水污染現(xiàn)象嚴(yán)重是我國面臨的重要的環(huán)境問題之一。我國排放的污水主要為工業(yè)污水，工業(yè)污水排放量可達(dá)到總污水排放量的 70% 以上，而大部分的工業(yè)污水為高濃度有機污水，其 COD 的含量一般在 2000 mg·L - 1 以上。COD 是判斷處理后污水能否達(dá)標(biāo)排放的重要指標(biāo)之一，COD 越高，表示污水的有機物污染現(xiàn)象越嚴(yán)重，如果污水中的 COD 沒有得到有效處理或未經(jīng)處理排入水體，污染物會被水體底部的污泥吸附而沉積，對水生植物和動物造成不同程度的毒害作用，人類若食用此類有毒的植物或動物會導(dǎo)致慢性中毒等疾病。因此，高濃度有機污水的有效處理對人類身體健康尤為重要。

　　高濃度有機污水處理難度高，對工藝的要求較為嚴(yán)格，一直是國內(nèi)外環(huán)保研究領(lǐng)域的難題之一，有些工廠在原有污水處理流程的基礎(chǔ)上增加預(yù)處理階段或中間處理階段來提高 COD的去除效果。SBR 是序批式活性污泥法的簡稱，該工藝具有工藝簡單和耐沖擊負(fù)荷高的特點，但目前國內(nèi)對 SBR 參與高濃度有機污水處理的研究相對較少。因此采用 SBR 反應(yīng)器處理模擬高濃度有機污水，探究不同曝氣時間和曝氣量對 SBR 反應(yīng)器的 COD 去除效果的影響，為我國高濃度有機污水的有效處理提供有價值的參考。

1、實驗材料與方法

2. 1 原水水質(zhì)與接種污泥

　　該實驗采用紅糖配置高濃度有機污水，經(jīng)實驗測得，不同濃度的紅糖溶液對應(yīng)的 COD 含量詳見表 1。為使實驗中模擬污水的 COD 維持在 2500 mg·L - 1 左右，確定該實驗?zāi)M污水的紅糖濃度為 4. 46 g·L - 1 。模擬污水中其他微量元素濃度詳見表 2。摸擬污水的氨氮濃度為( 120 ± 10) mg·L - 1 ，模擬污水中的總磷濃度為( 30 ± 5 ) mg · L - 1 。同時加入適量的NaHCO3 溶液，使模擬污水的 pH 維持在 6 ～ 8 之間。

 　　活性污泥取自七格污水處理廠，取回的污泥盛放至廣口容器，通過持續(xù)曝氣的方法對污泥進(jìn)行馴化，馴化時間為兩個星期左右，當(dāng)污泥呈現(xiàn)黃褐色時表示馴化完成，接種污泥 MLSS為 4g·L - 1 。實驗啟動前對反應(yīng)器進(jìn)行清理以確保實驗的準(zhǔn)確性。清理結(jié)束后取馴化好的污泥180 g，將配置好的模擬污水和污泥定容至 90 L 并倒入進(jìn)水箱中，同時設(shè)定系統(tǒng)的進(jìn)水流量為 3 L·min - 1 。

2. 2 實驗裝置和方法

　　SBR 反應(yīng)器的構(gòu)成以及運行流程詳見圖 1。該裝置在原本SBR 反應(yīng)器的基礎(chǔ)上安裝了五個儀表，用于人工設(shè)定各階段的運行時間，使整個系統(tǒng)的控制更為簡捷，并能夠有效節(jié)省人力和時間。該反應(yīng)器的有效容積為 90 L。反應(yīng)器在啟動后持續(xù)進(jìn)水，當(dāng)實際水位達(dá)到感應(yīng)位置后系統(tǒng)會自動停止進(jìn)水。進(jìn)水結(jié)束后進(jìn)入曝氣階段，曝氣可以使污泥和氧氣充分的接觸，同時利用攪拌器對混合液進(jìn)行攪拌，使曝氣階段發(fā)生的反應(yīng)更加充分。曝氣停止后，反應(yīng)器進(jìn)入沉淀階段，通過靜止使污泥和污水進(jìn)行分離，靜止時間設(shè)為 30min。沉淀后利用潷水器將上清液排出，反應(yīng)器出水流量設(shè)為 100 mL·s - 1 。出水完成后系統(tǒng)進(jìn)入閑置階段，開啟攪拌器，對污泥進(jìn)行攪拌，使污泥中微生物的活性得到恢復(fù)，閑置時間設(shè)定為 25min。

　　實驗分兩次進(jìn)行，第一次實驗分為十組，采用對比實驗的方式來探究曝氣時間對污水中 COD 去除效果的影響; 第二次實驗分為五組，在第一次實驗的基礎(chǔ)上探究曝氣量對污水中 COD去除效果的影響。兩次實驗的沉淀時間均設(shè)定為 30 min，出水流量設(shè)為 100 mL · s - 1 ，第一組實驗設(shè)定曝氣量為 5. 5 L ·min - 1 ，曝氣時間分別設(shè)為 8 h 和 10 h。并對處理后的污水中COD 進(jìn)行檢測。第二次實驗將曝氣量調(diào)整為 10 L·min - 1 ，曝氣時間調(diào)整為 10 h，其他參數(shù)與第一組實驗相同，實驗結(jié)束后對出水 COD 以及 COD 的平均去除率進(jìn)行檢測和計算，并對最后的結(jié)果進(jìn)行整理分析。

