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，為了緩解水資源日益短缺的局面，許多沿海城市開始利用海水沖廁[1]，由此產(chǎn)生的高鹽度生活污水進入城市污水處理系統(tǒng)中，對原來的生物處理系統(tǒng)將造成影響。目前，國內(nèi)外采用很多工藝對高鹽度廢水進行生物處理，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物去除率均有提高，在NaCl濃度為0 mg/L、10 g/L和30 g/L時，TOC 去除率分別為96.3%、95.9%、99.2%[2]。Dincer和Kargi采用生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)處理含鹽廢水，探討了鹽度與有機物去除率之間的關(guān)系。當NaCl濃度從5%提高到10%時，COD去除率從85%降低到60%[3]。國內(nèi)也對含鹽廢水進行了研究，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)，當加入的海水比例低于30%(相當于鹽度10500 mg/L，Cl－5700 mg/L)時，海水鹽度對生活污水中的有機物和氨氮的去除無影響。隨著海水鹽度的增加，不同的鹽度對微生物的代謝產(chǎn)生不同的抑制作用，有機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用價值，可為污水處理廠的運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值。

本實驗采用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)，為污水處理廠的運行操作提供依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗裝置

本實驗采用序批式間歇活性污泥法SBR反應(yīng)器，實驗裝置示意圖如圖1所示。SBR反應(yīng)器由透明有機玻璃制成，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，采用一次性進水方式。每次按比例投加乙醇、氯化銨和磷酸二氫鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，監(jiān)測廢水中的COD、和TP，這樣可使每次實驗的初始有機物濃度、氨氮濃度等水質(zhì)指標便于控制。

1.2 實驗用水

實驗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，營養(yǎng)元素0.5 mg/L。營養(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 實驗用水

分析項目與檢測方法如表1所示。

表1 水質(zhì)指標分析方法

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 活性污泥的培養(yǎng)

實驗所用的活性污泥取自于吉林市污水處理廠二沉池的回流污泥，其中所含的微生物種類豐富，易于培養(yǎng)。進行間歇培養(yǎng)時，每天換一次水，并進行曝氣，測定MLSS、SVI指標的變化，同時觀察污泥顏色的變化。當污泥培養(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始馴化。

圖2表明馴化過程中氨氮去除效果的變化。馴化過程中污泥的形態(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)較清澈的去除率達到90%左右。圖3進一步表明，硝化反應(yīng)結(jié)束后硝態(tài)氮濃度達到16 mg/L，亞硝態(tài)氮濃度為3 mg/L，這時的脫氮過程為全程硝化反硝化。

在活性污泥處理高鹽廢水過程中，一方面活性污泥微生物生態(tài)系統(tǒng)進行選擇，能夠適應(yīng)高鹽環(huán)境的微生物生存下來;另一方面高鹽馴化刺激了耐鹽菌的生長，隨著鹽度的升高，其營養(yǎng)需求也增加。同時，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，能夠補充污水中的營養(yǎng)物質(zhì)。在營養(yǎng)充足的條件下，耐鹽菌生長和繁殖很快，成為高鹽條件下的優(yōu)勢菌種。

圖2 氨氮隨時間的變化規(guī)律

圖3 硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮隨時間的變化規(guī)律

2.2 Na2SO4鹽度對氨氮去除效果的影響

無機鹽如 Cl－、Na+、K+、Ca2+等離子均是微生物生長所必需的營養(yǎng)元素，在常規(guī)微生物的生長過程中起著促進酶反應(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高會對普通微生物產(chǎn)生毒性，從而影響生物工藝在高鹽度有機廢水的處理效果。當鹽度每周期增加1 g，每周期運行7 d的條件下，Na2SO4鹽度對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，嗜鹽菌和適應(yīng)高鹽環(huán)境的菌群成為優(yōu)勢菌群，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，因為微生物受到鹽度的影響而對脫氮效果產(chǎn)生一定的波動，經(jīng)過較短時間的適應(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Na2SO4鹽度增加至12 g/L時，氨氮去除效果下降，這是由于過高的鹽度導(dǎo)致微生物細胞滲透壓升高，細胞脫水死亡。

2.3 Na2SO4鹽度對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，本實驗考察鹽度對亞硝態(tài)氮積累的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖4 Na2SO4鹽度對氨氮去除效果的影響

圖5 Na2SO4鹽度對亞硝態(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25 d的馴化，氨氮去除率可達到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)勢菌群。但是，當Na2SO4鹽度增加至12 g/L時，氨氮去除效果開始下降，過高的鹽度導(dǎo)致微生物細胞滲透壓升高，細胞脫水死亡。

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

[1]文湘華.含鹽廢水的生物處理研究進展[J].環(huán)境科學(xué)，1999，20(3):104－106.

[2]Hamoda M F，Atlar A L.Effect on high sodium chloride concentrations on activated sludge treatment[J].Water Science and Technology，1995，31(9):61 －72.

[3]Dincer A R ，Kargi F.Performance of rotating biological dise system treating saline wastewater[J].Process Biochemistry，2001，36(8 －9):901－906.

[4]張勇，于德爽，王洪娟.SBR工藝處理高鹽度生活污水試驗[J].環(huán)境工程，2008，26(1):27－29.

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[6]張雨山，王靜.海水鹽度對二沉池污泥沉降性能的影響[J].中國給水排水，2000，16(2):18－19.

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[8]張?zhí)m河，張萬友，韓利，楊濤，劉強.含鹽廢水SBR工藝短程硝化試驗[J].化工進展，2010，29(10):1985－1989.