摘要：采用SBR法處理氨氮含量較高的化工廢水時(shí)，其好氧與缺氧狀態(tài)之間的切換是過程控制的關(guān)鍵。試驗(yàn)研究表明，DO、ORP和pH值的變化規(guī)律能從不同角度、不同程度地反映硝化反應(yīng)的進(jìn)程，以它們作為控制參數(shù)是可行的。

　　關(guān)鍵詞：SBR法 DO ORP pH值 硝化反應(yīng)

　　SBR法的自動(dòng)控制問題一直是人們研究和關(guān)注的熱點(diǎn)[1～3]，因?yàn)橹挥袑BR法的自控提高到更高的層次，使系統(tǒng)的運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠，才能充分發(fā)揮SBR的優(yōu)勢(shì)，而尋找一些既可以簡(jiǎn)單地在線檢測(cè)，又可以指示反應(yīng)進(jìn)程的控制參數(shù)是解決SBR自動(dòng)控制問題的關(guān)鍵。研究表明，活性污泥法中DO、ORP和pH值的變化規(guī)律能從不同角度、不同程度反映有機(jī)物降解及脫氮除磷生化反應(yīng)的進(jìn)程，因此以它們作為控制參數(shù)是可行的[4～6]。SBR脫氮系統(tǒng)的大部分反應(yīng)過程處于好氧狀態(tài)，而曝氣量的大小和曝氣時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)于保證出水水質(zhì)和節(jié)省能耗至關(guān)重要，為此研究了在不同供氧方式下(曝氣量恒定和DO量恒定)DO、ORP和pH值在好氧過程的變化規(guī)律及以其作為反應(yīng)時(shí)間控制參數(shù)的可行性，以便為解決SBR法的自動(dòng)控制問題提供依據(jù)。

　　1 試驗(yàn)材料和方法

　　以石油化工廢水(主要含有乙酸、偏苯三酸及苯酐等多種有機(jī)化合物，呈酸性)為原水，處理前投加NaOH調(diào)節(jié)pH值為7～8。SBR反應(yīng)器首先處于好氧狀態(tài)，主要進(jìn)行硝化反應(yīng)，同時(shí)也去除少部分有機(jī)物，并控制硝化反應(yīng)至亞硝酸型硝化結(jié)束，然后進(jìn)行缺氧反硝化，通入原水提供碳源。反應(yīng)裝置如圖1所示。

　　反應(yīng)器高為70cm，直徑為30cm，有效容積為38L。采用鼓風(fēng)曝氣，以轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量、控制DO濃度;以溫控儀和加熱器控制水溫為30℃左右;在線檢測(cè)DO、ORP和pH值，并根據(jù)這些參數(shù)的變化情況在一定的時(shí)間間隔內(nèi)取樣測(cè)定COD、NH3-N、NO2--N、NO3--N和MLSS等指標(biāo)值。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 控制反應(yīng)周期內(nèi)曝氣量恒定

　　SBR硝化反應(yīng)初始NH3-N濃度為32mg/L，COD為130mg/L，使SBR在每個(gè)反應(yīng)周期內(nèi)曝氣量恒定(曝氣量用Q表示)，在Q=0.4 m3/h條件下穩(wěn)定運(yùn)行多個(gè)周期后，又在Q=0.6m3/h條件下運(yùn)行。SBR在兩檔不同曝氣量下的穩(wěn)定運(yùn)行情況如圖2、3、4所示(控制MLSS為3000mg/L左右)。由于硝化反應(yīng)被控制在亞硝酸型硝化階段，NO3--N的濃度<1mg/L，所以圖中沒有示出。

