劉紹根，孫 菁，成雄劍，任 博

(安徽建筑工業(yè)學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230022)

研究開發(fā)

SBR反應(yīng)器中好氧顆粒污泥處理汽車涂裝廢水

劉紹根，孫 菁，成雄劍，任 博

(安徽建筑工業(yè)學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230022)

為研究序批間歇式（SBR）反應(yīng)器中好氧顆粒污泥處理汽車涂裝廢水的可行性，采用以生活污水培養(yǎng)出的好氧顆粒污泥作為接種體，逐步加入汽車涂裝廢水馴化，考察被馴化的顆粒污泥的形態(tài)、理化性質(zhì)以及反應(yīng)器內(nèi)污染物的去除效果。結(jié)果表明：馴化5周后的顆粒污泥未有解體，結(jié)構(gòu)更致密，平均粒徑可達(dá)到1.5 mm，呈白色，MLSS為8000 mg/L，SVI30值為28 m L/g，其沉降性能、生物量都提高。反應(yīng)器運(yùn)行至45 d左右，除污性能明顯且穩(wěn)定，COD、的出水濃度保持在100 mg/L、10 mg/L、1.0 mg/L以下，均達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)，保持了良好的污染物同步去除效果。

序批間歇式反應(yīng)器；汽車涂裝廢水；好氧顆粒污泥；微生物

汽車涂裝廢水含有大量污染物，種類多，成分復(fù)雜，如有機(jī)樹脂、磷酸鹽、表面活性劑、化學(xué)填料、磷酸鹽、重金屬等；排放無規(guī)律可循，多為間歇集中排放，水質(zhì)與水量不穩(wěn)定[1]，處理難度相對較大。采用傳統(tǒng)的物化處理不僅運(yùn)行費(fèi)用高，而且出水不穩(wěn)定，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，近年來逐步向物化+生化處理法（膜生物反應(yīng)器、接觸氧化、水解、曝氣生物濾池）方向發(fā)展，但這些工藝分別存在運(yùn)行費(fèi)用高、投資高、占地面積大、動力消耗大、處理效果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。而好氧顆粒污泥技術(shù)因其具有微生物濃度高、沉降性能好、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、處理出水水質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)，成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，是污水處理領(lǐng)域具有前景的技術(shù)之一[2-3]。目前，利用好氧顆粒處理工業(yè)廢水的文獻(xiàn)報(bào)道相對較少，已報(bào)道的文獻(xiàn)中對啤酒廢水、高濃度維生素C廢水、避孕藥生產(chǎn)廢水等都具有良好的去除效果[4-6]，但還未見好氧顆粒污泥處理汽車涂裝廢水的相關(guān)報(bào)道。因此，在汽車涂裝廢水中接種好氧顆粒污泥，通過逐步馴化使達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，探求工藝運(yùn)行參數(shù)對污染物處理效果的影響，從而對汽車涂裝廢水有效處理提供一定的技術(shù)參考以及為好氧顆粒技術(shù)在處理工業(yè)廢水方面的實(shí)際應(yīng)用與推廣提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)用水與接種污泥

本試驗(yàn)采用的廢水取自安徽某汽車綜合廢水一級物化處理出水的涂裝廢水，經(jīng)物化處理后的出水濃度高、難降解、可生化性差，水質(zhì)情況見表1。其中N、P含量較低，為此在涂裝廢水中加入適量NH4Cl和K2HPO4，使m(COD)∶m(N)∶m(P)為100∶5∶1。

本試驗(yàn)接種污泥是用以實(shí)際生活污水為基質(zhì)所培養(yǎng)出的成熟好氧顆粒污泥，該顆粒污泥外觀呈棕黃色，表面光滑，近似圓形或者橢圓形，平均顆粒粒徑達(dá)0.8 mm。生活污水中化學(xué)吸氧量（COD）、N、P的去除率分別達(dá)到90%、90%、80%，處理效果好。接種好氧顆粒污泥濃度為5800 mg/L，污泥容積指數(shù)（SVI30）值為40 m L/g。馴化過程中所用的生活污水與培養(yǎng)用于接種的好氧顆粒污泥水質(zhì)一致，見表2。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃圓柱形序批間歇式反應(yīng)器（SBR），內(nèi)徑為7 cm，總高度為120 cm，有效容積為4 L。采用空氣壓縮機(jī)和黏砂塊微孔曝氣器供氣，用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)來控制曝氣量，反應(yīng)器內(nèi)表面氣體流速為3.5 cm/s。試驗(yàn)裝置如圖1。整個(gè)SBR反應(yīng)器運(yùn)行系統(tǒng)采用微電腦時(shí)控開關(guān)控制進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水各階段的時(shí)間。

