盐度阶段性提升驯化耐盐活性污泥技术研究

侯 哲

（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）

高盐废水指的是盐度在1%以上的废水，随着我国工业的不断发展，高盐废水的排放量也逐渐增长，其所含的污染物浓度也越来越高，成分也更加复杂，高盐废水排放所带来的环境压力和危害也会越来越大，食品加工、石油天然气加工等工业排放是高盐废水的主要来源［1］。此类废水若未经处理直接排放，极容易造成水体富营养化、水体生物死亡、土壤植物和生物脱水死亡等问题。高盐废水的处理方法主要有物理法、化学法、生物法等，物理法和化学法不仅成本昂贵，并且容易造成二次污染［2］，生物法凭借其经济、高效等优点被广泛用于污水处理领域。适当的盐度可以促进酶的反应、平衡细胞内外渗透压，但当细胞外盐度过高时，会造成细胞外渗透压过大，导致细胞过度脱水、发生质壁分离现象，从而造成细胞死亡［3］。所以传统的生物法对高盐废水的去除效果并不理想。将微生物在含盐的环境中驯化一段时间后，可以适应含盐的环境，对污染物的去除能力也有一定的提升。杨健［4］人等采用序批式活性污泥法（SBR）处理高含盐石油发酵工业废水，废水的 TDS为50000mg/L，CODCr为3000～6000mg/L。研究发现，高含盐量对驯化后的耐盐活性污泥没有明显的抑制作用。CODCr有机负荷达到1.0kg/kgVSS·d，CODCr去除率稳定在90%以上，BOD5去除率稳定在95%以上。

本研究采用未经驯化的活性污泥通过对进出水水质进行检测，考察驯化过程中盐度阶段性提升对污染物去除的影响。

1 方法

1.1 活性污泥来源及试验用水水质

试验所用活性污泥取自沈阳市北部污水处理厂的二沉池，试验用水为人工模拟高盐废水，成分为：MgSO43.248g/L；MgCl22.26g/L；CaCl21.153g/L； NaHCO30.198g/L； KCl 0.721g/L；K2HPO4·3H2O 1g/L；NH4Cl 0.357g/L；CH3COONa 5.13g/L；FeSO4·7H2O 0.05g/L；

1.2 试验装置

试验采用两个完全相同的圆柱形SBR反应器1#和2#，两者均由有机玻璃制成，直径为250mm，高为500mm，反应器有效容积为8L。反应器底端设置排泥口进行手动排泥，反应器两侧均设置多个取样口，试验出水由排水取样口排出，进水采用手动方式。由空气压缩泵供氧，通过转子流量计调节曝气量；反应器上方设有电动搅拌器，内部的搅拌桨对反应器内的活性污泥进行搅拌，使其混合均匀；通过时控开关自动控制曝气与搅拌时间。反应器外壁设有水浴套筒，由温控装置控制水浴温度在30±1℃，试验装置如图1所示（1.有机玻璃反应器；2.机械搅拌装置；3.机械搅拌控制器；4.搅拌器开关；5.转速调节钮；6.时控开关；7.出水阀门；8.搅拌叶片；9.曝气头；10.转子流量计；11.空气压缩泵；12.电源；13.电源线；14.曝气管；15.支撑架）。

图1 动态试验装置

1.3 检测方法

氨氮测定采用纳氏试剂比色法 ，硝氮测定采用紫外分光光度法，亚硝氮测定采用N一（1一萘基 ）一乙二胺光度法，所用仪器为752紫外可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；pH测定用 $20数显 pH计；COD采用滴定法。

2 结果与讨论

2.1 盐度阶段性提升对氨氮去除的影响

图2 1#系统驯化过程中NH4+-N去除效果图

图3 2#系统驯化过程中NH4+-N去除效果图

本研究以2d为一个周期对NH4+-N的进出水浓度进行检测。由图2和图3可以看出，在驯化初期，两反应器NH4+-N的出水浓度维持在40mg/L左右，去除率仅有30%。这是因为降解NH4+-N的亚硝化菌属于自养菌，由于进水的有机物浓度较为充足，使得异养菌在与自养菌的竞争中更占优势［5］，导致亚硝化菌数量较少，生长缓慢。第9周期以后，NH4+-N的去除效果逐渐好转，这是因为活性污泥中亚硝化菌的数量逐渐增多。两系统在第14周期已基本达到稳定运行，1#反应器NH4+-N的浓度由54.9mg/L降至5.39mg/L，去除率达为90.2%。2#反应器NH4+-N的浓度由50.85mg/L降至4.78mg/L，去除率为90.6%。在第15周期将系统的盐度提升至1%，1#和2#反应器的去除率都有一定程度的下降，分别为55.08%和63.14%，运行至20周期时，两系统达到稳定运行，1#反应器NH4+-N的浓度由48.56mg/L降至5.49mg/L，去除率为88.96%。2#反应器NH4+-N的浓度由48.86mg/L降至3.06mg/L，去除率为93.74%。运行至第21周期将系统的盐度提升至2%，1#和2#系统对NH4+-N的去除率分别为62.03%和90.03%，运行至第28周期，两系统达到稳定运行，1#反应器NH4+-N的浓度由47.35mg/L降至1.2mg/L，去除率为97.47%，2#反应器NH4+-N的浓度由48.86mg/L降至0.64mg/L，去除率为98.69%。在第29周期将盐度提升至3%，对两系统去除率影响较小，1#和2#反应器对NH4+-N的去除率分别为98.63%和98.48%，之后系统持续保持稳定运行。

