虞素飛，張斌超，李云峰

（上海問鼎環(huán)?？萍加邢薰荆虾?201612）

高含鹽廢水是總含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于1%的工業(yè)或生活廢水，其來(lái)源和組成差異較大，通常含有高濃度的有機(jī)物和大量的Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-等可溶性無(wú)機(jī)鹽離子[1]。近年來(lái)，工業(yè)過程產(chǎn)生的高鹽廢液排放量逐漸增加，我國(guó)高鹽廢水的產(chǎn)生主要集中在冶煉行業(yè)、石油行業(yè)和化工行業(yè)生產(chǎn)過程中，占全部廢水排放總量的5%以上，現(xiàn)仍以2%的增長(zhǎng)量逐年上升，高鹽廢水相對(duì)于其他種類廢水處理難度更大、設(shè)備投資成本高、運(yùn)行成本高等。高鹽廢水的處理和資源化備受關(guān)注。

目前，絕大多數(shù)高鹽廢水依舊采用離子交換、蒸發(fā)濃縮及膜蒸餾等物理化學(xué)方法進(jìn)行處理，但不容忽視的是由于高鹽廢水成分的復(fù)雜性而導(dǎo)致的處理難度大及處理成本高等劣勢(shì)依舊不容忽視[2]?；诖耍幚硇矢?、可有效避免二次污染及成本較低的生物法引起了大家的關(guān)注。Tomie 等采用生物法在5 h 內(nèi)將含鈉和二甲基苯酚的合成鹽水中的有機(jī)物去除90%以上[3]。Chen 等[4]通過馴化耐鹽的異養(yǎng)硝化菌處理高鹽有機(jī)氨氮污水，結(jié)果顯示COD、氨氮與總氮的去除效率分別達(dá)到97%、99%與98%以上。Boopathy等[5]采用SBR 反應(yīng)器控制好氧/厭氧的交替模式，成功在高鹽廢水下實(shí)現(xiàn)了COD 和TN 的去除。然而，不容忽視的是，由于耐鹽菌馴化需要較長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)致的反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，啟動(dòng)后污泥流失較嚴(yán)重的問題依舊亟待解決。

基于此，本工藝中加入多段式填料為耐鹽微生物提供附著位點(diǎn)，有效解決了傳統(tǒng)生物反應(yīng)器常見的污泥流失及啟動(dòng)較長(zhǎng)的劣勢(shì)。此外，本工藝具有的高微生物負(fù)載量、高負(fù)荷、反應(yīng)器多段篩選耐多功能鹽菌群、降低土建投資工程及消減剩余污泥方面的優(yōu)勢(shì)，為高鹽廢水的處理提供了一種全新的思路。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置見圖1。本工藝采用四格式生物反應(yīng)器（長(zhǎng)×寬×高=312 mm×312 mm×415 mm，反應(yīng)器設(shè)置安全高度為70 mm），本工藝采用連續(xù)進(jìn)水的模式。壓縮空氣由電磁式空氣泵（型號(hào)ACO-010，功率200 W）提供（曝氣頭位于有效液位下60 cm），表觀上升氣速在1.25 cm/s 左右。裝置置于室溫下運(yùn)行，工藝模式主要為前置反硝化，即第一格室設(shè)置為攪拌，三四格室設(shè)置為曝氣。泥水混合物回流比設(shè)置為50%。

圖1 試驗(yàn)裝置

1.2 接種污泥及進(jìn)水水質(zhì)

反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)接種實(shí)驗(yàn)室其他SBR 中強(qiáng)化脫氮的活性污泥，起始MLSS 約為4 000 mg/L。此后，為加速反應(yīng)器內(nèi)掛膜進(jìn)程，在運(yùn)行的第7 天再次接種20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）污水廠具有脫氮除有機(jī)物能力的活性污泥。整個(gè)運(yùn)行過程中，反應(yīng)器進(jìn)水均為模擬污水，由乙酸鈉、氯化銨、磷酸二氫鉀提供碳、氮、磷源[COD∶ρ（N）∶ρ（P）=100∶5∶1]，COD 為600 mg/L，容積負(fù)荷為2.4 kg/（m3·d），具體組分參考龍焙等推薦的配方[6]。整個(gè)試驗(yàn)過程中，反應(yīng)器內(nèi)的鹽度保持在2%左右（由NaCl 提供）。