表1 安徽某汽車廠綜合廢水一級物化處理出水水質(zhì)

表2 合肥市某高校生活污水水質(zhì)

圖1 SBR試驗(yàn)裝置

1.3 反應(yīng)器運(yùn)行控制

運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室原有的 SBR反應(yīng)器和汽車涂裝廢水培養(yǎng)馴化成熟的好氧顆粒污泥。在反應(yīng)器中逐步按比例加入汽車涂裝廢水，使好氧顆粒污泥微生物菌群逐步適應(yīng)汽車涂裝廢水。本試驗(yàn)對好氧顆粒進(jìn)行5周馴化，每個(gè)運(yùn)行周期為4 h（其中進(jìn)水時(shí)間2 m in，曝氣時(shí)間229～233 m in，沉降時(shí)間3～7 min，排水時(shí)間2 m in），具體控制參數(shù)見表3。并通過排泥口進(jìn)行周期性排泥。整個(gè)試驗(yàn)過程在 22～25 ℃的室溫下進(jìn)行。

1.4 測試項(xiàng)目與分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 好氧顆粒污泥的形態(tài)變化

采用汽車涂裝廢水逐步替換實(shí)際生活污水對好氧顆粒污泥進(jìn)行為期5周的馴化。馴化初期，因?yàn)樗|(zhì)波動，成分復(fù)雜，有部分顆粒被解體為絮狀污泥，污泥顏色變淺，到10 d左右，好氧顆粒又逐漸形成，由棕黃色變?yōu)榈S色，在運(yùn)行第31 d時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)水完全為汽車涂裝廢水，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，使能夠擴(kuò)散到顆粒內(nèi)部的有機(jī)物增加，促進(jìn)顆粒內(nèi)部深層微生物生長，顆粒的平均粒徑由接種時(shí)的0.8 mm達(dá)到1.5 mm。反應(yīng)器運(yùn)行5周后，顆粒污泥已經(jīng)適應(yīng)汽車涂裝廢水，好氧顆粒污泥生長速度逐漸變緩，反應(yīng)器趨于穩(wěn)定狀態(tài)。到45 d時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)污泥完全顆?；w粒為白色，粒徑為1.2～2.0 mm，表面光滑，但形態(tài)規(guī)則度不高，與部分文獻(xiàn)報(bào)道的以易降解基質(zhì)培養(yǎng)獲得的好氧顆粒相比有一定差異，研究可能與運(yùn)行過程中進(jìn)水基質(zhì)種類與有機(jī)負(fù)荷高低等操作參數(shù)有關(guān)[8-9]。

2.2 好氧顆粒污泥性質(zhì)變化

圖2 SBR反應(yīng)器中MLSS與沉降時(shí)間的變化

圖3 SBR反應(yīng)器中顆粒污泥SVI30的變化

表3 SBR反應(yīng)器的運(yùn)行控制參數(shù)

