食品行業(yè)是我國發(fā)酵的主要行業(yè)之一，2002年我國食品的生產(chǎn)量已超過100萬 ，隨著食品生產(chǎn)的不斷發(fā)展，其廢水排放量在不斷增加，污染周圍環(huán)境，損壞企業(yè)形象，因此尋找經(jīng)濟、高效的食品廢水治理方法，對保護環(huán)境、食品企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。本試驗采用兩段SBR工藝對含COD和NW-N較高的食品廢水進行處理， 有效結(jié)合SBR反應器靈活便捷的特點和短程硝化反硝化的新型脫氮技術(shù)，提高了反應效率，節(jié)約了能耗。
1試驗方法
1.1 試驗裝置
兩段SBR工藝系統(tǒng)由2套相同的SBR反應器串聯(lián)而成，該SBR反應器均為圓柱形，內(nèi)徑為550mm，高為800mm，總有效容積為160L。一段反應器(SBR1)主要去除大部分有機物；二段反應器(SBR2)控制硝化反應至亞硝化階段再反硝化，試驗裝置見圖1。
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1.2 試驗水質(zhì)
試驗用水取自廣州某大型食品廠調(diào)節(jié)池廢水，主要來源于發(fā)酵車間、糖化車間、精煉車間經(jīng)過預處理后的低濃度廢水以及生產(chǎn)觸口水。具體水質(zhì)如表1所示。
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1.3 水質(zhì)分析方法
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2 實驗結(jié)果及討論
2.1兩段SBR工藝影響因素分析
2.1.1 污泥的硝化和啟動
試驗污泥均采用廣州某大型食品廠曝氣池污泥，活性較強，污泥沉降性能良好。SBR2的啟動采用不設固定的水力停留時間(HRT)的方法，根據(jù)原水氨氨濃度的變化與DH值具有很好的相關性[1]，在線檢測pH值來控制反應時間，實現(xiàn)亞硝化反應。經(jīng)過半個月時間，亞硝化率達90% 以上，成功實現(xiàn)短程硝化，見圖2。
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2.1 2溶解氧對處理效果的影響
(1)SBRI反應器中DO對有機物去除率的影響在初始混合液COD 濃度為1O00mg/L左右時，控制不同的曝氣量使反應過程中DO 的平均值分別為0.5，1.0，1.5，2.Omg/L左右，MLSS為5.0～5.5g/L，混合液pH值為8.5，曝氣3h，DO與COD 的去除關系見圖3。
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由圖可知，SBR溶解氧平均控制在1.0～1.5mg/L左右時，COD。 的去除率較高，經(jīng)過3h反應出水為560mg/L，反應器中45% 的有機物得到了去除，反應中未檢測出NO-，較高的有機含量和低溶解氧抑制了硝化反應的發(fā)生。DO>2mg/L，容易發(fā)生硝化反應，COD 去除率降低，說明再增加溶解氧在較短的時間內(nèi)并不能有效地提高去除率，而且以完全好氧方式，亦增加能耗和運行費用。當DO<O.5mg/L時，由于DO不足，抑制了細菌正常的代謝活動此時微生物不甚活躍，出水混濁。
所以DO控制在1.0～1.5mg/L左右，對反應最為有利，由于食品廢水屬于發(fā)酵廢水，有機物含量高，分析認為，SBRI在一段反應器中存在著生物降解反應以外的生物吸附和絮凝作用，正是這種生物吸附、絮凝連同生物氧化作用，使有機物在短時間高負荷的情況下得到了較高的去除率。兩段SBR法的第一段與AB法中的A段有相似的機理和優(yōu)勢。
(2)SBR2反應器中DO對反應速率的影響
增加曝氣量，使SBR2反應器內(nèi)的溶解氧濃度逐漸提高，探討不同曝氣量下對硝化速率(MLSS對NH-N)的影響，為實際工程選擇最佳曝氣量提供理論依據(jù)，初始混合液的NH-N為40mg/L左右，MLSS在3500mg/L時試驗結(jié)果見表3。
