楊日光，張?zhí)m河，孫俊超，王山山，張海豐

(1.東北電力大學(xué)科研產(chǎn)業(yè)處，吉林 吉林 132012;2.東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

近年來(lái)，為了緩解水資源日益短缺的局面，許多沿海城市開(kāi)始利用海水沖廁[1]，由此產(chǎn)生的高鹽度生活污水進(jìn)入城市污水處理系統(tǒng)中，對(duì)原來(lái)的生物處理系統(tǒng)將造成影響。目前，國(guó)內(nèi)外采用很多工藝對(duì)高鹽度廢水進(jìn)行生物處理，但是得出的結(jié)論并不相同。例如，Hamoda等采用傳統(tǒng)活性污泥法處理高鹽廢水研究發(fā)現(xiàn)，高鹽條件下生物活性和有機(jī)物去除率均有提高，在NaCl濃度為0 mg/L、10 g/L和30 g/L時(shí)，TOC 去除率分別為96.3%、95.9%、99.2%[2]。Dincer和Kargi采用生物轉(zhuǎn)盤(pán)系統(tǒng)處理含鹽廢水，探討了鹽度與有機(jī)物去除率之間的關(guān)系。當(dāng)NaCl濃度從5%提高到10%時(shí)，COD去除率從85%降低到60%[3]。國(guó)內(nèi)也對(duì)含鹽廢水進(jìn)行了研究，張勇、于德爽等利用在生活污水中加不同的鹽水比例(10%、20%、30%、50%)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入的海水比例低于30%(相當(dāng)于鹽度10500 mg/L，Cl－5700 mg/L)時(shí)，海水鹽度對(duì)生活污水中的有機(jī)物和氨氮的去除無(wú)影響。隨著海水鹽度的增加，不同的鹽度對(duì)微生物的代謝產(chǎn)生不同的抑制作用，有機(jī)物的去除率和降解率下降明顯，出水COD均高于60 mg/L[4]。間歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Process，SBR工藝)因具有處理效率高、運(yùn)行方式靈活、脫氮除磷效果好、不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用[6]。利用SBR工藝處理高鹽生活污水具有重大的理論和實(shí)用價(jià)值，可為污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行操作提供重要的理論依據(jù)，也可為海水的利用提供一定的參考價(jià)值。

本實(shí)驗(yàn)采用SBR工藝處理含鹽廢水，在乙醇作為碳源的情況下，研究不同Na2SO4鹽度的變化對(duì)SBR工藝氨氮去除效果的影響，得到SBR工藝處理高鹽度生活污水的最佳工藝參數(shù)，為污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行操作提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用序批式間歇活性污泥法SBR反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。SBR反應(yīng)器由透明有機(jī)玻璃制成，有效容積為2.5 L。反應(yīng)器底部裝有微孔曝氣器，采用小型曝氣泵曝氣，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量，控制溶解氧濃度，保持在0.3－0.5 mg/L，采用一次性進(jìn)水方式。每次按比例投加乙醇、氯化銨和磷酸二氫鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，監(jiān)測(cè)廢水中的COD、和TP，這樣可使每次實(shí)驗(yàn)的初始有機(jī)物濃度、氨氮濃度等水質(zhì)指標(biāo)便于控制。

1.2 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水采用人工合成廢水，采用HCl和NaOH調(diào)節(jié) pH。廢水主要成分:乙醇(COD在 300－600 mg/L)，硫酸鎂50 mg/L，磷酸二氫鈉25 mg/L，氯化銨 35－50 mg/L，氯化鈣 350 mg/L，營(yíng)養(yǎng)元素0.5 mg/L。營(yíng)養(yǎng)元素含量:0.3 g/L FeSO4，0.116 g/L H3BO3，0.038 g/L CuSO4·5H2O，1.18 g/L KI，0.169 g/L MnSO4，0.115 g/L ZnSO4·7H2O，0.024 g/L CoCl2·6H2O。

圖1 SBR裝置示意圖

1.3 實(shí)驗(yàn)用水

分析項(xiàng)目與檢測(cè)方法如表1所示。

表1 水質(zhì)指標(biāo)分析方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 活性污泥的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)所用的活性污泥取自于吉林市污水處理廠(chǎng)二沉池的回流污泥，其中所含的微生物種類(lèi)豐富，易于培養(yǎng)。進(jìn)行間歇培養(yǎng)時(shí)，每天換一次水，并進(jìn)行曝氣，測(cè)定MLSS、SVI指標(biāo)的變化，同時(shí)觀察污泥顏色的變化。當(dāng)污泥培養(yǎng)由黑色變成黃褐色，沉降性能良好，SVI在80－100 mL/g之間，有機(jī)物及氨氮去除效果穩(wěn)定，加入不同濃度的人工合成廢水開(kāi)始馴化。

