实验室规模 sequencing batch 反应器在线监测与控制技术在合成废水生物处理中的应用

《Desalination》：Lab-Scale Sequencing Batch Reactor Online Monitoring and Control for Biological Treatment of Synthetic Wastewater

本研究通过对比24小时和8小时水力停留时间（HRT），评估了序列批处理反应器（SBR）对COD、NH3-N、NO2-N和NO3-N的去除效率。结果表明，8小时HRT显著提升微生物活性，COD最高去除率达86.74%，NH3-N达95.64%，而24小时HRT的去除率相对较低。在线监测的pH、DO和ORP参数显示，8小时HRT下系统更稳定，硝化反硝化过程协调性更好。MLSS浓度分析表明，短HRT促进微生物增殖，验证了SBR在工业废水处理中的高效性。

　　水污染是当今世界面临的主要环境问题之一，特别是在工业废水排放方面。由于工业活动的多样化，废水可能含有多种污染物，如化学物质、重金属、油类、有机化合物和悬浮颗粒等。这些污染物对水生生态系统和人类健康构成严重威胁，因此，开发高效、经济的废水处理技术显得尤为重要。传统的废水处理方法往往成本高昂且操作复杂，尤其是在发展中国家，资源和技术的限制使得这种技术难以广泛应用。因此，寻找一种更加经济、易于操作且具有广泛适用性的处理方法成为研究热点。

序批式反应器（SBR）作为一种生物处理方法，因其高效、灵活和易于控制等优势，被认为是处理工业废水的潜在解决方案。SBR是一种活性污泥工艺，其特点是反应过程在一个反应器中进行，包括进水、曝气、沉淀和排水等阶段。这种处理方式可以在不连续操作的情况下实现高效的污染物去除，尤其适用于处理复杂化学成分的废水。研究SBR的性能，不仅有助于理解其在工业废水处理中的潜力，也为实际应用提供了理论支持和实践指导。

在本研究中，SBR被用于处理合成废水，以评估其在不同水力停留时间（HRT）下的处理效果。HRT是指废水在反应器中停留的时间，直接影响污染物的去除效率。研究采用了两种不同的HRT：24小时和8小时，分别测试了SBR在处理COD、NH?-N、NO??-N和NO??-N等污染物方面的表现。实验过程中，通过实时监测溶解氧（DO）、pH值和氧化还原电位（ORP）等关键参数，分析SBR的运行状态和处理效果。

COD是衡量废水污染程度的重要指标，反映了有机物的含量。在实验中，发现8小时HRT下的COD去除效率显著高于24小时HRT，平均去除效率达到78.4%，最高可达86.74%。这表明，较短的HRT可能更有利于微生物的活性和生长，从而提高COD的去除效果。NH?-N的去除效率在8小时HRT下也表现出较高的水平，平均去除效率为88.6%，最高可达95.64%。这可能是由于在较短的停留时间内，微生物能够更有效地进行氨氧化反应，从而提高去除率。

对于NO??-N的去除，实验结果显示8小时HRT下的平均去除效率为45.01%，而24小时HRT下的去除效率为40.29%。这表明，虽然较短的HRT有助于提高某些污染物的去除效率，但对于硝酸盐的去除，较长的HRT可能更为有效。然而，实验中也发现，在8小时HRT下，硝酸盐的去除效率相对较低，这可能是由于在较短的停留时间内，硝化细菌未能充分完成其代谢过程，从而影响了去除效果。

此外，实验还分析了MLSS（混合液悬浮固体）的变化，以评估微生物的生长情况。MLSS是衡量活性污泥浓度的重要指标，直接影响SBR的处理能力。实验结果显示，在8小时HRT下，MLSS的浓度变化更为显著，表明微生物在较短的停留时间内具有更高的活性和生长速度。这可能与更短的HRT促进了微生物的代谢活动有关。

在实验过程中，实时监测DO、pH和ORP等参数对于理解SBR的运行机制至关重要。这些参数的变化反映了反应器内的氧化还原状态和微生物活动情况。例如，pH值的降低可能与硝化细菌的活动有关，而pH值的升高则可能表明反硝化过程正在进行。ORP的变化则能够帮助判断反应器内的氧化还原条件，从而优化处理过程。

本研究的实验结果表明，SBR在处理工业废水方面具有显著的优势。8小时HRT下的处理效果优于24小时HRT，这可能与较短的停留时间促进了微生物的活性和生长有关。然而，需要注意的是，HRT的选择应根据具体的处理需求和污染物类型进行调整。例如，对于需要较长停留时间的污染物，如硝酸盐，可能需要更长的HRT以确保充分的处理效果。

本研究还指出了SBR在实际应用中可能面临的挑战。例如，实验室规模的SBR需要改进数据记录的准确性，确保DO、pH和ORP等参数的变化被准确记录。此外，实验还建议进一步研究不同HRT下的处理效果，以确定最佳的停留时间。同时，研究还强调了对SBR性能进行监测的重要性，特别是在不同化学浓度和多种污染物的情况下，如微塑料、重金属和病原微生物等。

总之，SBR作为一种生物处理技术，具有处理工业废水的潜力。通过调整HRT和实时监测关键参数，可以进一步优化其处理效果，提高处理效率。未来的研究应关注SBR在不同环境条件下的适应性，以及如何通过技术改进和操作优化，提高其在实际应用中的可行性。