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由表3可看出，提高混合液溶解氧濃度，可加快硝化反應進程，反之，則硝化速率下降。硝化過程中平均DO<2mg/L，則DO成為硝化反應的限制因素，反應速率慢：DO>2mg/L時硝化反應速率明顯增快，當DO在2.5mg/L左右時，硝化速率最高，再增加DO濃度則對反應速率影響不大，也不經(jīng)濟，而且溶解氧太高還會使亞硝酸鹽氧化，不利于亞硝酸鹽的積累。亞硝化菌換代周期長，增長慢。溶解氧過高，還會導致微生物的新陳代謝旺盛，活性污泥量減少，所以綜合考慮，DO 以2.5mg/I,為宜。
2.1 3 曝氣時間對處理效果的影響
SBRI主要利用微生物的吸附和絮凝來凈化水質(zhì)， 而不是利用微生物的氧化分解，經(jīng)過2h的曝氣后，廢水中大量膠體和懸浮物，被微生物吸附，易降解的有機物已被微生物氧化分解，COD 下降至最小，隨著曝氣時間的延長，吸附的有機固體物在生物酶作用下變成可溶性物質(zhì)再向水中擴散，致使水中COD又有所回升，SBRI的最佳曝氣時間為2h。
2.1.4 pH值對處理效果的影響
將試驗進水的pH值用硫酸調(diào)至7.0左右，與進水為pH8.5～9.0值相比，SBRI出水COD。濃度略有降低，但差異不明
顯，說明在SBRI階段，pH值對于COD。 降解無明顯影響，異氧菌對環(huán)境條件的適應能力較強。但進水pH大于10時，微生物代謝速度受影響，出現(xiàn)污泥解體和上浮，所以pH值應小于10。將進水pH值維持在8.5～9.0之間，對SBRI反應速度及去除率影響不大，又保證了SBR2反應器處于堿性狀態(tài)(8.0～8.5)，符合亞硝酸型硝化的條件。
2.1.5 進水濃度(負荷)的影響
(1)進水CODcr去除效果的影響
在DO=1.0mg/L，污泥濃度在5000mg/L，分析初始混合溶液COD。 分別在700mg/n，900mg/L，1100mg/L三個水平下COD。 的降解效果，反應時間為2h，每隔0.5h取一次樣。
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由圖4可知，在反應時間和曝氣條件相同的情況下，進水COD 濃度越高， 出水COD。 濃度越高。但隨著污泥負荷從1.05kg/(kg.d)增加到2.24kg/(kg·d)， 污泥去除能力也由0.648kg/(kg·d)增加到1、425kg/(kg·d)，即污泥負荷增加，單位重量活性污泥MLSS單位時間內(nèi)降解的COD。 也增加，說明SBRI在高污泥負荷下活性污泥代謝能力強，對有機物有很好的凈化能力。出水沉淀后，經(jīng)SBR2混合稀釋，初始COD。 在200～300mg/L，反應過程中COD 進一步緩慢下降。
(2)進水氨氮濃度對脫氮效果的影響
原水經(jīng)SBRI反應， 一方面食品廢水中蛋白質(zhì)等物質(zhì)在反應中轉(zhuǎn)化為氨氮，使氨氮濃度有所上升，另一方面隨著COD。濃度下降，微生物同化作用分解利用部分營養(yǎng)物質(zhì)使得氨氮濃度降低。所以總體上進水氨氮濃度與出水氨氮濃度幾乎沒有變化，出水未檢測到NO-，說明沒有硝化反應發(fā)生。SBR2反應器中，主要發(fā)生硝化反應，生物硝化為低污泥負荷工藝，研究認為閱，只有BOD <20mg/L時硝化反應才能完成。而本系統(tǒng)中有機負荷較低，COD。 污泥負荷只有0 314kg/(kg·d)，避免了高有機負荷下異氧菌的大量繁殖，使硝化進行很充分。
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對于SBR2反應階段，從圖5中氨氨和亞硝態(tài)氨濃度隨時間變化可看出，提高氨氮濃度時，要達到較高的氨氮去除率必須延長硝化時間，同時亞硝態(tài)氮的增加也使反硝化時間增加。反應結(jié)束，出水氨氮濃度基本在5.5mg/L以下，說明在此進水濃度下，氨氮保持了很好的去除率。
