SBR工艺动力学研究与工程应用

SBR工艺动力学研究与工程应用李宇庆陈玲赵建夫同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092)摘要棉浆粕废水组分较为复杂治理具有一定的技术难度采用两相厌氧、序批式活性污泥法和物化处理组合工艺取得了较好的效果。生产运行结果表明SBR工艺对 COD BOI的去除效率分别达到40%~57%和55%~70%。在水温自然变化情况下测定了好氧SBR单元的生化动力学参数并与已有文献报道的纸浆和造纸废水的测定结果进行了比较表明棉浆粕废水经两相厌氧处理后的岀水更易于生化处理但仍属较难好氧生化处理废水。关键词两相厌氧序批式活性污泥法棉浆粕废水动力学参数生产性试验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浆粕由自然界含有纤维素的植物如木材、棉工程运行效果均不够理想大多很难稳定地满足达短绒羟化学加工提纯而得。国内企业大多使用棉标排放的要求。籽表面的棉短绒为原料通过碱法制浆工艺生产棉1处理工艺及主要构筑物浆粕。制浆过程中产生的主要污染物是冲浆工段排针对棉浆粕废水治理难度较大国内尚无成熟岀的高浓度黑液其次是打浆、浓缩和漂洗工段排岀的达标处理技术本实验室在试验硏究的基础上采的中、低浓度废水。棉浆粕生产废水产生量大产污用两相厌氧水解酸化-UBF厢序批式活性污泥法负荷高且废水中污染物成分复杂残碱量高主要(SBR泩物处理结合物化处理的技术方案对河南污染物为纤维素、半纤维素、木质素果胶、蜡质、单省某中国煤化工进行处理具体工艺流宁与脂类等物质是一种很难处理的高浓度高色程见CNMHG度有机废水生化性较差其BOD/COD一般在0.3女处埋⊥艺小看生广过程污染控制与末端治理左右目前国内还缺乏有效的处理方法。国內化纤相结合的治理原则实行清污分流措施对高浓度黑企业与科研单位合作探讨了多种治理方案但实际液进行单独预处理最大限度地减少综合废水处理给水排水Vol.30No.9200463回流污泥高浓度废水于设计和运行控制的关键之一是获得应用条件下调节池}初沉池}一[水解池}沉淀池集水池的模型参数值。目前研究的参数估计方法有试验测++[除十[淀+四时图定模型拟合试验数据和系统辨识2.由于机理模鼓风机其他度水型的参数都有明确的物理意义只要根据具体情况水机房![水池}一空孔旋流反应池}[斜管沉淀池}设计试验程序,多数参数可用试验方法直接测得。根据文献报道,试验测得的精度能够满足工程应用图1棉浆粕废水处理工艺流程的要求。本文采用现场试验测定的方法确定模型参系统的处理负荷以节省投资和降低运行成本。此数值工艺将生产过程清污分流出的以棉浆黑液为主的高2.1试验条件和测试方法浓度有机废水进行厌氧预处理处理出水和其它低SBR池共4座,共配SL-600散流式曝气头浓度废水混合形成综合废水并对其进行好氧和物1152个SB-250型伸缩管滗水器16个单池运行化处理最终使全部废水处理后达标排放。周期T=12h采用非限制曝气运行方式其中进水原水水质情况为:COD55007300mg/L,t=2h臊气tR=6h静止沉淀ts=1h排水tDBOD1800~3100mg/Lss1800~2600mg/L3K(排泥在排水过程中进行)选用6台RE-250型pH9~11色度1800~3400倍。工程设计处理规罗茨风机P=58.8kPa,Q=74.5m3/min,N=110模为13000m3/d,于1999年底竣工,2000年元月kW)A用2备单池最大供气量Q=72m3/min生化处理系统启动,2000年7月全流程试运行DO=0.5~2mg/l。单池间歇运行4池系统交替2001年2月环保达标验收至今运行正常达到了运行,系统形成连续运行。SBR池启动时分批投河南省环保局对其规定的排放要求:COD≤2350入好氧脫水污泥。至4个月时投入含水率75%左mg/LBOD≤102mgL,ss≤148mg/LH6~9右的污泥200t。至7个月时,COD去除率为40%色度50倍。其废水和污泥处理系统中主要构筑物、~57%,BOD去除率为55%~70%SBR池进水相关设备及实际运行参数见表1COD1500~2400mg/LBOD400~600mg/L污2动力学参数的测定泥浓度维持在MLSS5500~6500mg/L,把描述SBR工艺非稳态过程的数学模型应用 MLVSS1800~2100mgL。