　　在反應(yīng)初期(20～30min)，雖去除少量COD和硝化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，但DO值在此階段處在一個(gè)穩(wěn)定期。在曝氣量為0.4m3/h的周期中，此階段的DO維持在0.5mg/L以下的較低水平，因受其限制則硝化程度也較低(30min時(shí)的NO2--N僅為2mg/L)。在曝氣量為0.6m3/h的周期中，此階段的DO維持在2mg/L左右，其不再是硝化反應(yīng)的限制因素，硝化反應(yīng)的速率也相應(yīng)提高(20min時(shí)的NO2--N增為5.6mg/L)。由此可見，增加曝氣量、提高DO濃度可加快硝化反應(yīng)的進(jìn)程。比較兩檔不同的恒定曝氣量的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)初期DO值穩(wěn)定、持續(xù)的時(shí)間隨曝氣量的增大而縮短，這是由于在DO充足的情況下COD的降解速率加快了。此階段pH值呈小幅度升高或基本穩(wěn)定。雖然硝化反應(yīng)消耗堿度，但由于前30min的硝化程度較低，而且COD降解過程中產(chǎn)生的CO2從混合液中逸出，體系本身又具有一定的緩沖能力，故并沒有引起pH值的下降，而此階段的ORP值一直在升高，但升高的速率越來越慢。

　　當(dāng)DO值呈穩(wěn)定態(tài)并持續(xù)20～30min之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小的跳躍(如圖3中箭頭A所示)，此時(shí)COD基本降到最低值。由于COD不再降解，污泥中大量異養(yǎng)菌進(jìn)入內(nèi)源呼吸期，使耗氧速率迅速減慢，引起DO值突然升高。因受DO值這種變化的影響，ORP值也產(chǎn)生一個(gè)小的跳躍(如圖4中箭頭A所示)。在之后的反應(yīng)過程中主要進(jìn)行硝化反應(yīng)，COD基本不再降解而其值只在小范圍內(nèi)波動(dòng)。DO值經(jīng)過小的跳躍之后開始以基本相同的速度逐漸升高，這是由于在硝化反應(yīng)過程中，隨著NH3-N濃度的降低，硝化反應(yīng)速率和耗氧速率減慢，在曝氣量恒定的條件下必然引起混合液中DO值的增加;pH值在硝化反應(yīng)過程中基本穩(wěn)定或有所下降，由于混合液中堿度充足，硝化反應(yīng)消耗的堿度不足以引起體系內(nèi)pH值大幅度下降;ORP值也在逐漸升高，但升高的速度越來越慢。

　　如圖2、3的箭頭B所示，當(dāng)氨氮基本被耗盡時(shí)DO值升高的速率和幅度增大，出現(xiàn)一個(gè)小的跳躍，但跳躍幅度不是很大，這是由于此時(shí)硝化反應(yīng)基本結(jié)束，微生物開始進(jìn)入內(nèi)源呼 吸期，耗氧速率明顯減慢而引起DO值快速升高;pH值也突然升高是因?yàn)橄趸磻?yīng)結(jié)束 而不再消耗堿度，且繼續(xù)曝氣使CO2逸出，所以pH值在硝化反應(yīng)結(jié)束時(shí)會(huì)突然升高;ORP值升高的速度變得更為緩慢，直至趨于平穩(wěn)。

　　從圖2、3、4中還可以看出，在SBR進(jìn)水COD、NH3-N濃度相同的條件下，曝氣量較大時(shí)周期的反應(yīng)時(shí)間較短，但反應(yīng)時(shí)間變化的幅度不是很大。這是由于SBR硝化反應(yīng)過程中DO值是逐漸升高的，它對(duì)反應(yīng)速率的影響主要體現(xiàn)在反應(yīng)前期DO濃度較低的時(shí)候，當(dāng)DO升高到2mg/L以后曝氣量和DO不再成為反應(yīng)速率的影響因素。盡管反應(yīng)時(shí)間的差別不是很顯著，但DO、pH值的突然升高與NH3-N的耗盡具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以指示出曝氣過程應(yīng)該結(jié)束的時(shí)間，根據(jù)這種變化規(guī)律可及時(shí)停止曝氣以進(jìn)入缺氧反硝化階段。因此，可以將DO和pH值聯(lián)合作為SBR好氧硝化反應(yīng)時(shí)間可靠的控制參數(shù)。