孔殿超，張 青，張 強(qiáng)，董獻(xiàn)彬，張 勛

(安徽環(huán)境科技集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 引言

硫酸鹽含量較高的工業(yè)廢水，在好氧條件時(shí)，高濃度的硫酸鹽可產(chǎn)生較大滲透壓，進(jìn)而使得微生物細(xì)胞脫水死亡或受到抑制[1,2]，從而影響微生物的代謝活性；厭氧條件時(shí)，除滲透壓作用外，廢水中的硫酸鹽可在硫酸鹽還原菌(Sulfate Reducing Bacteria, SRB)作用下產(chǎn)生S2-、HS-或H2S[3,4]，硫離子或硫化氫具有較強(qiáng)生物毒性作用[5,6](尤其是呈分子態(tài)的硫化氫)，極易對(duì)生化反應(yīng)體系產(chǎn)生不利影響[7]。因此，對(duì)于含硫酸鹽的工業(yè)廢水處理，高濃度硫酸鹽極可能是生化系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在[8]。

為去除含有較高濃度硫酸鹽廢水中的有機(jī)物及營(yíng)養(yǎng)元素，常使用生化法進(jìn)行處理[9]。生化法雖然較為經(jīng)濟(jì)，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)高硫酸鹽生化系統(tǒng)常出現(xiàn)污泥馴化問(wèn)題，即生化系統(tǒng)的污泥濃度僅在投泥后短暫增大，之后便不斷降低，造成生化段無(wú)法正常運(yùn)行。依據(jù)前述分析，較高含量的硫酸鹽不利于生化系統(tǒng)的運(yùn)行，應(yīng)是造成上述問(wèn)題的主要原因；但也有研究表明，高硫酸鹽廢水雖為高鹽廢水，但其相比氯離子對(duì)于生化系統(tǒng)的毒性較小，微生物的代謝不易受到硫酸鹽含量的影響，硫酸鹽不應(yīng)是生化系統(tǒng)異常的主因。鑒于上述不同解釋，本文擬設(shè)計(jì)不同組別污泥馴化試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)普通污泥與高效耐鹽菌劑的馴化效果進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)研究硫酸鹽對(duì)生化系統(tǒng)污泥生長(zhǎng)的影響，以期探明硫酸鹽含量較高廢水的生化系統(tǒng)難以啟動(dòng)的原因，進(jìn)而為同類型污水處理過(guò)程提供理論指導(dǎo)及借鑒。

2 材料與方法

2.1 高硫酸鹽廢水水質(zhì)特征

試驗(yàn)用高硫酸鹽廢水取自安徽某工業(yè)園區(qū)污水處理廠進(jìn)水，其水質(zhì)指標(biāo)如下：pH值7.5、COD 80 mg/L、硫酸鹽濃度 7500 mg/L、懸浮物濃度(SS)130 mg/L、總磷 2.0 mg/L。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

污泥來(lái)源：本研究選取富集培養(yǎng)后的市政污水廠消化污泥、工業(yè)園區(qū)污水廠生化段現(xiàn)有活性污泥及Me型耐鹽菌劑(購(gòu)自碧沃豐生物科技(廣東)股份有限公司)進(jìn)行高硫酸鹽條件下的污泥馴化試驗(yàn)。

培養(yǎng)基藥劑：氯化銨NH4Cl：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；磷酸氫二鉀K2HPO4：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；葡萄糖C6H12O6：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；其他試劑：氫氧化鈉NaOH：分析純，無(wú)錫市展望化工試劑有限公司；鹽酸HCl：分析純，上海振企化學(xué)試劑有限公司。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.3.1 園區(qū)污水廠生化段啟動(dòng)后的污泥鏡檢分析

針對(duì)園區(qū)生化段調(diào)試時(shí)存在的污泥濃度較難維持問(wèn)題，使用顯微鏡對(duì)污泥進(jìn)行鏡檢分析，以期對(duì)污泥投加后生化系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行判別。

2.3.2 硫酸鹽對(duì)污泥馴化培養(yǎng)的影響試驗(yàn)

