosodium g
6、lutamate wastewater;operating condition 味精生产过程中产生的发酵废液是味精生产行业的主要污染源，大多都具有 COD 高、BOD 高、菌体含 量高、硫酸根含量高、氨氮含量高及 pH 值(l.53.2)低“五高一低”的特点。在目前的味精生产企业中， 有相当一部分采用 SBR 系统作为二级生物处理的主要工艺。但该工艺在实际运行中还存在着一些问题： 废水水质水量的较大波动容易降低生物处理系统的处理能力，导致出水水质时好时坏；反应器中的生物 浓度不够高，进入冬季后随着水体温度的降低，微生物活性降低，难以保证出水水质的达标排放；废水 回用率低，不能满足可持续发展、节
7、能减排以及清洁生产等国家政策。此外，鉴于全国水体环境的恶化 趋势，国家相关部门正在制定新的味精工业污染物排放标准 ，企业为适应更高的排放标准的要求，提 高出水水质，对现有废水处理设施进行升级改造势在必行。 向曝气池中投加填料，增加微生物量，降低污泥负荷，提高系统的运行稳定性和处理能力，是活性 污泥工艺改造的一种有效措施1。本试验向 SBR 反应器中投加悬浮填料，形成活性污泥法与生物膜法相 结合的序批式生物膜反应器(SBBR)。SBBR 工艺具有生物量大，抗冲击能力强等特点，具有良好的脱氮除 磷性能2。试验以味精废水为研究对象，考察 SBBR 反应器的处理效果，为现有味精废水处理设施的技术 改造
8、提供参考，也为今后实际工程中采用 SBBR 工艺处理味精废水或发酵行业废水提供优化设计方案和理 论依据。1 1 材料与方法材料与方法1.11.1 试验装置试验装置图 1 SBBR 反应器示意图 Fig.1 Sketch of experimental equipment for SBBR 试验装置如图 1 所示。反应器由有机玻璃制成，长、宽、高分别为 0.6m、0.5m 和 0.6m，有效水深 0.5m，总容积 180L，有效容积 150L。反应器壁垂直方向不同高度设置排水口，用于取样和排水；在距离 排水口 1/5 处设置隔离网，防止悬浮填料及截留的污泥在排水时随水流出；底部设置排泥管，用于排
9、泥 及放空；通过气泵及曝气砂头进行曝气，转子流量计控制曝气量。 基于悬浮填料的各项优点3，本试验选用 80mm 球形悬浮填料，该填料由聚丙烯材料注塑成形，外 部为鱼网状球体，内部填充塑料编织丝，填料填充率为 30%。 1.21.2 试验水质试验水质 本试验所用污水取自河南某味精企业污水处理厂调节池，由潜水泵将污水从调节池输送到实验室进 水水箱，再由水箱内的小型潜水泵抽送至反应器内。进水水质为：COD=6402110mg/L，氨氮 =66185mg/L，pH=6.438.49。 1.31.3 试验内容与方法试验内容与方法 试验在室温下进行，水温 1520，MLSS 为 3500mg/L 左右，将
10、挂膜成熟的悬浮填料以 30%的比例投 加至 SBBR 反应器中，通过测定 DO 浓度、CODCr、NH4+-N 及 TN 等污染物的去除率，确定 SBBR 工艺的运行 工况，包括进水时间、曝气方式、曝气量、曝气时间、沉淀时间和排水时间。并考察 SBBR 系统在此工况 下稳定运行期间对味精废水的处理效果。 1.41.4 分析项目及检测方法分析项目及检测方法 CODCr、NH4+-N、TN、SV30、MLSS：参考水和废水监测分析方法(第四版) 4；DO：YSI550A 便 携式 DO 仪；pH 值：PHS-2C 型 pH 计。2 2 结果与讨论结果与讨论2.12.1 运行工况的确定运行工况的确定
11、 2.1.1 曝气方式与进水时间的确定 SBBR 是在 SBR 的工艺上发展起来的，具备 SBR 与生物膜法的优点。进水方式与 SBR 法一样，都具有 限制性曝气、非限制性曝气、半限制性曝气三种。限制性曝气指进水结束后曝气；非限制性曝气是指进 入污水的同时进行曝气；半限制性曝气是指进水后期进行曝气。 一般来说，当废水中有机物浓度较高或废水中含有毒物质时，宜采用非限制性曝气方式，这样可以 缓解冲击负荷的影响；当废水中有机物浓度较低、充水量较小时，可以采用限制性曝气方式，不仅可以 节约运行费用，还可以使处理工艺具有脱氮除磷的多重功能5。本试验进水 CODCr 浓度一般不超过 2000mg/L，而且
