摘要：對高(gao)濃度(du)丁(ding)二醇生產廢水進行了SBR法小型模(mo)擬基質濃度(du)降(jiang)(jiang)解動力(li)學 研究 ，求取了有(you)關的(de)動力(li)學參數(shu)。結果表明(ming)Monod方(fang)程的(de)修正式能很好地描述丁(ding)二醇的(de)降(jiang)(jiang)解 規律(lv) ，試驗溫(wen)度(du)下Monod方(fang)程的(de)修正式為(wei)：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]。試驗數(shu)據(ju)還表明(ming)在停留時(shi)間達40h時(shi)，丁(ding)二醇廢水的(de)降(jiang)(jiang)解達到穩定。

關(guan)鍵詞：廢水(shui)處理 丁二醇 動(dong)力學 活(huo)性(xing)污泥法

A Study of Kinetics of Treatment of Wastewater from Butanediol Production Using SBR Process

Abstract： The kinetics of the degradation of the high-concentration wastewater from butanediol production was studied by SBR(sequencing batch reactor) process based on a small-scale simulation of substrate concentration.The results showed that the corrected formula of Monod equation well described the rule of the degradation of butanediol. The corrected formula of Monod equation at the test temperature was：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)].It was also shown by the data from the test that the degradation of the butanediol-containing wastewater became stable when the retention time reached 40 hours.

Key words： wastewater treatment;butanediol;kenitics;activated sludge process

本研究采用SBR法小型模(mo)擬試驗(yan)(yan)裝置進行(xing)了丁二醇(chun)廢水處理(li)動力(li)學研究，并(bing)用試驗(yan)(yan)結果驗(yan)(yan)證在試驗(yan)(yan)溫度下丁二醇(chun)廢水的基質(zhi)濃(nong)度生化降解過程符合(he) Monod 方(fang)程。

1 試驗(yan)材(cai)料與裝置

1.1 取水

廢(fei)水來源于山東勝利油田(tian)石油化工總(zong)廠生(sheng)產(chan)1，4-丁(ding)(ding)二(er)醇生(sheng)產(chan)系統的(de)(de)排出(chu)水，水質(zhi)見(jian)表1。廢(fei)水中。的(de)(de)主(zhu)要污染物有丁(ding)(ding)二(er)醇，甲(jia)醇，四氫呋喃(nan)，γ—丁(ding)(ding)內脂，順丁(ding)(ding)二(er)酸二(er)甲(jia)脂，其(qi)中丁(ding)(ding)二(er)醇的(de)(de)質(zhi)量(liang)濃(nong)度為(wei)6200mg/L，甲(jia)醇的(de)(de)質(zhi)量(liang)濃(nong)度在5000-6000mg/L。取(qu)水CODcr的(de)(de)質(zhi)量(liang)濃(nong)度為(wei)1400mg/L，混入沖地水、冷卻水等(deng)后CODcr降至2000-3000mg/L，進(jin)入10L間(jian)歇式反應器，進(jin)行3d適(shi)應性試(shi)驗(yan)后，開始動力學試(shi)驗(yan)研究。實驗(yan)CODcr初(chu)始質(zhi)量(liang)濃(nong)度為(wei)2597mg/L。

表(biao)1 丁二醇(chun)生產廢水水質

溫度(du)/℃pH值ρ(CODcr)/(mg·L-1)外觀(guan)氣(qi)味設備情況(kuang)

40-502-614000清澈刺激腐蝕嚴重

1.2 試驗裝置

本試(shi)驗(yan)采用(yong)的(de)是有(you)(you)機玻璃制成的(de)錐形間歇反應器，有(you)(you)效容積10L。采用(yong)氣(qi)泵進行(xing)間歇曝氣(qi)，兩(liang)根曝氣(qi)管(guan)直接將(jiang)氣(qi)送至池(chi)底(di)部，起到(dao)充(chong)氧與混合(he)攪(jiao)拌的(de)雙重作用(yong)，上清(qing)液(ye)及底(di)部沉(chen)泥均采用(yong)虹吸(xi)排(pai)出，具(ju)體見圖1。連續實驗(yan)周期為48h，停止(zhi)曝氣(qi)之前取(qu)樣測(ce)SV，觀察污(wu)泥絮凝狀(zhuang)況(kuang)，靜置(zhi)0.5 h后(hou)測(ce)裝置(zhi)中溶解氧。污(wu)泥自由沉(chen)降1 h后(hou)取(qu)出上清(qing)液(ye)3L，補充(chong)高濃度原(yuan)水和自來水控制整(zheng)個裝置(zhi)中CODcr，的(de)質量(liang)濃度在(zai)2500mg/L左右(you)，然后(hou)曝氣(qi)進行(xing)重復循環試(shi)驗(yan)。

