1 引言
水污染现象严重是我国面临的重要的环境问题之一。我国排放的污水主要为工业污水，工业污水排放量可达到总污水排放量的 70% 以上，而大部分的工业污水为高浓度有机污水，其 COD 的含量一般在 2000 mg·L - 1 以上。COD 是判断处理后污水能否达标排放的重要指标之一，COD 越高，表示污水的有机物污染现象越严重，如果污水中的 COD 没有得到有效处理或未经处理排入水体，污染物会被水体底部的污泥吸附而沉积，对水生植物和动物造成不同程度的毒害作用，人类若食用此类有毒的植物或动物会导致慢性中毒等疾病。因此，高浓度有机污水的有效处理对人类身体健康尤为重要。
高浓度有机污水处理难度高，对工艺的要求较为严格，一直是国内外环保研究领域的难题之一，有些工厂在原有污水处理流程的基础上增加预处理阶段或中间处理阶段来提高 COD的去除效果。SBR 是序批式活性污泥法的简称，该工艺具有工艺简单和耐冲击负荷高的特点，但目前国内对 SBR 参与高浓度有机污水处理的研究相对较少。因此采用 SBR 反应器处理模拟高浓度有机污水，探究不同曝气时间和曝气量对 SBR 反应器的 COD 去除效果的影响，为我国高浓度有机污水的有效处理提供有价值的参考。
1 实验材料与方法
2. 1 原水水质与接种污泥
该实验采用红糖配置高浓度有机污水，经实验测得，不同浓度的红糖溶液对应的 COD 含量详见表 1。为使实验中模拟污水的 COD 维持在 2500 mg·L - 1 左右，确定该实验模拟污水的红糖浓度为 4. 46 g·L - 1 。模拟污水中其他微量元素浓度详见表 2。摸拟污水的氨氮浓度为( 120 ± 10) mg·L - 1 ，模拟污水中的总磷浓度为( 30 ± 5 ) mg · L - 1 。同时加入适量的NaHCO3 溶液，使模拟污水的 pH 维持在 6 ～ 8 之间。
活性污泥取自七格污水处理厂，取回的污泥盛放至广口容器，通过持续曝气的方法对污泥进行驯化，驯化时间为两个星期左右，当污泥呈现黄褐色时表示驯化完成，接种污泥 MLSS为 4g·L - 1 。实验启动前对反应器进行清理以确保实验的准确性。清理结束后取驯化好的污泥180 g，将配置好的模拟污水和污泥定容至 90 L 并倒入进水箱中，同时设定系统的进水流量为 3 L·min - 1 。
2. 2 实验装置和方法
SBR 反应器的构成以及运行流程详见图 1。该装置在原本SBR 反应器的基础上安装了五个仪表，用于人工设定各阶段的运行时间，使整个系统的控制更为简捷，并能够有效节省人力和时间。该反应器的有效容积为 90 L。反应器在启动后持续进水，当实际水位达到感应位置后系统会自动停止进水。进水结束后进入曝气阶段，曝气可以使污泥和氧气充分的接触，同时利用搅拌器对混合液进行搅拌，使曝气阶段发生的反应更加充分。曝气停止后，反应器进入沉淀阶段，通过静止使污泥和污水进行分离，静止时间设为 30min。沉淀后利用滗水器将上清液排出，反应器出水流量设为 100 mL·s - 1 。出水完成后系统进入闲置阶段，开启搅拌器，对污泥进行搅拌，使污泥中微生物的活性得到恢复，闲置时间设定为 25min。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
实验分两次进行，第一次实验分为十组，采用对比实验的方式来探究曝气时间对污水中 COD 去除效果的影响; 第二次实验分为五组，在第一次实验的基础上探究曝气量对污水中 COD去除效果的影响。两次实验的沉淀时间均设定为 30 min，出水流量设为 100 mL · s - 1 ，第一组实验设定曝气量为 5. 5 L ·min - 1 ，曝气时间分别设为 8 h 和 10 h。并对处理后的污水中COD 进行检测。第二次实验将曝气量调整为 10 L·min - 1 ，曝气时间调整为 10 h，其他参数与第一组实验相同，实验结束后对出水 COD 以及 COD 的平均去除率进行检测和计算，并对最后的结果进行整理分析。