12、设计进水量为反应器有效容积的 30%40%，宜采用限制性曝气方式。本试验采用小型潜水 泵进水，通过电磁阀及液体流量计控制流速，每次进水 45L50L，进水时间为 30min。 2.1.2 曝气量的确定 曝气量的大小对填料的流化状态起主导作用6，同时影响着反应器内 DO 浓度，从而影响系统的处理效果。由于悬浮球填料体积较大，曝气量小于 0.5m3/h 时，悬浮球在水中流化效果较差，所以本阶段 选择了以下三种曝气量进行试验：0.5m3/h、0.75m3/h 和 1.0m3/h。 (1) 不同曝气量时 DO 浓度的变化 在本阶段的试验中，进水 CODCr 浓度为 1100mg/L，进水 NH4+-N
13、 浓度为 100mg/L。在曝气量分别为 0.5m3/h、0.75m3/h 和 1.0m3/h 的情况下，每隔 6min 记录一次 DO 浓度数值，其变化情况见图 2。0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.50255075100125150175200225250275300 时间/minDO浓度/mg/L曝气量500L/h 曝气量750L/h 曝气量1000L/h图 2 不同曝气量时 DO 浓度随时间的变化 Fig.2 Profiles of DO in different aeration rates 从图中可以看出，三种曝气量时 DO 浓度的变化曲线均呈先下降再迅速上
14、升然后基本保持稳定的趋势。 开始曝气时，DO 浓度均为 1.0mg/L 左右，曝气结束时 DO 浓度达到最大值，分别为 3.5mg/L、4.0mg/L 和 4.3mg/L，三种强度的曝气量在整个曝气过程中的平均 DO 浓度分别为 1.9mg/L、2.7mg/L 和 2.9mg/L。 在开始曝气前，生物膜经过闲置阶段而处于厌氧状态，开始曝气时，异养好氧菌的耗氧速率大于供 氧速率，在这一阶段内，CODCr 大量去除，DO 浓度呈下降趋势。之后 CODCr 降解至难降解部分或部分被 生物膜所吸收，异养菌无大量有机物可摄取，造成供氧量大于耗氧量，所以 DO 浓度迅速上升。随着硝化 反应的进行，NH4+
15、-N 浓度逐渐降低，微生物的耗氧速率降低，而供气量不变，所以 DO 浓度呈上升趋势。 当硝化反应结束时，NH4+-N 被降解至一定程度，微生物的耗氧速率非常低，这时供养速率远大于耗氧速 率，表现为 DO 浓度变化缓慢直至饱和。当硝化反应结束，反应还在继续进行，系统基本不耗氧，DO 浓度 维持在较高水平。 (2) 不同曝气量时污染物去除效果 不同曝气量时 CODCr 及 NH4+-N 随时间变化情况如图 3 所示。三种曝气量对应进水 CODCr 浓度分别为 1108.2mg/L、1080.44mg/L 及 1186.9mg/L，在曝气期的前 1h 内，CODCr 下降趋势均非常明显，分别下降 至
16、 268.97mg/L、208.45mg/L 及 186.89mg/L，此后的降解速度呈缓慢下降趋势。曝气量为 0.5m3/h 时，曝 气 5h 后 CODCr 浓度降至 150mg/L 以下，7h 降至 136.46mg/L。曝气量为 0.75m3/h 及 1.0m3/h 时，CODCr 浓度均在 4h 后降至 150mg/L 以下，在曝气 7h 后降至 100mg/L 左右。可见，曝气量过小会导致 CODCr 降 解时间的延长，并可能导致出水 CODCr 浓度超过排放标准。而曝气量过大对 CODCr 的降解速率并没有明 显的影响，而且造成能源浪费。所以去除 CODCr 的最佳曝气量应为 0.75m3/h。 进水 NH4+-N 浓度分别为 133.54mg/L、124.14mg/L 和 129.35mg/L。曝气量越大，DO 浓度越高，硝化 反应速率也越大，NH4+-N 的去除率越高。在三种曝气强度下，NH4+-N 浓度降至 30mg/L 以下的时间分别 为 4h、3h 和 2h，NH4+-N 浓度降至