裝置尺寸：L×W×H=0.2m×0.25m。

運行參數：進水(shui)(shui)：進水(shui)(shui)10L，之(zhi)后每48h換(huan)水(shui)(shui)3L;曝氣：46.5山沉(chen)降靜置時間：1h;停留時間：48h:污泥泥齡：48h;曝氣量(liang)：0.06m3/h;溶解(jie)氧：靜置0.5h后測量(liang)在4.5—5mg/L之(zhi)間;排水(shui)(shui)(換(huan)水(shui)(shui))：虹(hong)吸式排水(shui)(shui)，歷時0.5h。

1.3 污泥(ni)馴化

污泥(ni)來(lai)源于(yu)成都市污水(shui)處理廠的(de)二沉(chen)池污泥(ni)，污泥(ni)絮(xu)凝(ning)性良好。取1 L活性污泥(ni)置于(yu)反應(ying)(ying)(ying)器中，每隔12h加(jia)(jia)入15000mg/l丁二醇廢水(shui)，再加(jia)(jia)入自(zi)來(lai)水(shui)補(bu)足10L。按m(CODcr)：m(N)：m(P)=100：5：1的(de)比例向反應(ying)(ying)(ying)器中加(jia)(jia)適量的(de)NH4OH和(he)Na3PO4溶液，并連續向反應(ying)(ying)(ying)器中曝(pu)氣。污泥(ni)馴化3d，待CODcr降解(jie)穩定后，即達到馴化要求(qiu)。

1.4 試驗原理[l]

根(gen)據Monod方程，v=vmax/(Ks+S)

式中(zhong)：v——基質比去除速(su)度，d-1;

vmax——基質的最大比去除速度，d-1;

Ks——飽和(he)常數，其(qi)值為(wei)v=vmax/2時的(de)基質的(de)質量濃度(du)，mg/L;

S——基質的質量濃度，(以CODcr計)，mg/L。

如果存在難生化降(jiang)解(jie)物質，則Monod方程的(de)修正式為v=vmax(S-Sn)/[Ks(S-Sn)]

式中(zhong)：Sn——難降解基質(zhi)的(de)質(zhi)量濃(nong)度，mg/L。

2 試(shi)驗結果討論

2.1 丁二醇(chun)廢水降解(jie) 規律

試驗溫度為(wei)21.6-23.6℃，平均為(wei)22.8℃。MLSS的平均值(X)為(wei)6019mg/L，污泥負荷約為(wei)0.15kg[BOD5]/(kg[MLSS]·d)，試驗結果見表2。

表2 22.8℃試驗結果(guo)

t/hpH值(zhi)θ/℃S/(mg·L-1)

08.2222.32597

38.2622.52417

78.3023.02126

108.3023.21908

138.3123.11732

178.3022.91557

268.2121.61213

398.3023.0693

由表2得出基質(zhi)濃度隨(sui)時間變(bian)化的(de)擬合公式：S=-0.0027t3+0.8135t2—75.782t+2616.3。

2.2 求難生化(hua)降解基質(zhi)的(de)質(zhi)量(liang)濃度(du)