1.3 分析項(xiàng)目及測(cè)試方法

COD、氨氮、亞硝態(tài)氮、TP、pH 等均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定，硝態(tài)氮采用麝香草酚分光光度法；MLSS、MLVSS 采用標(biāo)準(zhǔn)方法；污泥的胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）采用熱提取法，具體操作可見Adav 等[7]已發(fā)表成果。提取的EPS中的蛋白質(zhì)（PN）測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)試劑法[8]，多糖（PS）測(cè)定采用硫酸-苯酚法[9]?？偀o(wú)機(jī)氮（TIN）為氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮三者之和。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥理化性質(zhì)變化

2.1.1 MLSS 及MLVSS/MLSS

前7 d 內(nèi)MLSS 整體呈現(xiàn)增大趨勢(shì)（圖2-1），主要原因是由于加入了20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的成熟AGS。此后，隨著反應(yīng)器的逐步穩(wěn)定及微生物對(duì)鹽度的逐步適應(yīng)，MLSS 的變化逐漸趨于穩(wěn)定，最終基本穩(wěn)定在5 000 mg/L 左右。MLVSS/MLSS 整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明在馴化過程中，耐鹽微生物的菌群生長(zhǎng)繁殖是非常旺盛的，也顯示了填料對(duì)于微生物良好的附著效果，最后MLVSS/MLSS 基本穩(wěn)定在0.55 左右，表明在這一系統(tǒng)中微生物菌群已經(jīng)基本穩(wěn)定，耐鹽微生物的生長(zhǎng)及代謝達(dá)到了一種動(dòng)態(tài)平衡。

2.1.2 EPS 及PN/PS

前7 d 內(nèi)EPS 整體呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)（圖2-2）。推測(cè)是由于前期微生物環(huán)境的改變需要一段時(shí)間來(lái)適應(yīng)，因此EPS 的分泌并無(wú)顯著變化。7 d～18 d 內(nèi)EPS 整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，推測(cè)主要是由于微生物需要通過大量分泌EPS 保護(hù)自身，從而保證自身留在反應(yīng)器內(nèi)。此后，EPS 穩(wěn)定在101.80 mg/g～109.52 mg/g 之間，表明大量微生物已經(jīng)成功地附著在掛膜填料上，這與之前的推測(cè)保持一致。前7 d 內(nèi)PN/PS 的波動(dòng)變化較大，主要原因還是微生物為使自身適應(yīng)新環(huán)境而間歇性的分泌多糖和蛋白質(zhì)類物質(zhì)。此后，PN/PS 呈現(xiàn)明顯的下滑趨勢(shì)，基本維持在0.5～0.8 之間，表明在耐鹽微生物反應(yīng)器中，多糖類物質(zhì)是更有利于微生物的掛膜和生存的，也更有利于自身留在反應(yīng)器內(nèi)。

圖2 培養(yǎng)過程中污泥理化特性變化

2.2 反應(yīng)器對(duì)污染物的去除效果

2.2.1 COD 及TP 去除

前10 d 內(nèi)出水COD 整體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)（96.60 mg/L～8.40 mg/L，圖3-1），對(duì)應(yīng)的COD 去除率則整體呈增大趨勢(shì)（83.89%～97.67%）。此后，出水COD變化趨于平緩，基本保持在25 mg/L 左右，去除率保持在90%以上。出水TP 整體呈緩慢減小趨勢(shì)（圖3-2），10 d 開始出水TP 基本保持在0.4 mg/L 左右。其對(duì)應(yīng)的去除率在前13 d 內(nèi)呈增大趨勢(shì)（74%～97%），此后基本保持在90%以上。表明反應(yīng)器對(duì)高鹽環(huán)境下的COD、TP 均表現(xiàn)出較好的去除效果。

