间歇曝气SBBR处理苯胺废水及脱氮的工艺优化研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1001

摘要/Abstract

摘要：

在使用生物法处理苯胺废水过程中，为了突破苯胺废水处理的脱氮瓶颈，采用SBBR法并辅以间歇曝气模式处理高浓度苯胺废水。试验结果表明，使用好氧段与缺氧段交替运行1 h的曝气模式，以600 mg/L的苯胺作为唯一碳源，反应器可实现苯胺降解并达到60%的总氮去除率。在此基础上，将第1个好氧段延长至2 h，以对原有间歇曝气模式进行优化，优化改良后的反应器几乎实现苯胺完全降解和完全氨氧化，其总氮去除率提升至75.8%。在无外加碳源的前提下处理高浓度苯胺废水时，SBBR法辅以间歇曝气工艺展现出良好的脱氮性能。在改良模式下，最终系统的出水苯胺、COD、氨氮、总氮的质量浓度均值分别为0.00、63.48、0.99、14.24 mg/L，其去除率分别达到99.9%、90.8%、99.2%、70.2%，表明采用间歇曝气模式下的SBBR法处理高浓度苯胺废水，可实现较高的苯胺降解率，并具有较好的同步脱氮潜能和实际应用价值。

关键词: SBBR, 间歇曝气, 苯胺降解, 同步脱氮

Abstract:

In order to break through the bottleneck of nitrogen removal of the wastewater containing aniline by biological process，SBBR process adopting intermittent aeration mode was used to treat high concentration aniline wastewater. The experimental results showed that when the aeration mode of alternating aerobic and anoxic phases taking turns working for 1 h and 600 mg/L aniline was used as the only carbon source，aniline degradation could be realized and total nitrogen removal rate of 60% could be achieved in the reactor. On this basis，by extending the first aerobic stage to 2 h to optimize the intermittent aeration mode，the intensifying reactor could achieve almost complete ammonia oxidation after aniline degradation，and the total nitrogen removal rate was increased to 75.8%. SBBR process adopting intermittent aeration mode showed good denitrification performance in the treatment of high concentration aniline wastewater without external carbon source. Under the improved mode，the mean mass concentrations of aniline，COD，ammonia nitrogen and total nitrogen in the effluent of the system were 0.00，63.48，0.99 and 14.24 mg/L，and the removal rates were 99.9%，90.8%，99.2% and 70.2%，respectively. The results showed that SBBR process in intermittent aeration mode had high potential for aniline degradation and simultaneous denitrification and its practical value.

Key words: SBBR, intermittent aeration, aniline degradation, simultaneous nitrogen removal

中图分类号:

X703.1

廖晓数, 罗太忠, 仇玥, 苏君豪, 魏华, 张倩. 间歇曝气SBBR处理苯胺废水及脱氮的工艺优化研究[J]. 工业水处理, 2022, 42(7): 139-146.

Xiaoshu LIAO, Taizhong LUO, Yue QIU, Junhao SU, Hua WEI, Qian ZHANG. Process optimization of aniline wastewater treatment and simultaneous nitrogen removal by intermittent aeration mode SBBR[J]. Industrial Water Treatment, 2022, 42(7): 139-146.

https://gyscl.magtechjournal.com/CN/Y2022/V42/I7/139

图/表 8

图1 所用填料结构和SBBR装置结构示意 1—反应器外壳；2—搅拌桨；3—曝气头；4—填料；5—出水管；6—进水箱；7—驱动马达；8—气体流量计；9—曝气泵

Fig.1 Structure of the carriers and schematic diagram of SBBR reactor

图2 SBBR的运行周期工况

Fig. 2 Operation conditions of SBBR in a cycle

表1 常规测试指标、方法及主要仪器设备

Table 1 Regular test indexes，methods and main instruments and equipment

测试指标	测试方法	仪器名称及型号
苯胺	N-（1-萘基）乙二胺偶氮分光光度法	紫外-可见分光光度计UV-1100
氨氮	纳氏试剂分光光度法
硝氮	紫外分光光度法
亚硝氮	N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法
总氮	碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法
COD	消解-滴定法	COD恒温加热器TOM-001A

