间歇活性污泥法处理磺胺废水及其动力学研究

张振家 朱琳 朱花 (南开大学环境工程与管理系)
卜义惠(中国市政工程东北设计研究院)

1 材料及方法

1.1 废水
　　试验所采用的废水由实际的磺胺废液加自来水和NH₄Cl、Na₂HPO₄(以BOD∶N∶P=100∶5∶1添加)配制而成，废液的性质如表1所示。

　　废液的稀释倍数分别为10倍和20倍。另外，为了考察磺胺的影响，还根据过滤液在稀释20倍时的NaCl和NaAc浓度，人工配制了不含磺胺的废水进行对比。
1.2 试验装置及方法　
　　试验装置的构成如图1所示。

　　活性污泥反应器为圆桶形有机玻璃容器，容积为8 L。反应器放在一个恒温水槽中，水温控制在(20±1) ℃。空气泵的气量由转子流量计控制在1～2 L/min，用溶解氧测定仪监测反应器中的溶氧浓度，确保活性污泥混合液溶氧浓度在2 mg/L以上。为了补充因曝气造成的水分损失，在空气泵与散气球之间串联了空气加湿瓶。
　　试验时取2 L驯化好的污泥混合液与4 L废水放入反应器中曝气，并以一定时间间隔取样化验。
1.3 种泥及其驯化方法
　　活性污泥种泥采自城市污水厂的曝气池。种泥的驯化和废水处理分别采用上述滤液的10倍和20倍稀释水进行。第一阶段和第二阶段试验的HRT分别为10d和5d，运转时间各2个月。在驯化期间分别对处理水的DOC和混合液污泥浓度进行了测定，同时用显微镜观察了污泥中细菌相的变化。

2 试验结果

　　图2、3、4分别为废液在10倍稀释、20倍稀释和原水中不含磺胺(人工废水)时，活性污泥反应体系中各指标的逐时变化情况。
　　这里需要说明的是，在做20倍稀释水的试验时夜间没有采样，所以反应的第6 h至22.5 h之间无数据。另外图3中的几个空白点是由于样品测试失败造成的。

3 讨论与分析

3.1 指标的相关性
　　试验数据通过线性回归可以得出混合液悬浮固体浓度的SOC指标与VSS指标以及基质浓度的DOC指标与BOD指标之间的换算关系，即式(1)、(2)，据此可方便地计算出VSS和BOD值。
　　VSS=1.6SOC+581.0 (1)
　　BOD=1.9DOC-1285.3 (2)
3.2 动力学常数求定
　　为了探讨磺胺的抑制性问题，依据Contois型动力学模型_[1]对所测得的数据进行回归处理。
　　Contois型动力学模型如下：

　　(1/X)(dS/dt)=[Vm(S/X)]/[Ks+(S/X)]　　　(3)
　　式中　(1/X)(dS/dt)--基质的比降解速率，h^-1
?　　　　Vm--基质的最大比降解速率，h^-1
?　　　　Ks--饱和常数，mg/L
?　　　　X--微生物浓度，mgSOC/L
?　　　　S--基质浓度，mgDOC/L

　　式(3)简化为一级反应式：
　　(1/X)(dS/dt)=K(S/X)
　　由于间歇活性污泥反应为非稳态反应，故上式可改写为：
　　d(S/X)/dt=K(S/X) (4)
　　其积分式为：
?　C=C_0exp(-Kt) (5)
　　式中 K=Vm/Ks--反应速率常数
?　　　　C=S/X--基质的比生物量浓度，mgDOC/mgSOC

　　S/X值在间歇活性污泥法(SBR法)中可视为不同时刻的污泥负荷，它是随反应时间的延长而降低的，其变化趋势与一级反应规律非常符合，因此可通过一级反应方程式进行回归得出其相应的反应速率常数(表2)。

　　 表2中动力学方程式的系数表示了反应初始间歇式活性污泥反应器中基质与污泥浓度的比值，可视为SBR法的起始污泥负荷。同样，可以根据式(1)、(2)对测试结果进行处理而求出以kgBOD/kgVSS为单位的相应动力学方程式S和反应速率常数K，为习惯于BOD和VSS表示的设计者提供参考。
3.3 磺胺的抑制性
　　从上述结果可见，即使是驯化过的污泥，磺胺的抑制作用也很明显。试验所用废液中，磺胺的浓度为14 140 mg/L，其理论TOC为5076 mg/L，且在10倍和20倍稀释时分别为507.6、253.8mg/L。如按上述动力学方程式进行推断，当10倍、20倍稀释情况以及人工废水情况下反应液中的醋酸钠浓度被完全降解掉，即DOC浓度分别达507.6、253.8和0 mg/L(此时DOC/SOC分别为0.43、0.28和0.1)时，所需的反应时间分别为25.6、22.1和21.6 h。可见，20倍稀释时磺胺的抑制性几乎不存在，因此对于该废液的处理建议采用稀释20倍。
　　试验发现，对磺胺的降解采用两级串联的接触氧化工艺更为有效，在活性污泥法系统中的降解效率很低^[2]。

4 结论

　　通过以上分析，对于采用间歇活性污泥法处理制药厂磺胺废液，可得出如下阶段性结论：
　　① 采用10倍稀释水进行处理，即使进行了污泥驯化，磺胺也会对微生物产生抑制作用，且磺胺的降解需要26 h以上的曝气时间。而采用20倍稀释水进行处理，磺胺的抑制作用消失。
　　② 采用间歇活性污泥法处理该废液，其有机物降解可以用Contois型动力学模型的一级反应式描述，所得参数可供设计者参考。

参考文献

　　1 Leslie Grady C P Jr，Lim Henry C.Biological Wastewater Treatment Theory and Applications.MARCEL DEKKER,INC.New York and Basel,1980
　　2 张振家，中西弘.高浓度活性污泥法と接触酸化法によるSA合成废液の处理特性についての实验的研究，科学研究补助金(试验研究B，1)研究成果报告书，1993

　　作者通讯处：张振家 300071 天津市南开区卫津路94号 南开大学环境工程与管理系
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