隨著 SBR反應(yīng)器中的基質(zhì)逐漸由汽車涂裝廢水取代，好氧顆粒污泥的微生物濃度及沉降性等均發(fā)生了一定的變化，見圖 2、圖 3。接種的成熟好氧顆粒污泥濃度為5800 mg/L，SVI30值為40 m L/g。在接種初期，由于水質(zhì)變動，部分不適合汽車涂裝廢水的顆粒污泥解體，造成絮狀污泥大量生長，為了使在生活污水中培養(yǎng)成功的好氧顆粒能夠更好地適應(yīng)汽車涂裝廢水，把沉降時(shí)間設(shè)置為7 min，有選擇性地排出沉降性能差的污泥，故第3 d時(shí)污泥濃度突降，運(yùn)行到第10 d和第21 d時(shí)分別縮短沉淀時(shí)間為5 min、3 m in，在選擇壓的作用下繼續(xù)使部分沉降性能差的污泥不斷隨水排出故此階段污泥濃度有兩次降低，而SVI30值也有所低；降到第31 d時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)水全部為汽車涂裝廢水，由于懸浮物較多，造成污泥容積指數(shù)有所升高，運(yùn)行45 d后，馴化完成后的好氧顆粒進(jìn)入穩(wěn)定期，污泥濃度達(dá)到了8000 mg/L，高于原先實(shí)際生活污水培養(yǎng)出的好氧顆粒污泥，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的絮狀活性污泥（3000～5000 mg/L），同時(shí) SVI30值穩(wěn)定在 28 m L/g，低于接種的好氧顆粒污泥，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的絮狀活性污泥（100～150 m L/g）[10]。這表明經(jīng)過汽車涂裝廢水馴化，好氧顆粒污泥反應(yīng)器能持有高濃度的微生物量，利于有機(jī)物的快速降解，顆粒更加密實(shí)，具有較好的沉降性能，提高了容積負(fù)荷，減少了反應(yīng)器容積。

2.3 SBR穩(wěn)定運(yùn)行循環(huán)周期內(nèi)基質(zhì)降解過程

2.4 好氧顆粒污泥對汽車涂裝廢水的處理效果

好氧顆粒污泥處理汽車涂裝廢水，反應(yīng)器運(yùn)行75 d，對COD、、的去除效果如圖6～圖8所示。在馴化階段，COD的去除率波動幅度較大，每次提高汽車涂裝廢水的進(jìn)水比例都會對反應(yīng)系統(tǒng)造成一定的沖擊，使COD去除率有所下降，尤其在15 d左右，涂裝廢水比例接近一半時(shí)，顆粒污泥受到的沖擊較大，導(dǎo)致COD去除率突降；隨著繼續(xù)增大進(jìn)水比例，顆粒污泥逐漸適應(yīng)新基質(zhì)環(huán)境，去除率慢慢提升，30 d以后，汽車涂裝廢水完全替代生活污水，去除率基本穩(wěn)定在80%以上，出水的COD濃度穩(wěn)定在100 mg/L以下。

圖4 典型周期內(nèi)COD變化及去除率

圖5 典型周期內(nèi)、、的變化

圖6 SBR中好氧顆粒污泥去除COD效果

圖7 SBR中好氧顆粒污泥去除效果

圖8 SBR中好氧顆粒污泥去除效果

3 結(jié) 論

（1）以由生活污水培養(yǎng)出的好氧顆粒污泥作為接種污泥，逐步馴化，在SBR中通過控制沉降時(shí)間造成選擇壓，能夠使形成的好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)更緊密，沉降性能更好，生物量更高，且馴化成熟的顆粒穩(wěn)定，未有解體，其同時(shí)存在好氧區(qū)、缺氧區(qū)、厭氧區(qū)的特殊結(jié)構(gòu)大大改善了常規(guī)物化-生化法處理汽車涂裝廢水工藝的脫氮除磷效果，兼具高效去除有機(jī)物的能力。

（2）在穩(wěn)定運(yùn)行狀況下，COD為800 mg/L左右的汽車涂裝廢水經(jīng)處理，其 COD、去除率分別穩(wěn)定在80%、85%、70%以上，出水濃度則分別低于100 mg/L、10 mg/L、1.0 mg/L，均可達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)。說明通過逐步馴化的方式將由生活污水培養(yǎng)出的好氧顆粒污泥處理中、低濃度的汽車涂裝廢水是可行的。同時(shí)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)周期、有機(jī)負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)，考慮兼顧處理工廠其它生產(chǎn)工序廢水、生活污水，提高其處理效果的同時(shí)提高其整體經(jīng)濟(jì)性，以更好地適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的需要。

[1] 劉紹根. 汽車涂裝廢水處理技術(shù)[J]. 工業(yè)用水廢水，2001，32（2）：11-13.

[2] De Bruin L M M，De Kreuk M K，Van DerRoest H F R，et al. Aerobic granular sludge technology alternative for activated sludge technology [J].Water Sci. Technol.，2004，49：1-9.