圖2表明馴化過(guò)程中氨氮去除效果的變化。馴化過(guò)程中污泥的形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生了一些變化。接種初期，污泥呈灰黑色，絮體較小;凝聚性能欠佳。馴化25天后，污泥顏色由黑色經(jīng)灰褐色變?yōu)辄S褐色，并開(kāi)始具有良好的絮凝性能，停止曝氣后，污泥能迅速形成較大的絮體并沉降;混合液經(jīng)沉淀后出水中懸浮物很少，水質(zhì)較清澈的去除率達(dá)到90%左右。圖3進(jìn)一步表明，硝化反應(yīng)結(jié)束后硝態(tài)氮濃度達(dá)到16 mg/L，亞硝態(tài)氮濃度為3 mg/L，這時(shí)的脫氮過(guò)程為全程硝化反硝化。

在活性污泥處理高鹽廢水過(guò)程中，一方面活性污泥微生物生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行選擇，能夠適應(yīng)高鹽環(huán)境的微生物生存下來(lái);另一方面高鹽馴化刺激了耐鹽菌的生長(zhǎng)，隨著鹽度的升高，其營(yíng)養(yǎng)需求也增加。同時(shí)，在高鹽條件下，一些不適應(yīng)高鹽環(huán)境的菌種迅速死亡溶解，能夠補(bǔ)充污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在營(yíng)養(yǎng)充足的條件下，耐鹽菌生長(zhǎng)和繁殖很快，成為高鹽條件下的優(yōu)勢(shì)菌種。

圖2 氨氮隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖3 硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮隨時(shí)間的變化規(guī)律

2.2 Na2SO4鹽度對(duì)氨氮去除效果的影響

無(wú)機(jī)鹽如 Cl－、Na+、K+、Ca2+等離子均是微生物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在常規(guī)微生物的生長(zhǎng)過(guò)程中起著促進(jìn)酶反應(yīng)，維持膜平衡和調(diào)節(jié)滲透壓的作用，但是若這些離子濃度過(guò)高會(huì)對(duì)普通微生物產(chǎn)生毒性，從而影響生物工藝在高鹽度有機(jī)廢水的處理效果。當(dāng)鹽度每周期增加1 g，每周期運(yùn)行7 d的條件下，Na2SO4鹽度對(duì)氨氮去除效果的影響，如圖3所示。

由圖3可知，隨著NaSO4鹽度增加至12 g/L，氨氮去除率下降至80%。這是由于微生物受到鹽度變化的影響而對(duì)氨氮去除效果產(chǎn)生一定的影響，鹽度的升高導(dǎo)致不能適應(yīng)該鹽環(huán)境的微生物被淘汰，適應(yīng)環(huán)境的微生物生存下來(lái)，嗜鹽菌和適應(yīng)高鹽環(huán)境的菌群成為優(yōu)勢(shì)菌群，活性污泥能夠適應(yīng)含鹽環(huán)境，保持一定的氨氮去除效率[6－8]。增大含鹽廢水的比例后，因?yàn)槲⑸锸艿禁}度的影響而對(duì)脫氮效果產(chǎn)生一定的波動(dòng)，經(jīng)過(guò)較短時(shí)間的適應(yīng)后，活性污泥能夠很快適應(yīng)含鹽環(huán)境，保持較高的脫氮效率。但是，當(dāng)Na2SO4鹽度增加至12 g/L時(shí)，氨氮去除效果下降，這是由于過(guò)高的鹽度導(dǎo)致微生物細(xì)胞滲透壓升高，細(xì)胞脫水死亡。

2.3 Na2SO4鹽度對(duì)亞硝酸鹽積累率的影響

影響短程硝化亞硝態(tài)氮積累的因素有很多，如游離氨(FA)、pH、溫度、溶解氧(DO)等因素，本實(shí)驗(yàn)考察鹽度對(duì)亞硝態(tài)氮積累的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖4 Na2SO4鹽度對(duì)氨氮去除效果的影響

圖5 Na2SO4鹽度對(duì)亞硝態(tài)氮積累率的影響

3 結(jié) 論

(1)在乙醇作為碳源的條件下，SBR工藝經(jīng)過(guò)25 d的馴化，氨氮去除率可達(dá)到90%以上的去除率，活性污泥馴化成功。

(2)鹽度的升高能夠?qū)е虏荒苓m應(yīng)環(huán)境的微生物被淘汰，嗜鹽菌成為優(yōu)勢(shì)菌群。但是，當(dāng)Na2SO4鹽度增加至12 g/L時(shí)，氨氮去除效果開(kāi)始下降，過(guò)高的鹽度導(dǎo)致微生物細(xì)胞滲透壓升高，細(xì)胞脫水死亡。

(3)鹽度對(duì)活性污泥系統(tǒng)中的硝酸菌和亞硝酸菌的抑制作用不同，在一定鹽度下可實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的積累，實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化。當(dāng)Na2SO4鹽度增加到12 g/L時(shí)，亞硝態(tài)氮積累率達(dá)到最高值90%。

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