陳大祥，左金龍，楊鑫國(guó)，王笑悅，穆德穎

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱150076；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

SBR法處理豆制品廢水工藝研究

陳大祥1，左金龍1，楊鑫國(guó)1，王笑悅1，穆德穎2

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱150076；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

采用SBR法處理模擬豆制品廢水，考察低溶解氧條件下反應(yīng)時(shí)間對(duì)SBR反應(yīng)系統(tǒng)效果的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,進(jìn)水COD為350～450 mg/L時(shí)，對(duì)廢水中的 COD 、NH4+—N、NO2-—N、NO3-—N有較好的去除能力.當(dāng)曝氣3 h左右后NO2—N積累達(dá)到最大值，此時(shí)停止曝氣可以有效的節(jié)約曝氣量和曝氣時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)約電能.減少運(yùn)行成本.

豆制品廢水；序批式活性污泥法(SBR)；亞硝酸鹽氮；節(jié)能

豆制品是以大豆、綠豆、蠶豆、小豆等豆類為主要原料經(jīng)加工而成的營(yíng)養(yǎng)食品.豆制品可分為兩大類：一類是非發(fā)酵豆制品，如豆腐、豆腐干；另一類是發(fā)酵豆制品，如豆腐乳、臭豆腐[1].豆制品的生產(chǎn)過程中伴隨著高濃度的有機(jī)物(糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖、淀粉等)的產(chǎn)生，不但含有害物質(zhì)、易腐敗、易降解，而且廢水呈弱酸性.產(chǎn)生的廢水直接外排不僅對(duì)環(huán)境污染十分嚴(yán)重，而且對(duì)人們的生活環(huán)境也會(huì)帶來很大的影響.

豆制品營(yíng)養(yǎng)豐富，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高.含有大量的蛋白質(zhì)和氨基酸，具有很好的保健功能，可以提高人體免疫力、預(yù)防骨質(zhì)疏松等.豆制品口味眾多做法多樣越來越多的人將其當(dāng)作日常零食和烹飪食物，對(duì)其愛不釋手.因此，人們豆制品需求越來越大.產(chǎn)生的豆制品廢水也越來越多，這使得加強(qiáng)和改進(jìn)豆制品廢水的處理工藝迫在眉睫[2-6].目前國(guó)內(nèi)外處理豆制品廢水主要采用的生物處理法有A2O、UASB、接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤等工藝[7-12].但是這些處理豆制品廢水的方法大多設(shè)備造價(jià)昂貴，安裝技術(shù)要求高，管理復(fù)雜，占地面積廣等缺點(diǎn)，采用SBR法處理豆制品廢水具有工藝流程簡(jiǎn)單、處理污水能力強(qiáng)、占地面積少、運(yùn)行方式靈活、便于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的污水處理工藝[13-14].

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原水來源和原水?dāng)?shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)廢水來自哈爾濱某豆制品加車間，具體原水?dāng)?shù)據(jù)如表1所示.

表1 原水?dāng)?shù)據(jù)(mg·L-1)

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用的裝置為獨(dú)立的SBR反應(yīng)器，試驗(yàn)裝置由有機(jī)玻璃加工而成.如圖1所示，反應(yīng)器上部為圓柱型(有刻度)，下部為圓錐體(有曝氣頭)，立于鐵架上.高500 mm，直徑200 mm，總有效容積12 L，排水體積8 L，充水比0.75.在反應(yīng)器圓柱體壁的豎直方向設(shè)有5個(gè)間隔10 mm的取樣口，采用球閥控制取樣和排水.底部設(shè)有放空管，采用閘閥控制放空和排泥.以曝氣頭作為微孔曝氣器，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量.

具體實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置1—DO測(cè)定儀；2—pH測(cè)定儀；3—攪拌槳；4—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；5—DO探頭；6—pH探頭；7—轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8—曝氣頭；9—放空閥；10—取樣口

1.2.2 分析檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法

本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)COD、NH4+—N、NO2-—N、NO3-—N進(jìn)行分析檢測(cè).檢測(cè)方法如表2所示.