研究認為氨氨濃度過低，體系中游離氨的濃度也低，不利于亞硝化菌的積累，所以，從這方面來說，亞硝化反應更適合高氨氮廢水的處理。但另一方面，氨氮濃度高，則反硝化需要碳源多，反應時間長，如果在反硝化時投加有機物，能大大加快反硝化的速率和縮短反應時間，但增加了成本，所以應控制一定的氨氮負荷，保證一定的脫氮效果。趙慶良等團在對比亞硝酸型生物脫氮與硝酸型生物脫氮處理焦化廢水的試驗表明，在COD。 N值為2的條件下，亞硝酸型硝化和反硝化比正常的硝酸型硝化總氮去除率提高13% ，本試驗中總氮的去除率達80%以上，可見亞硝酸型硝化需要的碳源較少。為保證內(nèi)源呼吸溶出足夠的有機物作為碳源和能源，污泥濃度要大于3.0g/L：在本試驗中，SBR2污泥濃度維持在3.5g/L左右。
2.2 兩段SBR系統(tǒng)連續(xù)運行情況的分析和探討
2.2.1 兩段SBR 工藝對COD的處理效果
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由圖6可知，當進水COD 濃度在1000～2000mg/L間變動時，SBRI能大幅度的降低COD。 的值， 使出水在500～600mg/L，SBR2使CQD。 值進一步降低， 出水在100mg/L左右，兩段SBR耐沖擊負荷能力強，保持相對均勻穩(wěn)定的出水。
2.2.2 兩段SBR工藝對氨氮的處理效果
SBRI對氨氮去除作用不大，有一定調(diào)節(jié)作用，出水一般較為穩(wěn)定，在100～120mg/L波動。SBR2中短程硝化反硝化狀態(tài)穩(wěn)定， 氨氮出水在2～5mg/L，亞硝氮濃度在5～15mg/L，總氮去除率達80% 以上，較大的氨氮負荷沖擊對出水濃度影響不大，但TN去除率會有所下降。
2.2.3 溫度的影響
本試驗在9～12月進行，受天氣影響，水溫也隨季節(jié)逐漸降低，異氧菌對溫度條件不太敏感，對溫度的影響不明顯。而硝化菌對各溫度下硝化反應速率影響較大。溫度在25～30℃ ，硝化速率較高，在0.030mg/(g·min)以上，當溫度下降到25℃ 以下時，則反應速率明顯變慢，當溫度上升到30℃ 以上時，硝化速率又明顯加快。
HyungseokYoo等人的研究結(jié)果表明，亞硝化反應的最佳溫度應控制在22～27℃ ，至少不能低于15℃ ，該溫度范圍內(nèi)亞硝化細菌的活性最強，在15℃ 以下硝化細菌的活性最強。Balmelle等也認為亞硝化反應的最佳溫度為25℃ ，這與HyungseokYoo等人的研究結(jié)果一致，但卻與Ford的結(jié)果不同，他們認為最佳溫度是3O一36℃。
本試驗認為溫度大于25℃ ，能保證較高的亞硝化速率，廣州食品廠廢水水溫在25cC以上，夏季高達36。C，應用短程硝化反硝化非常適宜，節(jié)約了能耗，加快了反應速率。
3 結(jié)論
(1)采用兩段SBR法處理食品廢水可成功實現(xiàn)短程硝化反應，亞硝酸鹽積累率達9O%。
(2)分析了各反應因素對系統(tǒng)影響，結(jié)果表明，SBRI的最佳條件為：DO濃度為1.O～1.5mg/L，進水pH值為9 O～8.5；SBR2的最佳條件為：DO濃度為2.5mg/L，進水DH值為8l2～8.5，溫度大于25oc。
(3)進水COD。 濃度對反應影響不大，而氨氨濃度增加使SBR2硝化反硝化時間增加。SBR2在低有機負荷下運行，提高了硝化速率。
(4)運行結(jié)果表明：進水COD 為1000～2000mg/L，NH3一N為9O～120mg/L的情況下，出水COD ，為1OOmg/L左右，NH3一N在5mg/L以下，TN去除率達80%以上�；具_到國家GB8978～1996一級標準。
參考文獻
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[2]鄭興燦，李亞新.污水除磷脫氮技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.45～55.
[3]趙慶良，李偉光.特種廢水處理技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004 71—74
[4]Hyungseok Yoo Nitrogen removal from synthetic wastewate r bysimultaneous作者: 許毅