[3] Liu Y Q，Tay J H. Characteristics and stabil-ity of aerobic granules cultivated w ith different starvation time[J].Applied Microbiology Biotechnology，2007，75（1）：205-210.

[4] Wang S G，Liu X W，Gong W X，et al. Ae-robic granulation w ith brewery wastewater in a sequencing batch reactor[J].Bioresour. Technol.，2007，98（11）：2142-2147.

[5] 汪善全，張勝，李曉娜，等. 高濃度Vc生產(chǎn)廢水培養(yǎng)好氧顆粒污泥的試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2007，28（10）：2243-2248.

[6] 李巍，紀(jì)樹蘭. 好氧顆粒污泥 SBR工藝處理避孕藥生產(chǎn)廢水[J].中國給水排水，2010，26（11）：145-152.

[7] 國家環(huán)?？偩? 水和廢水監(jiān)測分析方法. [M]. 第4版. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[8] Beun J J，Van Loosdrecht M C M. Aerobic g-ranular sludge in a sequencing batch reator[J].Water Res.，2002，36（3）：702-712.

[9] Liu Q S，Tay J H，Liu Y. Substrate concentrate-ion independent aerobic granulation in sequential aerobic sludge blanket reactor[J].Environ. Technol.，2003，24（10）：1235-1242.

[10] Beun J J，Van Loosdrecht M C M，Heijnen J J. Aerobic granulation[J].Water Sci. Technol.，2000，41：41-48.

[11] Tay J H，Liu Q S，Liu Y. The role of cellu-lar polysaccharides in the formation and stability of aerobic granules[J].Letters in Applied Microbiology，2001，33（3）：222-226.

[12] Wang Z P，Liu L L，Yao J，et al. Effects of extracellular polymeric substances on aerobic granulation in sequencing batch reactors [J].Chemosphere，2006，63（10）：1728-1735.

[13] Duncan J B，Dacid C S. A Review of soluble m icrobial products(SMP) in wastewater treatment system[J].Water Res.，1999，33：3063-3082.

[14] 阮文權(quán)，卞慶榮，陳堅(jiān). COD與DO對好氧顆粒污泥同步硝化反硝化脫氮的影響[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2004，10（3）：366-369.

[15] De Kreuk M K， Picioreanu C，Hosseini M， et al. Kinetic model of a granular sludge SBR：In fluencies on nutrient removal [J].Biotechnol. Bioeng.，2007，97（4）：801-815.

[16] Jang A，Yoon Y H，Kim I S，et al. Character-ization and evaluation of aerobic granules in SBR[J].Journal of Bio.，2003，105（1）：71-82.

[17] 劉啟東. 汽車涂裝廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)化[J]. 環(huán)境工程，2005，23（1）：23-24.

Coating wastewater treatment by aerobic granular sludge in SBR

LIU Shaogen，SUN Jing，CHENG Xiongjian，REN Yibo
（School of Environmental and Energy Engineering，Anhui University of Architecture，Hefei 230022，Anhui，China）

In order to study the feasibility of coating wastewater treatment by aerobic granular sludge in SBR，aerobic granular sludge cultivated in domestic wastewater was used as inoculum and gradually acclimated by the coating wastewater. In this way，the shape，physicochem ical properties and pollutant removal ability of acclimated granular sludge were observed. The results showed that five weeks later，the acclimated granular didn’t disintegrate but in a more compact structure，white color w ith an average diameter 1.5 mm，MLSS 8000 mg/L and SVI3028 mg/L，which represented that both the settling performance and the biomass had been improved. When the reactor operated about 45 days，the pollutant removal ability was found to be in apparent and stable state w ith effluent concentration of COD，，below 100 mg/L，10 mg/L，1.0 mg/L，which achieved the secondary standard of “Integrated Wastewater Discharge Standard” (GB 8978—1996) as well as the good pollutant removal effect synchronization.

SBR；coating wastewater；aerobic granular sludge；m icro-organism

X 703.1

A

1000–6613（2012）05–1160–06

2012-03-01；修改稿日期：2012-03-13。

水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)課（2009ZX07210-003）。

及聯(lián)系人：劉紹根（1967—），男，博士，副教授，主要從事廢水處理理論與技術(shù)研究工作。E-mail liushgen@mail.ustc.edu.cn。