2. 3 分析項目與方法

　　實驗中 COD 采用快速密閉催化消解法測定; pH 采用玻璃電極法進(jìn)行測定; 氨氮采用納氏試劑分光光度法測定; 總磷采用鉬酸鹽分光光度法測定。曝氣量采用 LZB - 6WB 玻璃轉(zhuǎn)子流量計測量。

3、結(jié)果與討論

3. 1 曝氣時間對 SBR 反應(yīng)器效果影響

　　曝氣階段是影響 SBR 反應(yīng)器處理效果的重要階段，本次實驗取曝氣量為 5. 5 L·min - 1 ，曝氣時間分別設(shè)定為 8 h 和 10 h，每個曝氣時間做 5 組實驗，共 10 組實驗，每組實驗取 3 個樣本。曝氣結(jié)束后對水樣中的 COD 進(jìn)行檢測，實驗結(jié)果詳見表 2。當(dāng)曝氣時間為 8 h 時，出水 COD 的平均值為 706. 2 mg·L - 1 。當(dāng)曝氣時間為 10 h 時，出水 COD 的平均值為 675 mg·L - 1 ，COD處理效果優(yōu)于曝氣時間為 8 h 的 COD 處理效果。不同曝氣時間下的 COD 平均去除率詳見圖 2，曝氣時間為 8h 時，COD 平均去除率為 69. 4% ，曝氣時間為 10 h 時，COD 的平均去除率為71% 。在曝氣量相同的情況下，曝氣時間越長，COD 去除效果越好。這是因為當(dāng)曝氣時間增加，延長了污泥在好氧狀態(tài)的時間，為污泥去除有機物提供了充足的時間，使 COD 去除更加充分，而相對較短的曝氣時間不能為污泥提供充足的作用時間，所以曝氣時間為 8 h 的 COD 去除率要低于曝氣時間為 10 h 的COD 去除率。楊紅薇等研究 SBR 法處理高鹽肝素廢水的實驗結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水 pH 為 7. 5、反應(yīng)溫度在 26 ～ 29℃ 時，控制曝氣時間在10 h，COD 的去除率能穩(wěn)定在 85% 以上，當(dāng)曝氣時間大于 10 h 時，COD 的去除率會隨著曝氣時間的增加而下降，這是因為污水中的剩余有機物很難降解，部分微生物因缺乏營養(yǎng)物質(zhì)和曝氣過量而進(jìn)行內(nèi)源呼吸，從而使出水水質(zhì)變差，COD 的去除率變低。

3. 2 曝氣量對 SBR 反應(yīng)器效果影響

　　COD 效果的影響，實驗共 5 組，每組實驗取 3 個樣品，曝氣量設(shè)定為 10 L·min - 1 ，曝氣時間設(shè)為 10 h，實驗結(jié)果詳見表 4。第二次實驗的COD 平均去除率與第一次實驗中曝氣時間為 10 h，曝氣量為 5. 5 L·min - 1 的 COD 平均去除率詳見圖 3。當(dāng)曝氣量升為 10 L·min - 1 時，出水 COD 的平均值為 484. 6 mg·L - 1 ，COD 的平均去除率為 78. 5% ，明顯高于曝氣時間為 10 h 時的COD 平均去除率 71% 。這可能是因為污泥在曝氣階段具有較強的吸附能力，但曝氣會沖刷污泥表層存在的 COD，導(dǎo)致 COD去除率會有顯著的升高，當(dāng)曝氣量增加，沖刷作用也隨之增強，所以導(dǎo)致曝氣量為 10 L·min - 1 的COD 去除效果更好。也可能是因為在相同的曝氣時間內(nèi)，曝氣量越大，污泥和污水的混合越充分，微生物和有機物的接觸也越充分，從而導(dǎo)致在相同的曝氣時間內(nèi)，曝氣量越大，COD 的去除效果也就越明顯。

4、總結(jié)

( 1) 當(dāng)曝氣量均為 5. 5 L· min - 1 時，曝氣時間為 8 h 的COD 平均去除率為 69. 4% ，曝氣量為 10 h 的 COD 平均去除率為 71% 。表明在曝氣時間小于 10 h 時，曝氣時間越長，COD 處理效果越好。

( 2) 當(dāng)曝氣時間均為 10 h 時，曝氣量為 10 L· min - 1 的COD 平均去除率為 78. 5% 。表明當(dāng)曝氣時間相同的情況下，曝氣量越大，COD 的去除效果越好。

( 3) SBR 反應(yīng)器具有良好的 COD 去除效果，可以根據(jù)實際情況，通過改變曝氣時間和曝氣量等參數(shù)，提高 COD 的去除率。可應(yīng)用于高濃度有機污水處理中的預(yù)處理階段或中間處理階段，有利于我國高濃度有機污水的達(dá)標(biāo)排放。