難降解(jie)基(ji)質的質量濃度求解(jie)見表3。

表3 難(nan)降解基質的(de)質量濃度(du)求解

t/hS/(mg·L-1)(S-Sn)/(mg·L-1)△S/(mg·L-1)v×102/h-1 v-1/h

026162516

5225721573591.192983.83

10193718373201.063394.05

15165315532840.9437105.97

20140413042490.8274120.86

25118810882160.7177139.33

3010029921860.618161.8

358457451570.5217191.53

407146141310.4353229.73

456075071060.3522283.92

注：表3中S是由表2中的S隨時(shi)間變(bian)化曲線圖的擬合公(gong)式 計算 的結果(guo)。

丁(ding)(ding)二醇廢水中(zhong)含有四氫呋喃(nan)，丁(ding)(ding)—丁(ding)(ding)內酯，順丁(ding)(ding)二酸(suan)二甲酯等高(gao)級酯類難(nan)(nan)生化降(jiang)解(jie)的(de)物質(zhi)(zhi)，而試驗中(zhong)測的(de)5既(ji)包(bao)含了易降(jiang)解(jie)的(de)物質(zhi)(zhi)也包(bao)含了難(nan)(nan)降(jiang)解(jie)的(de)物質(zhi)(zhi)。因為(wei)(wei)根據基(ji)質(zhi)(zhi)的(de)質(zhi)(zhi)量濃(nong)度降(jiang)解(jie)規律，只(zhi)是針對易降(jiang)解(jie)的(de)物質(zhi)(zhi)，所以(yi)取(qu)時間(jian)間(jian)隔為(wei)(wei)5h，求5h內的(de)平均基(ji)質(zhi)(zhi)的(de)質(zhi)(zhi)量濃(nong)度S和降(jiang)解(jie)速度v(v=△S/(X×△t)，其(qi)中(zhong)X代表污泥濃(nong)度)。作S-v曲線，在v=0時S與X數軸的(de)交點(dian)就是難(nan)(nan)降(jiang)解(jie)的(de)物質(zhi)(zhi)濃(nong)度，見圖2。由圖可求出(chu)難(nan)(nan)降(jiang)解(jie)基(ji)質(zhi)(zhi)的(de)質(zhi)(zhi)量濃(nong)度Sn為(wei)(wei)100mg/L，由擬合曲線表達式計算(suan)，結果相同。

2.3 計算飽和常數和基質(zhi)去除的最大比速度

根(gen)據Monod方(fang)程考(kao)慮(lv)難(nan)降解基質(zhi)的質(zhi)量濃(nong)度(du)公式：v=vmax(S-Sn)/[Ks(S-Sn)],兩邊(bian)分別(bie)取倒數(shu)1/v=1/vmax+(Ks/vmax)[1/(S-Sn)],以1/(S-Sn)為自(zi)變(bian)量，以1/v為因變(bian)量，作線(xian)性圖，其中斜(xie)率是Ks/vmax，截距是1/vmax，如圖3。根(gen)據圖3進行線(xian)性擬合，得到在22.8℃下(xia)直線(xian)方(fang)程y=129974x+22.65,并(bing)且此方(fang)程的線(xian)性回歸(gui)相(xiang)關系數(shu)R=0.9979遠遠大于R0.05=0.811,所以認為擬合方(fang)程回歸(gui)性顯著。

根據上述方(fang)程計算：1/vmax=22.65,得出vmax=0.044/d-1;斜率是(shi)Ks/vmax=129974得出Ks=5719mg/L。因此得到試驗溫度下Monod方(fang)程的修正式為(wei)：v=0.044(S-100)/[5719+(S-100)]

3 結論

①丁(ding)(ding)二醇生產(chan)廢(fei)水(shui)(shui)基(ji)本上屬于易生化處理(li)的有機廢(fei)水(shui)(shui)，原始(shi)的質量濃度S=2597 mg/L，僅24h CODcr就降解到 1000mg/L以(yi)下(xia)，所以(yi)SBR法好氧處理(li)丁(ding)(ding)二醇廢(fei)水(shui)(shui)是可行的。

②pH值(zhi)呈現由低到(dao)高最后(hou)穩(wen)定趨勢，顯示在污水(shui)處理前期產(chan)生了酸化現象。數據顯示前3hCODcr的降(jiang)(jiang)解速(su)度(du)較快(kuai)，到(dao)40h后(hou)CODcr降(jiang)(jiang)解基(ji)本(ben)穩(wen)定，所以在延長曝氣時間(jian)和停(ting)留時間(jian)，出水(shui)CODcr不(bu)會明顯降(jiang)(jiang)低。

③丁二(er)醇生(sheng)產廢水好氧生(sheng)化處理的CODcr降解(jie)規律符合修(xiu)正的Monod方程，平均溫(wen)度22.8℃時CODcr最大去除(chu)速率vmax=0.044d-1;飽和(he)系(xi)數(shu)(shu)Ks=5719mg/L;難生(sheng)化降解(jie)Sn=100mg/L。因(yin)為進水控制低于3000mg/L，并且反應速度比(bi)較(jiao)慢，反應時間比(bi)較(jiao)長(chang)，所以用SBR法可以達到如此高的飽和(he)常數(shu)(shu)Ks。

④廢水(shui)初(chu)始溫度在(zai)40-50℃之間(jian)，混入(ru)沖地水(shui)和冷卻(que)水(shui)后可(ke)終年保持(chi)水(shui)溫在(zai)20-30℃之間(jian)，因此所獲動(dong)力(li)學關系和動(dong)力(li)學參(can)數(shu)可(ke)作設(she)計依據。

參考 文(wen)獻 ：

[1] 顧(gu)夏聲.廢水生物處理數學(xue)模式(shi)[M].北京(jing)：清(qing)華大學(xue)出版社，1993.

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