表1 微生物馴化試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.4 測(cè)試方法

3 結(jié)果

3.1 工業(yè)園區(qū)污水廠生化段啟動(dòng)后的污泥鏡檢分析

圖1(a)為該工業(yè)園區(qū)污水廠生化段啟動(dòng)初期(初次投泥后，污泥濃度約為400 mg/L)的鏡檢圖，該圖可觀測(cè)到較多的活性污泥絮體；圖1(b)為投泥10 d后污泥鏡檢圖，觀察知，此鏡檢結(jié)果中僅存留少量團(tuán)狀絮體，其物質(zhì)主要形態(tài)已轉(zhuǎn)變?yōu)槎讨鶢?圖1b)，表明有大量無(wú)機(jī)晶體物質(zhì)存在。分析知，由于該園區(qū)污水廠在生化段尾部工藝中采用了硫酸亞鐵及硫酸鋁進(jìn)行總磷的化學(xué)控制，該過(guò)程帶入了較多的化學(xué)藥劑，且由于生化段污泥馴化效果較差，故隨著時(shí)間推進(jìn)，生化系統(tǒng)中有機(jī)污泥絮體含量逐漸減少，而較多的含磷化學(xué)沉淀回流引起了生化段污泥的無(wú)機(jī)化轉(zhuǎn)變。整體上，該園區(qū)生化系統(tǒng)投泥約10 d后，生化系統(tǒng)已轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)污泥(污泥濃度<1000 mg/L)，基本無(wú)生化功能，表明除磷藥劑的添加對(duì)生化系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響。

圖1 園區(qū)污水廠生化系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)懸浮物鏡檢特征變化

3.2 不同馴化體系中pH值的變化

圖2為不同反應(yīng)體系中溶液pH值的變化，由圖2知，E1～E7組實(shí)驗(yàn)中溶液初始pH值均約為8，反應(yīng)進(jìn)行中7組試驗(yàn)溶液pH值基本穩(wěn)定，表明微生物可在較穩(wěn)定的pH值環(huán)境下進(jìn)行生長(zhǎng)，而高硫酸鹽條件下微生物的代謝產(chǎn)物亦未對(duì)溶液pH值產(chǎn)生影響。

圖2 不同反應(yīng)體系溶液pH值的變化

3.3 試驗(yàn)組別中COD的降解及污泥濃度的變化

圖3、4分別描述了不同試驗(yàn)組別中COD降解及污泥濃度的變化趨勢(shì)。圖3中，反應(yīng)初始條件下，未添加營(yíng)養(yǎng)源的E3組COD濃度約為75 mg/L，其他添加營(yíng)養(yǎng)源組的初始COD濃度約為250 mg/L。3 d時(shí)，E1～E7組中COD濃度均呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，E3組中COD的明顯下降表明無(wú)外加碳源條件下微生物代謝活動(dòng)仍然存在。隨著時(shí)間的進(jìn)行，此組中COD濃度僅可降低至約35 mg/L，之后便不再降解。對(duì)比E2與E4組試驗(yàn)可知，曝氣條件下COD的降解速率更高，即好氧條件下微生物的代謝速率更快。除E3組外，其他六組試驗(yàn)在第一次補(bǔ)加碳源后，各反應(yīng)體系中COD濃度出現(xiàn)先增大后降低趨勢(shì)，表明各組中微生物代謝的正常進(jìn)行。第二次補(bǔ)加碳源時(shí)間為第9 d，此時(shí)各組別COD處于持續(xù)降解過(guò)程，第14 d時(shí)，E1、E2、E4、E5、E6、E7組中COD分別可降解至30.24、30.29、60.48、28.16、47.88、17.64 mg/L，除E4外，其余各組均可獲得較好COD去除效果，進(jìn)一步分析知，E7組(園區(qū)生化段污泥)COD去除效果更優(yōu)，此現(xiàn)象表明土著微生物可較廠外污泥及耐鹽特效菌劑具有更好適應(yīng)性，其對(duì)COD的降解可獲得更好的效果。對(duì)比Me耐鹽菌劑與市政消化污泥試驗(yàn)組的COD去除效果知，高硫酸鹽濃度條件下，Me耐鹽菌劑對(duì)COD的降解無(wú)顯著優(yōu)勢(shì)。

圖3 不同反應(yīng)體系COD濃度的變化

圖4 不同反應(yīng)體系MLSS的變化

進(jìn)一步對(duì)比E1與E2、E3、E5、E6、E7知，此六組COD濃度的總體變化規(guī)律相似，三次補(bǔ)加碳源后均可持續(xù)進(jìn)行COD的降解，表明與無(wú)硫酸鹽存在時(shí)相比，高濃度硫酸鹽條件下微生物的代謝未受到明顯抑制。