圖3 污染物去除效果

2.2.2 脫氮效果

前20 d 內(nèi)出水TIN 呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)（圖3-3），對(duì)應(yīng)的去除率呈現(xiàn)增大趨勢(shì)（85.89%～94.67%）。此后，出水TIN 逐漸趨于穩(wěn)定，基本維持在2 mg/L 以下，去除率也基本維持在90%以上。反應(yīng)器對(duì)氨氮表現(xiàn)出較好的去除效果，前20 d 出水氨氮呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，這期間氨氮是出水TIN 的主要貢獻(xiàn)者。此后，出水氨氮基本穩(wěn)定在0.8 mg/L 左右。整個(gè)運(yùn)行過程中，出水亞硝態(tài)氮未出現(xiàn)明顯的積累，出水亞硝態(tài)氮基本維持在0 mg/L 左右。出水硝態(tài)氮濃度在前15d 呈現(xiàn)波動(dòng)變化的趨勢(shì)（1.52 mg/L～3.09 mg/L），此后，出水硝態(tài)氮濃度逐漸趨于穩(wěn)定，基本維持在2 mg/L以下，并逐漸取代氨氮成為出水TIN 的主要貢獻(xiàn)者。

2.3 多段式膜生物反應(yīng)器的啟動(dòng)及處理效果分析

多段式膜生物反應(yīng)器采用多格室的反應(yīng)器，各格室分工明確處理各自的污染物。第一格室中主要功能為脫氮，其中采用前置反硝化的工藝模式有效減少了剩余污泥的產(chǎn)生，使得COD 更多的利用與反硝化過程的脫氮。同時(shí)，三四格室中大量的曝氣也有利于污水中氨氮的氧化，使得多段式反應(yīng)器在脫氮除磷方面均表現(xiàn)出極佳的處理效果。同時(shí)，結(jié)合膜生物反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)，使得大量難以富集的耐鹽微生物能夠留存在反應(yīng)器中，并有利于快速啟動(dòng)耐鹽微生物反應(yīng)器。此外，多段梯度式的設(shè)計(jì)能夠篩選出優(yōu)勢(shì)菌群，并在反應(yīng)器內(nèi)形成完成的生物鏈，有效抵御原水水質(zhì)、水量變化對(duì)反應(yīng)器的沖擊。

3 結(jié)論

1）通過培養(yǎng)過程中接種部分富含耐鹽菌的活性污泥，結(jié)合多段式反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)，可在10 d 左右成功啟動(dòng)高效耐鹽生物反應(yīng)器。反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，MLSS基本穩(wěn)定在5 000 mg/L 左右，表明多段式污泥反應(yīng)器在減少剩余污泥存在明顯優(yōu)勢(shì)。與之對(duì)應(yīng)的MLVSS/MLSS 也基本穩(wěn)定在0.55 左右。EPS 和PN/PS在10 d 后也基本穩(wěn)定在101.80 mg/g～109.52 mg/g MLSS 和0.5～0.8 之間，表明在高鹽廢水中，多糖類物質(zhì)對(duì)于維持反應(yīng)器的穩(wěn)定存在至關(guān)重要的作用。

2）基于多段式膜生物反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過馴化的微生物在2%的高鹽環(huán)境依舊顯示出優(yōu)良的脫氮除磷特性，對(duì)COD 的處理也表現(xiàn)出極強(qiáng)的處理效果。出水COD 基本維持在25 mg/L 以下，去除率可穩(wěn)定維持在90%以上。出水TIN 也可穩(wěn)定維持在2 mg/L 以下，去除率可以達(dá)到95%以上。出水TP 可維持在0.4 mg/L以下，去除率可穩(wěn)定在95%以上。