图3 SBBR反应器污染物去除效果

Fig.3 Pollutant removal effect in SBBR

图4 SBBR反应器典型周期内污染物浓度变化情况

Fig.4 The change of pollutant concentration in SBBR during the typical cycle

图5 S2的运行周期工况

Fig. 5 Operation conditions of S2 in a cycle

图6 S2反应器污染物去除效果

Fig.6 Pollutant removal effect in S2

图7 S2反应器典型周期内污染物浓度变化情况

Fig.7 The change of pollutant concentration in S2 during the typical cycle

参考文献 18

1	LI Xiaohu， JIN Xiangdan， ZHAO Nannan，et al. Efficient treatment of aniline containing wastewater in bipolar membrane microbial electrolysis cell—Fenton system［J］. Water Research，2017，119：67-72. doi:10.1016/j.watres.2017.04.047
2	JIANG Yu， WANG Hongyu， SHANG Yu，et al. Simultaneous removal of aniline，nitrogen and phosphorus in aniline-containing wastewater treatment by using sequencing batch reactor［J］. Bioresource Technology，2016，207：422-429. doi:10.1016/j.biortech.2016.02.014
3	石诗琦，何健锋，董伟，等. 苯胺、苯酚类化合物的QSAR研究及皮化材料的毒性预测［J］. 中国皮革，2013，42（5）：3-6.
	SHI Shiqi， HE Jianfeng， DONG Wei，et al. QSAR of anilines and phenols toxicity and prediction of leather chemicals［J］. China Leather，2013，42（5）：3-6.
4	CHEN Yasong， ZHAO Zheng， PENG Yuke，et al. Performance of a full-scale modified anaerobic/anoxic/oxic process：High-throughput sequence analysis of its microbial structures and their community functions［J］. Bioresource Technology，2016，220：225-232. doi:10.1016/j.biortech.2016.07.095
5	DING Pengyuan， CHU Libing， WANG Jianlong. Biological treatment of actual petrochemical wastewater using anaerobic/anoxic/oxic process and the microbial diversity analysis［J］. Applied Microbiology and Biotechnology，2016，100（23）：10193-10202. doi:10.1007/s00253-016-7869-x
6	冯继贵. 活性污泥法单级自养脱氮工艺的启动与稳定性研究［D］. 西安：长安大学，2015.
	FENG Jigui. Study on startup and stability of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite（CANON） progress in SBR［D］. Xi’an：Chang’an University，2015.
7	曹珊. 生物膜-SBR复合系统脱氮除磷处理效果的试验研究［D］. 北京：北京建筑大学，2013.
	CAO Shan. Experimental study on the treatmennt effect of nitrogen and phosphorus removal of the biofilm-SBR commposite system［D］. Beijing：Beijing University of Civil Engineering and Architecture，2013.
8	马溪平，魏娜，徐成斌，等. 微生物降解高盐苯胺废水的研究进展［J］. 环境保护科学，2012，38（1）：10-12. doi:10.3969/j.issn.1004-6216.2012.01.003
	MA Xiping， WEI Na， XU Chengbin，et al. Advances in microbial degradation of aniline wastewater of high salt［J］. Environmental Protection Science，2012，38（1）：10-12. doi:10.3969/j.issn.1004-6216.2012.01.003
9	王治业，祝英，季彬，等. 生物强化技术处理苯胺废水难降解有机物的研究［J］. 环境工程，2014，32（S1）：16-18.
	WANG Zhiye， ZHU Ying， JI Bin，et al. A study on treatment of refractory compounds in aniline wastewater by bioaugmentation technology［J］. Environmental Engineering，2014，32（S1）：16-18.
10	ZHANG Qian， ZHANG Wenli， HE Qiulai，et al. Effects of dissolved oxygen concentrations on a bioaugmented sequencing batch rector treating aniline-laden wastewater：Reactor performance，microbial dynamics and functional genes［J］. Bioresource Technology，2020，313：123598. doi:10.1016/j.biortech.2020.123598
11	LI Yao， ZHANG Qian， LI Meng，et al. Bioaugmentation of sequencing batch reactor for aniline treatment during start-up period：Investigation of microbial community structure of activated sludge［J］. Chemosphere，2020，243：125426. doi:10.1016/j.chemosphere.2019.125426
12	ZHANG Wenli， ZHANG Qian， LI Meng，et al. Microbial community and function evaluation in the start-up period of bioaugmented SBR fed with aniline wastewater［J］. Bioresource Technology，2021，319：124148. doi:10.1016/j.biortech.2020.124148
13	曹利锋. 基于筛板塔式生物膜反应器强化污染物生物降解［D］. 上海：上海师范大学，2019.
	CAO Lifeng. Enhanced biodegradation of pollutants based on sieve plate tower biofilm reactor［D］. Shanghai：Shanghai Normal University，2019.
14	晋玉亮，王旭，杨冲，等. 苯胺对氨氮硝化反应抑制作用的实证研究［J］. 中国给水排水，2016，32（23）：85-87.
	JIN Yuliang， WANG Xu， YANG Chong，et al. Empirical study on aniline inhibition on nitrification of ammonia nitrogen［J］. China Water & Wastewater，2016，32（23）：85-87.
15	GHEEWALA S H， POLE R K， ANNACHHATRE A P. Nitrification modelling in biofilms under inhibitory conditions［J］. Water Research，2004，38（14/15）：3179-3188. doi:10.1016/j.watres.2004.04.018
16	PENG Haojin， ZHANG Qian， TAN Bin，et al. Understanding the impacts of operation mode sequences on the biological aniline degradation system：Startup phase，pollutants removal rules and microbial response［J］. Bioresource Technology，2021，340：125758. doi:10.1016/j.biortech.2021.125758
17	毛羽飞. SBR中活性污泥颗粒化过程及处理苯胺废水的研究［D］. 武汉：华中科技大学，2009.
	MAO Yufei. Study on the granulation process of activated sludge in SBR and aniline wastewater treatment［D］. Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2009.
18	FAN Yanyan， CHEN Xiaolei， YAO Zhangyi，et al. A novel inhibition mechanism of aniline on nitrification：Aniline degradation competes dissolved oxygen with nitrification［J］. Science of the Total Environment，2021，770：145205. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.145205