圖4中，E5組污泥濃度最低，此組為Me耐鹽菌劑，接種時(shí)，其為乳黃色液體，表觀懸浮物質(zhì)較少，其相對(duì)于接種污泥成分較單一(微生物復(fù)合菌群)，反應(yīng)進(jìn)行時(shí)MLSS增長(zhǎng)也較慢，19 d時(shí)其濃度約為300 mg/L，與市政消化污泥接種組初始MLSS濃度相近。對(duì)比E1～E4、E6、E7組知，E7組中微生物代謝速率明顯優(yōu)于其他組別，而該組反應(yīng)過(guò)程中COD濃度的降解速率亦較快，故可推測(cè)出E7組中較快的微生物生長(zhǎng)速率使得該組中COD的降解效果較優(yōu)，進(jìn)而可知充足碳源條件下，生化段內(nèi)土著微生物可獲得較好的增殖效果；E1、E2、E6組中MLSS濃度的變化規(guī)律相近，表明高濃度硫酸鹽條件對(duì)微生物的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響。E3、E4組MLSS相近，但明顯低于E1、E2、E6、E7組，分析知，此兩組中，E3為無(wú)外加碳源組，較低的碳源抑制了其生長(zhǎng)，再結(jié)合其降解效果可知，園區(qū)污水廠COD可生化性較差，若無(wú)外加碳源時(shí)，活性污泥(微生物)的生長(zhǎng)將極難進(jìn)行；E4組為無(wú)曝氣試驗(yàn)組，此條件下反應(yīng)體系溶解氧約為0 mg/L(溶氧儀測(cè)定)，故此組代謝主要為厭氧反應(yīng)，結(jié)合試驗(yàn)中觀測(cè)到廢水顏色呈黑色(Fe2+與S2-生成黑色的鐵硫化物)，進(jìn)而可推測(cè)此組試驗(yàn)中MLSS濃度的增加主要是有硫酸鹽還原菌(SRB)的生長(zhǎng)引起的，這與其他好氧組別中增殖微生物的種類不同。結(jié)合圖3、4可知，SRB的生長(zhǎng)代謝速率較好氧菌群的代謝速率低，其對(duì)COD的去除效果亦較低。

綜上可知，高濃度硫酸鹽不會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)及代謝產(chǎn)生顯著影響，園區(qū)污水廠廢水COD濃度較低，且生化性較差，其為寡營(yíng)養(yǎng)源，碳源的嚴(yán)重不足抑制了微生物的生長(zhǎng)，進(jìn)而使得生化段污泥馴化工作無(wú)法正常開(kāi)展。

3.4 不同試驗(yàn)體系下微生物鏡檢分析

圖5為試驗(yàn)中期(10 d)不同試驗(yàn)體系下微生物鏡檢圖，總體上，除Me耐鹽菌劑(E5組)呈現(xiàn)絮狀分布外，其他各組試驗(yàn)均呈現(xiàn)菌膠團(tuán)狀分布。廠外污泥投加組(E1～E6)中，E1、E2組微生物的形態(tài)相似；無(wú)外加碳源的E3組中微生物呈現(xiàn)緊密聚集狀態(tài)(推測(cè)為細(xì)胞進(jìn)入內(nèi)源呼吸階段，此時(shí)尚未出現(xiàn)死亡自溶現(xiàn)象)；E6組表明中同時(shí)添加Me菌劑及廠外污泥時(shí)，Me菌劑可增強(qiáng)污泥菌膠團(tuán)粘附作用，進(jìn)而有利于其聚集；E4組為厭氧狀態(tài)下的微生物形態(tài)，觀測(cè)知，其呈現(xiàn)較分散狀態(tài)，形態(tài)也明顯小于好氧條件。E7組為廠區(qū)內(nèi)生化段接種污泥，圖中可見(jiàn)較多棒狀晶型結(jié)構(gòu)，這主要是由于化學(xué)除磷藥劑的投加形成的，該組中活性污泥菌膠團(tuán)較廠外活性活性污泥松散。

圖5 不同試驗(yàn)體系下微生物鏡檢圖

4 結(jié)論

(2)Me耐鹽菌劑與普通活性污泥相比，在較高濃度的硫酸鹽條件下其對(duì)COD的降解速率無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。

(3)生化段內(nèi)活性污泥接種組中微生物的高效生長(zhǎng)代謝現(xiàn)象表明園區(qū)廢水中的硫酸鹽不會(huì)對(duì)污泥生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯抑制，而廢水生化性較差，碳源嚴(yán)重不足才是微生物生長(zhǎng)受到抑制的主要原因。

(4)園區(qū)生化段污泥鏡檢結(jié)果表明：其已轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)污泥，基本無(wú)生化功能，除磷藥劑的添加也對(duì)生化系統(tǒng)造成了一定的影響。