2. 3 分析项目与方法
实验中 COD 采用快速密闭催化消解法测定; pH 采用玻璃电极法进行测定; 氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定; 总磷采用钼酸盐分光光度法测定。曝气量采用 LZB - 6WB 玻璃转子流量计测量。
3 结果与讨论
3. 1 曝气时间对 SBR 反应器效果影响
曝气阶段是影响 SBR 反应器处理效果的重要阶段，本次实验取曝气量为 5. 5 L·min - 1 ，曝气时间分别设定为 8 h 和 10 h，每个曝气时间做 5 组实验，共 10 组实验，每组实验取 3 个样本。曝气结束后对水样中的 COD 进行检测，实验结果详见表 2。当曝气时间为 8 h 时，出水 COD 的平均值为 706. 2 mg·L - 1 。当曝气时间为 10 h 时，出水 COD 的平均值为 675 mg·L - 1 ，COD处理效果优于曝气时间为 8 h 的 COD 处理效果。不同曝气时间下的 COD 平均去除率详见图 2，曝气时间为 8h 时，COD 平均去除率为 69. 4% ，曝气时间为 10 h 时，COD 的平均去除率为71% 。在曝气量相同的情况下，曝气时间越长，COD 去除效果越好。这是因为当曝气时间增加，延长了污泥在好氧状态的时间，为污泥去除有机物提供了充足的时间，使 COD 去除更加充分，而相对较短的曝气时间不能为污泥提供充足的作用时间，所以曝气时间为 8 h 的 COD 去除率要低于曝气时间为 10 h 的COD 去除率。杨红薇等研究 SBR 法处理高盐肝素废水的实验结果表明，当进水 pH 为 7. 5、反应温度在 26 ～ 29℃ 时，控制曝气时间在10 h，COD 的去除率能稳定在 85% 以上，当曝气时间大于 10 h 时，COD 的去除率会随着曝气时间的增加而下降，这是因为污水中的剩余有机物很难降解，部分微生物因缺乏营养物质和曝气过量而进行内源呼吸，从而使出水水质变差，COD 的去除率变低。
3. 2 曝气量对 SBR 反应器效果影响
COD 效果的影响，实验共 5 组，每组实验取 3 个样品，曝气量设定为 10 L·min - 1 ，曝气时间设为 10 h，实验结果详见表 4。第二次实验的COD 平均去除率与第一次实验中曝气时间为 10 h，曝气量为 5. 5 L·min - 1 的 COD 平均去除率详见图 3。当曝气量升为 10 L·min - 1 时，出水 COD 的平均值为 484. 6 mg·L - 1 ，COD 的平均去除率为 78. 5% ，明显高于曝气时间为 10 h 时的COD 平均去除率 71% 。这可能是因为污泥在曝气阶段具有较强的吸附能力，但曝气会冲刷污泥表层存在的 COD，导致 COD去除率会有显著的升高，当曝气量增加，冲刷作用也随之增强，所以导致曝气量为 10 L·min - 1 的COD 去除效果更好。也可能是因为在相同的曝气时间内，曝气量越大，污泥和污水的混合越充分，微生物和有机物的接触也越充分，从而导致在相同的曝气时间内，曝气量越大，COD 的去除效果也就越明显。
4 总结
( 1) 当曝气量均为 5. 5 L· min - 1 时，曝气时间为 8 h 的COD 平均去除率为 69. 4% ，曝气量为 10 h 的 COD 平均去除率为 71% 。表明在曝气时间小于 10 h 时，曝气时间越长，COD 处理效果越好。
( 2) 当曝气时间均为 10 h 时，曝气量为 10 L· min - 1 的COD 平均去除率为 78. 5% 。表明当曝气时间相同的情况下，曝气量越大，COD 的去除效果越好。
( 3) SBR 反应器具有良好的 COD 去除效果，可以根据实际情况，通过改变曝气时间和曝气量等参数，提高 COD 的去除率。可应用于高浓度有机污水处理中的预处理阶段或中间处理阶段，有利于我国高浓度有机污水的达标排放。(来源：东北林业大学)