试验测试是从4池中表1主要构筑物、相关设备及实际运行参数序号名称数量/座工艺尺寸/m运行参数设备名称规格设备数量调节池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)潜水搅拌机Qwo75沉淀池I12×4HRT 2. 25 h中心传动刮泥机PN22台UBF罐HRT36h,N.09-12kgOD(m2)孔板流量计沉淀池Ⅱ2HRT 2.25 h中心传动刮泥机PN122台综合调节池Ho 2.5 m HRT 5.6hSBR池45×18×5.5单池运行周期12h鼓风机JSE200-72.76台穿孔旋流反应池28×12×5HRT O,5 h沉淀池HRT 2 h斜管沉淀池20×70×3HRT 2 h中国煤化工50m240m浓缩池16×16×6HRT 24 hCNMHG36×15×6∠mmu120m3板框各2台注表中H。为有效水深序号10表示企业原有的辐流式沉淀浟图1中未标岀)序号11表示1999年改扩建后新建的斜板沉淀池两沉淀池并联运行64给水排水Vl.30No.92004选1池作为本次试验研究对象。表2动力学参数测定结果基于生化反应动力学试验方法供试验用反应编号项目1h1.5h2h25h3h3.5h4.5h器分为积分反应器和微分反应器。动力学参数估算BOD/mg/L171.5145有积分法和微分法两大类,SBR是间歇操作反应1/comg471.4143143811229135413104器属积分反应器范畴。描述SBR装置反应过程中MLVSS mg/L1864188018961911192620011802微生物和基质浓度变化规律的是一阶非线性微分方水温T/℃30.530.53029.529程不能完全由积分法求岀解析解常用龙格-库塔BOD/mgL1583132.5107482.7cOD/mg/L12591246.61231.61203.5117281190.21149法求其数值解3。在此估算动力学参数采用积分法MLVSS/mg/L18731891905192019516991659较为困难故采用微分法并辅之以线性化作图更为水温T/℃303029.52928.5285方便4本次动力学参数测定试验采用微分法原BOD/mg/理即在不同的时间状态下测定基质和微生物浓度,COD/mg/L1892175441658.11754.41658.1520.515544按照 Monod生化反应动力学方程确定参数值53MLVSS/mg/L 1 88089619121927194219111786为消除进水阶段带入大量悬浮物和胶体物质对测定水温T/℃3130.530.53029.529,.529结果的影响,本试验从反应期开始1h后每隔30BOD/mgL183.3157.2131.7106.882.4min取样一次共取5次测定项目包括 COD,BODCO/mgL1836.917881754.4173.61816.31898.91912.6MLVSS mg/L186918851901196193117511611MLSS, MLVSS SⅤ和水温T。具体测定方法采用水温r/℃29.529.52928.528.5282.5统一国标与推荐方法6BOD/mg/L186160134.6102.2试验结果和计算s/co/mg1820.31740.61685.6164.216031471.31420.5在SBR好氧系统稳定运行一段时间后即开始9231938181116动力学参数测定试验测定期间SBR池水温自然变水温T/℃28.528.52827.527化范围为27~31℃整个试验共测得5组数据,试K—衰减系数d-1验结果见表2。由式1)式(2厢表2中数据可得到如图2根据 Monod生化反应动力学方程式7图5所示直线通过最小二乘法计算求得水温自然1X△tks11变化范围为T=27~31℃时动力学参数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——基质比去除速率 mgBOD( mg vss d)( mgvss d x字母上标带者表示基质浓度以CODX—曝气反应阶段污泥平均浓度 mg VSs/L,计计,下同),K14.2 mgCOD/Δ——相邻两取样点时间间隔,d本试验取r=0.38-0.45 mg VSS/mgCoD, kd=0. 