[1]	徐黄欢, 武英, 林旭萌, 陈炳江, 周启帆, 薛罡. 黄铁矿驱动混养反硝化体系的关键运行参数优化[J]. 工业水处理, 2026, 46(4): 164-172.
[2]	陈立颀, 韩昫身, 金艳, 于建国. 好氧颗粒污泥处理气田采出水效能研究[J]. 工业水处理, 2026, 46(1): 60-66.
[3]	安鸿雪, 张婉玉, 薛飞, 白玉玮, 宁静, 李再兴. 盐度对序批式生物膜反应器性能及微生物活性影响[J]. 工业水处理, 2023, 43(6): 117-124.
[4]	申昊, 崔理慧, 康鹏飞, 万俊锋. 好氧颗粒污泥处理高盐氨氮废水的工艺优化研究[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 87-94.
[5]	李亚峰,高崇,伍健伯,张子一. 氯酸钠抑制剂对SBBR工艺亚硝化过程的影响研究[J]. 工业水处理, 2021, 41(6): 242-245, 251.
[6]	赵芝清,黄乐,邱唯一,沈舒雯,熊萍. 一株好氧反硝化菌的同步脱氮降解苯胺特性[J]. 工业水处理, 2019, 39(7): 14-18.
[7]	巩有奎, 李永波, 彭永臻. 不同曝气方式下亚硝化反应器的启动及N₂O释放[J]. 工业水处理, 2019, 39(4): 21-24,57.
[8]	林岚, 张彦隆, 曹文志, 欧阳通. 同步脱氮除磷技术研究进展[J]. 工业水处理, 2019, 39(10): 7-13.
[9]	万金保, 付煜, 邓觅, 余晓玲, 王建永. A/O-SBBR-氧化塘-人工湿地处理猪场沼液[J]. 工业水处理, 2017, 37(8): 101-104.
[10]	段云霞, 石岩, 吕晶华, 许丹宇, 张金鸿, 郑先强, 余海晨. 生物强化及催化氧化处理颜料废水工程应用[J]. 工业水处理, 2016, 36(9): 92-94,98.
[11]	周安兴, 方芳, 杨吉祥, 季新, 陈猷鹏, 郭劲松. 低基质厌氧氨氧化SBBR反应器启动研究[J]. 工业水处理, 2015, 35(1): 44-47.
[12]	刘晓, 曹国凭. 微氧颗粒污泥的快速培养及其同步脱氮效能[J]. 工业水处理, 2012, 32(8): 37-40.
[13]	范吉, 邱兆富, 吕树光. SBR间歇曝气和充氧能力对溶解性微生物产物的影响[J]. 工业水处理, 2012, 32(6): 23-26.
[14]	朱易春, 冯秀娟, 杜茂安. 多点进水倒置A²/O工艺处理某工业园污水[J]. 工业水处理, 2011, 31(3): 77-70.
[15]	安晓英, 何岩, 陶锐锋, 李真, 郭翠香, 王力刚. 废铁屑耦合矿化垃圾反应床处理填埋场渗滤液研究[J]. 工业水处理, 2011, 31(10): 42-45.

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容