可以看出，盐度阶段性提升初期对NH4+-N的去除有一定的抑制作用，但运行一段时间后，系统会适应当前盐度，依然会有较高的去除率。分析认为，亚硝化菌的耐盐性较强，并且系统中充足的溶解氧有助于其保持活性。

2.2 盐度阶段性提升对COD去除的影响

图4 1#系统驯化过程中COD去除效果图

图5 2#系统驯化过程中COD去除效果图

COD是水质检测的重要指标之一，本研究在驯化过程中以两天为一个周期，同时对1#、2#反应器COD的进出水含量进行长期检测。图4及图5可以反映出在驯化过程中COD的去除效果。在盐度为0%的阶段，两反应器COD的出水浓度稳定在60mg/L左右，COD的去除率高达90%以上。此时系统内并未添加氯化钠，所以COD的去除率较高。运行至第15周期时，将系统的盐度提升至1%，1#和2#反应器COD的去除率分别下降至86.97%和87.50%。虽然有一定程度的抑制，但两系统依然对COD保持较高的去除率。运行一段时间后，两系统稳定运行，COD的去除率都达到了90%以上。在第21周期将系统的盐度提升至2%，此时系统出现一定的波动，1#反应器COD的去除率由95.69%降至87.35%，2#反应器COD的去除率由94.38%降至86.40%，这是因为在盐度较高的环境下，细胞外部的渗透压过大，导致细胞过度失水，从而使细胞发生质壁分离，使细胞因过度失水而死亡。运行4d后，微生物已适应高盐环境，对COD的去除率依然维持在90%以上。运行至第30周期将系统的盐度提升至3%，此时的活性污泥已适应高盐度，盐度的阶段性提升并未影响到COD的去除率，两系统对COD的去除率始终维持在90%以上。综上所述，盐度的阶段性提升对COD的去除影响较小，说明系统中微生物对盐度的耐受力较强。

2.3 盐度阶段性提升对亚硝态氮去除的影响

图6 1#系统驯化过程中NO2--N积累效果图

图7 2#系统驯化过程中NO2--N积累效果图

本研究在驯化过程中以4d为一个周期，对1#和2#反应器NO2--N的进出水浓度进行检测。在驯化初期，两反应器NO2--N的出水浓度较高，维持在20mg/L左右。在系统达到稳定运行后，NO2--N的出水浓度稳定在10mg/L以下，这是因为硝化菌属于自养菌，在驯化初期系统中自养菌较少，且在与异养菌的竞争中处于劣势，需要一定的时间来进行培养。将盐度提升至1%以后，两系统NO2--N的出水浓度开始提升，在第10周期达到稳定运行，1#和2#反应器NO2--N的出水浓度分别为18.47mg/L和17.83mg/L。分析认为，当系统中盐度过高时，丝状菌以及原生动物消失殆尽，而菌胶团的结构变得更加细小密实，异常紧密。污染物的去除是大量微生物共同的作用下完成的，过高的盐度使污泥中生物数量减少，破坏了污泥的结构，从而影响污染物的去除。在第11周期将盐度提升至2%并达到稳定运行后，两系统NO2--N的出水浓度已达到30mg/L以上。在第15周期将盐度提升至3%，运行至第17周期时两系统已达到稳定，此时1#和2#反应器NO2--N的出水浓度分别为49.27mg/L和50.09mg/L。

随着盐度的逐渐提升，NO2--N的出水浓度所受影响较大。分析认为硝化菌的耐盐性较差，随着NaCl浓度的继续增加，细胞为维持微生物的活性而将水分保持在细胞质膜内，部分原本用于基质降解以及细胞生长或繁殖的氧气被用来维持水分平衡，导致氧气的需求量增加。并且盐分的增加影响了氧气的最大溶解度和直接转化率，导致水中溶解氧量降低，NO2--N的积累现象愈发严重。亚硝化菌比硝化菌耐压性更强，是由于其世代周期更短［5］。

2.4 盐度阶段性提升对硝态氮去除的影响

图8 1#系统驯化过程中NO3--N积累效果图

图9 2#系统驯化过程中NO3--N积累效果图

本研究以4d为一周期，对1#和2#反应器NO3--N的进出水浓度进行检测。驯化初期两系统NO3--N的出水浓度在25mg/L左右。这是因为本研究所用反应器为SBR系统，其硝化与反硝化过程皆在同一空间内进行，其反硝化过程主要在污泥颗粒内部所形成的反硝化区进行，而在驯化初始阶段污泥颗粒内部的反硝化区的厌氧菌较少，反硝化区还未成熟。将系统的盐度提升至1%后，在第10周期达到稳定运行，1#和2#反应器NO3--N的出水浓度在10mg/L左右。将盐度提升至2%以后，两系统NO3--N的出水浓度降低，在第14周期达到稳定运行，两反应器NO3--N的出水浓度分别为5.35mg/L和7.62mg/L。运行至第15周期将系统的盐度提升至3%，两系统NO3--N的出水浓度继续下降，稳定在4mg/L左右。

NO3--N的出水浓度随盐度的提升而降低，主要是因为系统中污泥颗粒的厌氧区逐渐成熟，以及NO2--N积累量过多，只有少数的NO2--N转化为NO3--N。

3 结语

盐度的阶段性提升对COD以及NH4+-N的去除率影响较小，当盐度为3%时，COD以及NH4+-N的去除率都能达到90%以上。

盐度的阶段性提升对NO2--N以及NO3--N的出水浓度影响较大，当盐度为3%时，NO2--N以及NO3--的出水浓度分别为50mg/L和4mg/L左右。