SBR法处理啤酒废水COD与DO的相关关系

曾薇　王淑莹　高景峰　李探微　彭永臻

　　提要:介绍了采用SBR法处理啤酒废水时，有机物降解过程中COD与DO的相关关系。试验结果表明，如改变进水有机物浓度、曝气量或起始混合液污泥浓度，在有机物降解过程中DO都有一个缓慢下降的趋势，与此同时，COD以较大速率被降解。在有机物达到难降解程度后，DO迅速大幅度升高，标志着反应过程应该结束。此外，由于进水COD浓度不同，在同一曝气量下DO相差较大，可以以初始DO的大小作为预测进水COD浓度的依据，调节曝气量，控制DO浓度在适宜的范围内。
　　关键词:SBR法　啤酒废水　DO　COD

0　概述?

　　活性污泥法是一个需氧的代谢过程，混合液溶解氧(DO)是反应过程中一个重要的控制参数，也是影响运行费用和出水水质的主要因素。正是因为DO对污水生物处理的重要意义，许多 学者从不同角度对此进行了大量的研究。其中在采用SBR法处理石油化工废水的研究中发现 ，在有机物达到难降解程度时，DO大幅度升高，并以此作为反应时间的控制参数［1］ ?。于是，本文采用了与石油化工废水水质相差较大的啤酒废水作为处理对象，来研究SBR 反应阶段COD的降解与DO变化之间的相关关系。由于两者水质不同，在有机物降解过程中，D O呈现不尽相同的变化规律。因此，针对不同水质的工业废水，研究其在有机物降解过程中C OD与DO的相关关系，对于保证出水水质和减少运行费用具有重要意义。?

1　试验设备与方法

　　试验以啤酒废水作为处理对象，反应过程中水温控制在20℃。废水的主要成分是纤维素、蛋白质、果胶、淀粉，通过自来水稀释得到不同浓度的废水。SBR法试验装置如图1所示。反应器高70cm，直径30cm，总有效容积38L，采用鼓风曝气，转子流量计调节流量。试验时 ，采用瞬时进水，然后立即开始曝气。在反应阶段连续测定DO值，并根据DO 值的变化在一定时间间隔内取样测定COD和MLSS等指标。

2　试验结果与分析

　　本试验在三种不同的试验条件下，测定DO与COD的相关关系。?
2.1　进水浓度相同，不同曝气量下DO与COD的相关关系
　　原始啤酒废水的COD为2100mg/L,试验配制的COD为700mg/L，进水混合后反应初始COD为500mg/L，反应过程中MLSS平均为2000mg/L，在曝气量分别为0.4m³/h、0.6m³/h、0.8 m³/h时的试验结果如图2所示。

　?试验结果表明，反应刚开始5min内，DO迅速升高，这是由于反应开始时反应器内溶氧速率 远远大于耗氧速率所致。在以后的反应过程中，DO有缓慢下降的趋势，与此同时，COD的降 解速率加大。如图2所示：在曝气量为0.4m³/h的情况下，COD降解曲线BC段的斜率大于AB段的斜率，而相应BC段的DO低于AB段的DO。在其它曝气量下，也能找到相对于DO较低段的COD降解曲线的斜率增大的情况。COD降解速率的增大就反映了耗氧速率的增大，在认为溶氧速率基本不变的情况下，耗氧速率的增大必然导致反应器内DO的降低。造成反应过程中某阶段 COD降解速率反而增大，DO降低的主要原因，分析如下：
　　根据莫诺特关系式，微生物的比增长速率(?μ?)与有机物的比降解速率(?v?)成比例。
　　
式中　　ds/dt?--有机物的降解速率，mv^-1t^-1?；
　　　　　　v?--有机物的比降解速率，t^-1?；
　　　　　　X?--混合液污泥浓度，mv^-1?；
　　　　　　s?--反应器中有机物浓度，mv^-1?；
　　　　　　y?--产率系数；
　　　　　　μ?--微生物的比增长速率，t^-1?。?