表2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法

1.2.3 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行條件

本實(shí)驗(yàn)采用先厭氧攪拌，再控制低溶解氧曝氣充氧的運(yùn)行方式，首先進(jìn)行污泥的培養(yǎng)馴化，一共運(yùn)行60 d.污泥培養(yǎng)馴化期間，每天兩個(gè)周期，每個(gè)周期6 h.每個(gè)周期包括：進(jìn)水、缺氧攪拌、好氧曝氣、靜止沉淀、排水和閑置待機(jī)(不同工況下各個(gè)階段時(shí)間不同)六個(gè)階段.一個(gè)周期運(yùn)行時(shí)間分為：瞬時(shí)進(jìn)水0.5 h、缺氧攪拌0.5 h、好氧曝氣3 h、沉淀1 h、排水0.5 h，閑置0.5 h.系統(tǒng)正式運(yùn)行期間，每天一個(gè)周期，周期運(yùn)行時(shí)間8 h，周期瞬時(shí)進(jìn)水0.5 h、缺氧攪拌0.5 h、好氧曝氣3.5 h、沉淀2.5 h、排水0.5 h，閑置0.5 h.周期結(jié)束后排放一定體積的泥水混合液使反應(yīng)器里污泥的污泥齡在10～15 d，SV控制在30%左右，SVI控制在100 mL/g左右，MLSS控制在3 000 mg/L左右.

1.2.4 參數(shù)控制

厭氧反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在(20±1) ℃，曝氣量為0.5 m3/h，攪拌速率為130 r/min,反應(yīng)器內(nèi)的pH值控制在6～9范圍內(nèi).

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)針對(duì)SBR法處理豆制品廢水在低溶解氧條件下，分析COD質(zhì)量濃度、NH4+—N、NO2-—N及NO3-—N四個(gè)指標(biāo)在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的變化情況以及短程硝化過程中NO2-—N積累最大值時(shí)刻的節(jié)能情況.

2.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響

2.1.1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除效果的影響

如圖2所示，原水進(jìn)水后，反應(yīng)器中的COD質(zhì)量濃度迅速下降，主要是由于反應(yīng)器中稀釋作用的原因，高COD質(zhì)量濃度的原水進(jìn)入低COD質(zhì)量濃度的反應(yīng)器中瞬間被稀釋.由圖2可見COD在整個(gè)攪拌和曝氣反應(yīng)過程一直呈下降的趨勢(shì)，厭氧攪拌過程中COD的去除速率緩慢，曝氣開始后COD去除速率迅速下降，曝氣時(shí)間達(dá)到3 h之后下降變又開始得平緩.攪拌30 min后COD去除率很低, 只有11.63%左右，曝氣1 h時(shí)，COD去除率可達(dá)到55.26%左右，曝氣2 h COD的去除率為76.58 %左右，曝氣3 h去除率為85%～90%，從COD的去除率可以看出曝氣在3 h左右COD去除率最高且去除效果非常明顯.

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)COD去除效果的影響

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)NH4+—N、NO2-—N及NO3-—N去除效果的影響

如圖3所示，在厭氧攪拌反應(yīng)階段氨氮緩慢下降，而NO2-—N和NO3-—N都迅速下降到幾乎為零.這是因?yàn)閰捬蹼A段是反硝化細(xì)菌將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)忉尫诺倪^程.曝氣開始后氨氮迅速下降，氨氮在硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮.隨著反應(yīng)時(shí)間的推進(jìn)硝酸鹽氮出現(xiàn)微小波動(dòng)，而亞硝酸鹽氮逐漸增加，曝氣3 h左右后亞硝酸鹽氮不在增加.

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮、NO2-—N、NO3—N去除效果的影響

2.1.3 NO2-—N在反應(yīng)過程中積累狀況

如圖4所示，不同有機(jī)負(fù)荷進(jìn)水在SBR反應(yīng)系統(tǒng)中的變化趨勢(shì)是相近的，而且是在曝氣時(shí)間為3 h左右時(shí)候，NO2-—N積累達(dá)到最大值.硝化反應(yīng)是在硝化細(xì)菌作用下將氨氮先轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再由亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽.實(shí)驗(yàn)我們把曝氣控制在亞硝酸階段將大大節(jié)約曝氣量以及曝氣時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)省電能的目的.

圖4 不同有機(jī)負(fù)荷隨反應(yīng)時(shí)間NO2-—N積累效果

2.2 節(jié)能狀況

如圖5所示，在不同溶解氧條件下，曝氣節(jié)約量隨著DO值的增加先增大再減小，DO值在1.6～2.2 mg/L范圍內(nèi)節(jié)約百分比達(dá)到18%～28%.說明在亞硝酸鹽氮積累過程中保證DO值在1.6～2.2 mg/L以內(nèi)可以有效的節(jié)省曝氣量，從而節(jié)約電能.

