間歇活性污泥法處理磺胺廢水及其動力學研究

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簡介： 間歇活性污泥法處理磺胺廢水及其動力學研究
關鍵字：間歇 活性污泥 磺胺

1 材料及方法

1.1 廢水
　　試驗所采用的廢水由實際的磺胺廢液加自來水和NH₄Cl、Na₂HPO₄(以BOD∶N∶P=100∶5∶1添加)配制而成，廢液的性質如表1所示。

表1 磺胺廢液的性質成分濃度TOC(g/L)30～34CODMn(g/L)18～26NaCl(%)14～16NaAc(%)7～8磺胺（%）1.8～2.0TS（%）24～27TVS（%）16～18pH6.0～6.2

　　廢液的稀釋倍數分別為10倍和20倍。另外，為了考察磺胺的影響，還根據過濾液在稀釋20倍時的NaCl和NaAc濃度，人工配制了不含磺胺的廢水進行對比。
1.2 試驗裝置及方法　
　　試驗裝置的構成如圖1所示。

　　活性污泥反應器為圓桶形有機玻璃容器，容積為8 L。反應器放在一個恒溫水槽中，水溫控制在(20±1) ℃。空氣泵的氣量由轉子流量計控制在1～2 L/min，用溶解氧測定儀監(jiān)測反應器中的溶氧濃度，確?；钚晕勰嗷旌弦喝苎鯘舛仍? mg/L以上。為了補充因曝氣造成的水分損失，在空氣泵與散氣球之間串聯(lián)了空氣加濕瓶。
　　試驗時取2 L馴化好的污泥混合液與4 L廢水放入反應器中曝氣，并以一定時間間隔取樣化驗。
1.3 種泥及其馴化方法
　　活性污泥種泥采自城市污水廠的曝氣池。種泥的馴化和廢水處理分別采用上述濾液的10倍和20倍稀釋水進行。第一階段和第二階段試驗的HRT分別為10d和5d，運轉時間各2個月。在馴化期間分別對處理水的DOC和混合液污泥濃度進行了測定，同時用顯微鏡觀察了污泥中細菌相的變化。

2 試驗結果

　　圖2、3、4分別為廢液在10倍稀釋、20倍稀釋和原水中不含磺胺(人工廢水)時，活性污泥反應體系中各指標的逐時變化情況。
　　這里需要說明的是，在做20倍稀釋水的試驗時夜間沒有采樣，所以反應的第6 h至22.5 h之間無數據。另外圖3中的幾個空白點是由于樣品測試失敗造成的。

3 討論與分析

3.1 指標的相關性
　　試驗數據通過線性回歸可以得出混合液懸浮固體濃度的SOC指標與VSS指標以及基質濃度的DOC指標與BOD指標之間的換算關系，即式(1)、(2)，據此可方便地計算出VSS和BOD值。
　　VSS=1.6SOC+581.0 (1)
　　BOD=1.9DOC-1285.3 (2)
3.2 動力學常數求定
　　為了探討磺胺的抑制性問題，依據Contois型動力學模型_[1]對所測得的數據進行回歸處理。
　　Contois型動力學模型如下：

　　(1/X)(dS/dt)=[Vm(S/X)]/[Ks+(S/X)]　　　(3)
　　式中　(1/X)(dS/dt)--基質的比降解速率，h^-1
?　　　　Vm--基質的最大比降解速率，h^-1
?　　　　Ks--飽和常數，mg/L
?　　　　X--微生物濃度，mgSOC/L
?　　　　S--基質濃度，mgDOC/L

　　式(3)簡化為一級反應式：
　　(1/X)(dS/dt)=K(S/X)
　　由于間歇活性污泥反應為非穩(wěn)態(tài)反應，故上式可改寫為：
　　d(S/X)/dt=K(S/X) (4)
　　其積分式為：
?　C=C_0exp(-Kt) (5)
　　式中 K=Vm/Ks--反應速率常數
?　　　　C=S/X--基質的比生物量濃度，mgDOC/mgSOC

　　S/X值在間歇活性污泥法(SBR法)中可視為不同時刻的污泥負荷，它是隨反應時間的延長而降低的，其變化趨勢與一級反應規(guī)律非常符合，因此可通過一級反應方程式進行回歸得出其相應的反應速率常數(表2)。

表2 動力學方程式原水種類SK10倍稀釋水8.0377exp(-0.1141t)0.114120倍稀釋水5.7646exp(-0.1369t)0.1369人工廢水3.0218exp(-0.4033t)0.4033

　　 表2中動力學方程式的系數表示了反應初始間歇式活性污泥反應器中基質與污泥濃度的比值，可視為SBR法的起始污泥負荷。同樣，可以根據式(1)、(2)對測試結果進行處理而求出以kgBOD/kgVSS為單位的相應動力學方程式S和反應速率常數K，為習慣于BOD和VSS表示的設計者提供參考。
3.3 磺胺的抑制性
　　從上述結果可見，即使是馴化過的污泥，磺胺的抑制作用也很明顯。試驗所用廢液中，磺胺的濃度為14 140 mg/L，其理論TOC為5076 mg/L，且在10倍和20倍稀釋時分別為507.6、253.8mg/L。如按上述動力學方程式進行推斷，當10倍、20倍稀釋情況以及人工廢水情況下反應液中的醋酸鈉濃度被完全降解掉，即DOC濃度分別達507.6、253.8和0 mg/L(此時DOC/SOC分別為0.43、0.28和0.1)時，所需的反應時間分別為25.6、22.1和21.6 h?？梢?，20倍稀釋時磺胺的抑制性幾乎不存在，因此對于該廢液的處理建議采用稀釋20倍。
　　試驗發(fā)現，對磺胺的降解采用兩級串聯(lián)的接觸氧化工藝更為有效，在活性污泥法系統(tǒng)中的降解效率很低^[2]。

4 結論

　　通過以上分析，對于采用間歇活性污泥法處理制藥廠磺胺廢液，可得出如下階段性結論：
　?、?采用10倍稀釋水進行處理，即使進行了污泥馴化，磺胺也會對微生物產生抑制作用，且磺胺的降解需要26 h以上的曝氣時間。而采用20倍稀釋水進行處理，磺胺的抑制作用消失。
　?、?采用間歇活性污泥法處理該廢液，其有機物降解可以用Contois型動力學模型的一級反應式描述，所得參數可供設計者參考。

參考文獻

　　1 Leslie Grady C P Jr，Lim Henry C.Biological Wastewater Treatment Theory and Applications.MARCEL DEKKER,INC.New York and Basel,1980
　　2 張振家，中西弘.高濃度活性污泥法と接觸酸化法によるSA合成廢液の處理特性についての實驗的研究，科學研究補助金(試驗研究B，1)研究成果報告書，1993