　由公式(1)得：

　　
　　式中?μ′?--微生物的增长速率，mv^-1?t^-1?。
　　以曝气量为0.4m?3/h的情况为例：根据反应过程中测定的MLSS数值，在反应前40min ML SS增长80mg/L，而在40～60min内MLSS则增长100mg/L，由公式(2)可知，?μX即μ′?的增 长引起了有机物降解速率的增大，从而导致DO浓度的降低。由于在反应过程中，DO有下降的 趋势，有必要在反应初始阶段使DO略高于正常水平，以保证反应过程中DO值不致过低。
　　当COD降解到50～60mg/L时，继续曝气，COD浓度基本不变，认为达到了难降解程度。当接 近难降解程度时，DO浓度降到最低值。整个反应过程中，DO下降的幅度与反应整体DO水平密 切相关。曝气量越大，反应初期DO升高的幅度越大，后来DO下降幅度越大。当曝气量为0.8 m³/h时，DO值由3.60mg/L降到1.75mg/L，变化1.85mg/L；
　　当曝气量为0.4m³/h时，DO值由1.57mg/L降到0.71mg/L，变化0.86mg/L。曝气量越小，反应过程中的总体DO值越低，延长了达到难降解程度所需时间，而且DO 下降幅度小，就使DO的变化出现了不十分明显的缓慢下降的趋势。当达到难降解程度时，有 机物降解的耗氧速率极小，仅维持内源呼吸，供氧速率远远大于耗氧速率，使反应器内DO值 突然大幅度升高，标志着反应的结束。曝气量越小，DO值越低，所需反应时间越长。
2.2　曝气量相同，不同进水浓度下COD与DO的相关关系
　?原始啤酒废水的COD为2 100mg/L，试验配制的COD分别为1000mg/L和715mg/L，进水混合 后反应初始COD分别为800mg/L和500mg/L。恒定曝气量为0.6m³/h，反应过程中MLSS平均 为2000mg/L?左右。试验结果如图3所示。反应过程中COD与DO的变化规律与上述结果 相同。在同一曝气量下，进水有机物浓度越高，反应过程中DO值越低，所需反应时间越长。因此，在同一曝气量下，反应过程中DO的高低间接地反应出进水有机物浓度的大小。?

　　　　

2.3　不同MLSS下，COD与DO的相关关系
　　原始啤酒废水的COD为2100mg/L，试验配制的COD为1100mg/L，进水混合后COD为 950mg/L，恒定曝气量为0.6m³/h，两次反应过程MLSS的平均浓度分别为1550mg/L和2000mg/L。试验结果如图4所示：反应过程中COD降解与DO变化趋势及规律与上述结果基本相同。不同的是混合液污泥浓度越高，DO值越低。氧的转移速率公式如下：
　?dC/dt=K_La(C_s?-C_l)　　　　　　(3)
　　式中　C_s--液体的饱和溶解氧浓度，mv^-1；
　　　C_l?--液体的实际溶解氧浓度，mv^-1；
?　　　　dC/dt?--单位容积内氧的转移速率，mv^-1t^-1；
　　　K_La?--氧总转移系数。
　?当曝气量和K_La不变时，C_l值越小，单位容积内氧的转移速率越大，转 移的氧均被微生物利用降解有机物，说明耗氧速率增大，间接地反映出有机物降解速率的增大，从而减少反应时间。试验结果也说明了这一点：MLSS为2000mg/L时的有机物降解曲线 的斜率大于MLSS为1550mg/L的曲线斜率，反应时间大约减少40min。因此，在一定范围内相 应地提高混合液污泥浓度，可以有效地减少反应时间。

3　结论

　?(1)啤酒废水在上述三种不同试验条件下，反应过程中COD与DO均出现相同的变化规律。 反应刚开始时DO迅速升高，然后是缓慢下降，下降幅度与反应器内整体DO值水平有关，DO值 越低，下降幅度越小。有机物达到难降解程度时，DO迅速大幅度升高。
　?(2)在同一曝气量下，不同进水COD的废水在反应过程中DO值的大小会有显著差别，可以 以此作为判断进水浓度大小的依据，进而调节曝气量。
　?(3)当有机物不再继续被降解时，DO迅速大幅度升高，可以以此作为反应结束的信号，防 止因曝气时间过长增大运行费用，造成污泥膨胀；或是反应时间太短而使出水水质不合格。
　?(4)在适当的范围内提高MLSS，可有效地缩短反应时间。?

参考文献
　?1　王淑莹，等.用溶解氧浓度作为SBR法过程控制和反应时间控制参数 .中国环境科学，1998，18(5)：415～418 ?

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国家自然科学基金资助项目(编号59878016)

作者通讯处：150090　哈尔滨市南岗区河海路202号
　　　　　　哈尔滨建筑大学市政环境工程学院607#
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修回日期：1999-12-11