圖5 不同DO條件下節(jié)約曝氣量

3 結(jié) 論

1)在低溶解氧條件下，COD的去除效率隨著反應(yīng)時(shí)間逐漸增加，曝氣反應(yīng)3 h左右后去除率達(dá)到85%～90%.

2)低溶解氧條件下，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加氨氮逐漸降解.亞硝酸鹽氮隨著曝氣時(shí)間緩慢積累，在曝氣3 h左右積累達(dá)到最大.硝酸鹽氮隨著曝氣時(shí)間增加微小波動(dòng)最后幾乎消失.

3)低溶解氧條件下，在DO值為1.6～2.2 mg/L曝氣3 h左右亞硝酸鹽氮積累量達(dá)到最大，當(dāng)曝氣控制在亞硝酸鹽氮階段，可以有效的減少曝氣時(shí)間，從而節(jié)約電能.

[1] 石彥國(guó). 大豆制品工藝學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 1993. 74-84.

[2] 汪大新, 徐新華, 宋 爽. 工業(yè)廢水中專項(xiàng)污染物處理手冊(cè)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000. 67-126.

[3] 陳 亮, 朱 錚. AB活性污泥法處理豆制品廢水的工藝研究[J]. 環(huán)境科學(xué)出版社, 1997, 16(2): 19-21.

[4] HUANG L, JU L K. Sludge settling and online NAD(P)H fluorescence profiles in wastewater treatment bioreactors operated at low dissolved oxygen concentrations[J]. Wat. Res, 2007, 41: 1877-1884.

[5] 孟繁麗, 李亞峰, 賈新軍. 曝氣生物濾池內(nèi)的短程硝化研究[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2008, 34(9): 1-4.

[6] 彭永臻. 兩段SBR法的主要設(shè)備及儀表研究[J]. 給水排水, 1996, 12(1): 29 .

[7] 彭永臻. SBR法的五大優(yōu)點(diǎn)[J]. 中國(guó)給水排水, 1993, 9(2): 29-31.

[8] HELLIGA C, SCHELLEN A A, MULDER J W,etal. The SHARON process: An innovative method for nitrogen removal from ammonium-rich wastewater [J]. Wat. Res, 2007, 41: 1877-1884.

[9] HYUNGSEOK Y. Nitrogen removal from synthetic wastewater by simultaneous nitrification and denitrification via nitrite in an intermittently-aeated reactor [J]. Wat. Res. 1999, 33(1): 146-152.

[10] 祝貴兵, 彭永臻, 郭建華. 短程硝化反硝化生物脫氮技術(shù)[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 40(10): 1552-1557.

[11] 顧國(guó)維. 水污染治理技術(shù)研究[M]. 上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社, 1997.

[12] 尚會(huì)來, 彭永臻, 張靜蓉, 等.溫度對(duì)短程硝化反硝化的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 29(3): 516-520.

[13] 吳偉偉, 王舜取, 王建龍, 等. 短程硝化反應(yīng)器的快速啟動(dòng)與運(yùn)行特性[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 46(12): 2077-2080.

[14] 彭永臻, 孫洪偉, 楊 慶. 短程硝化的生化機(jī)理及其動(dòng)力學(xué)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 28(5): 817-824.

Study on treatment of soybean wastewater by SBR process

CHEN Da-xing1, ZUO Jin-long1, YANG Xing-guo1, WANG Xiao-yue1, MU De-ying2

(1. Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin 150076,china; 2. School of Food Engineering, Harbin Unisersity of Commerce, Harbin 150076, china)

The bean products wastewater treatment process has been studied by SBR. The influence of reaction time under low dissolved oxygen on SBR system was studied. The experimental results indicated that under the condition of influent COD was 330～460 mg/L, the reactor has a good degeneration ability on COD, NH4+—N,NO2-—N,NO3-—N. And NO2-—N accumulation reached a maximum after aeration 3 h. The aeration and time could be saved effectively when the aeration was stopped, and the power and costs were saved.

bean products wastewater; low dissolved oxygen; COD; removal effect; NO2-—N; saving power

2016-06-24

陳大祥(1990-)，男，碩士，研究方向：水處理技術(shù)與工藝.

X703

A

1672-0946(2017)02-0159-04