021△t=30min0.029d-。S1,S2曝气反应阶段相邻两时间点上前、后两3结论点混合液基质浓度 mebo/L1屎采用两相厌氧-SBR法处理棉浆粕废水Ks——饱和常数 mebO/L在国内尚属首创汇工程实践表明采用两相厌氧、序基质最大比去除速率, mobO/批式活性污泥法和物化处理组合工艺取得了较好的(mgvss d)效果由P工盐对灬n、BOD的去除效率分0——生物固体平均停留时间d中国煤化别达70%。X1,X2——曝气反应阶段相邻两时间点上前、后两CNMHG工艺的生产性试验点混合液活性污泥浓度 mg vss,/L测定可得到其动力学参数值对基质浓度以BODY—产率系数 ,mgvss/ mobod和COD计的两套试验数据进行线性回归求得相关给水排水Vol.30No,9200465169(3勵力学参数的影响因素主要有水质、微生物种类和温度等而产率系数Y主要受废水中底物组成的影响8棉浆粕废水Y值较小则说明降解单160◆测定序列1■测定序列2位质量有机物产泥量较少滾减系数Kd反映了微▲测定序列3·测定序列4生物内源呼吸速率的大小;基质最大比去除速率测定序列5V灬和饱和常数Ks的大小反映了废水可生化的难易程度。对照其它类似废水如纸浆和造纸废水(传00050.0070.0090.0110.013001500170.019I/S//mg BOD统活性污泥法)动力学参数Y=0.76,Kd法确定Ks,Vm0.01691与本次试验测定值Y和K范围有所不同。从上述测定结果与分析可知经两相厌氧处理0.4200.415后的棉浆粕废水虽比一般纸浆和造纸废水具有更0.410好的可生化处理性但仍属较难降解的有机废水。04050.395◆测定序列参考文献0.385▲测定序列31周晓东,刘益贵.物化-生化组合工艺处理化纤厂浆粕综合废0.380水.环境工程,2001,192):10-110.375测定序列52黄勇,王宝贞,等.生物处理动力学参数測定研究,中国环境科0.3700.600610.620630.640.650.660670.68学,1996,16(2):123-127△SX△r) mg BOD/( mssD3 Furumai Hiroaki, et al. Modeling long term nutrient removal in图3图解法确定Y,KAsequencing batch reactor. Water Research, 1999, 311): 27084戚以政,汪叔雄.生化反应动力学与反应器.北京:化学工业出版社,1999165145拉里D贝尼菲尔德,克里福德W兰德尔著.废水生物处理过程16512设计.刑建,段宁译.北京:中国建筑工业出版社,1984.107◆测定序列16508■测定序列26国家环保局.水和废水监测分析方法.北京:中国环境科学岀版▲测定序列3社,1997s16506·测定序列47顾夏声,废水生物处理数学模式,北京:清华大学出版社,1993一测定序列58王志盈,谢晋肃.活性污泥动力学公式中几个参数含义的探讨0000680000700000720.000740.000760.00078与分析.中国给水排水,1990,64):35~399顾夏声,黄铭荣,等,水处理工程,北京:清华大学出版社985图4图解法确定Ks,Vm02237※电话(02159846260.2236E-mail:yvqinglee@163.com修回日期2004-6-210.22350.2234◆测定序列1上海市第二污水处理厂工程已正式开工I EEZZO P■测定序列2▲测定序列3上海市第二污水处理厂工程已正式开工。该工程0.2232测定序列4测定序列5总投资达6亿元人民币,设计处理规模50万m3/d,讠0.2230.6055060560.60570.60580.60590.60600.60610.6062划王2005年底宗成丰体T稈的建设届时上海市污水SX△r)/ maCON( mgVSS.d中国煤化图5图解法确定Y′,KCNMHG处理和分散处理相结系数分别在0.94和0.86以上这在一定程度上说合的污水治理格局200年污水处理率已经达到60%明SBR工艺动力学模型可用 Monod方程表示。(水工+“+…+“+“+…+“+-+“+“+…+“+-+…+…+…+-+…+…+“+66给水排水Vl.30No.92004