侯 哲

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

高鹽廢水指的是鹽度在1%以上的廢水，隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，高鹽廢水的排放量也逐漸增長，其所含的污染物濃度也越來越高，成分也更加復雜，高鹽廢水排放所帶來的環(huán)境壓力和危害也會越來越大，食品加工、石油天然氣加工等工業(yè)排放是高鹽廢水的主要來源［1］。此類廢水若未經處理直接排放，極容易造成水體富營養(yǎng)化、水體生物死亡、土壤植物和生物脫水死亡等問題。高鹽廢水的處理方法主要有物理法、化學法、生物法等，物理法和化學法不僅成本昂貴，并且容易造成二次污染［2］，生物法憑借其經濟、高效等優(yōu)點被廣泛用于污水處理領域。適當的鹽度可以促進酶的反應、平衡細胞內外滲透壓，但當細胞外鹽度過高時，會造成細胞外滲透壓過大，導致細胞過度脫水、發(fā)生質壁分離現象，從而造成細胞死亡［3］。所以傳統的生物法對高鹽廢水的去除效果并不理想。將微生物在含鹽的環(huán)境中馴化一段時間后，可以適應含鹽的環(huán)境，對污染物的去除能力也有一定的提升。楊?。?］人等采用序批式活性污泥法（SBR）處理高含鹽石油發(fā)酵工業(yè)廢水，廢水的 TDS為50000mg/L，CODCr為3000～6000mg/L。研究發(fā)現，高含鹽量對馴化后的耐鹽活性污泥沒有明顯的抑制作用。CODCr有機負荷達到1.0kg/kgVSS·d，CODCr去除率穩(wěn)定在90%以上，BOD5去除率穩(wěn)定在95%以上。

本研究采用未經馴化的活性污泥通過對進出水水質進行檢測，考察馴化過程中鹽度階段性提升對污染物去除的影響。

1 方法

1.1 活性污泥來源及試驗用水水質

試驗所用活性污泥取自沈陽市北部污水處理廠的二沉池，試驗用水為人工模擬高鹽廢水，成分為：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 試驗裝置

試驗采用兩個完全相同的圓柱形SBR反應器1#和2#，兩者均由有機玻璃制成，直徑為250mm，高為500mm，反應器有效容積為8L。反應器底端設置排泥口進行手動排泥，反應器兩側均設置多個取樣口，試驗出水由排水取樣口排出，進水采用手動方式。由空氣壓縮泵供氧，通過轉子流量計調節(jié)曝氣量；反應器上方設有電動攪拌器，內部的攪拌槳對反應器內的活性污泥進行攪拌，使其混合均勻；通過時控開關自動控制曝氣與攪拌時間。反應器外壁設有水浴套筒，由溫控裝置控制水浴溫度在30±1℃，試驗裝置如圖1所示（1.有機玻璃反應器；2.機械攪拌裝置；3.機械攪拌控制器；4.攪拌器開關；5.轉速調節(jié)鈕；6.時控開關；7.出水閥門；8.攪拌葉片；9.曝氣頭；10.轉子流量計；11.空氣壓縮泵；12.電源；13.電源線；14.曝氣管；15.支撐架）。

圖1 動態(tài)試驗裝置

1.3 檢測方法

氨氮測定采用納氏試劑比色法 ，硝氮測定采用紫外分光光度法，亞硝氮測定采用N一（1一萘基 ）一乙二胺光度法，所用儀器為752紫外可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；pH測定用 $20數顯 pH計；COD采用滴定法。

2 結果與討論

2.1 鹽度階段性提升對氨氮去除的影響

圖2 1#系統馴化過程中NH4+-N去除效果圖

圖3 2#系統馴化過程中NH4+-N去除效果圖

本研究以2d為一個周期對NH4+-N的進出水濃度進行檢測。由圖2和圖3可以看出，在馴化初期，兩反應器NH4+-N的出水濃度維持在40mg/L左右，去除率僅有30%。這是因為降解NH4+-N的亞硝化菌屬于自養(yǎng)菌，由于進水的有機物濃度較為充足，使得異養(yǎng)菌在與自養(yǎng)菌的競爭中更占優(yōu)勢［5］，導致亞硝化菌數量較少，生長緩慢。第9周期以后，NH4+-N的去除效果逐漸好轉，這是因為活性污泥中亞硝化菌的數量逐漸增多。兩系統在第14周期已基本達到穩(wěn)定運行，1#反應器NH4+-N的濃度由54.9mg/L降至5.39mg/L，去除率達為90.2%。2#反應器NH4+-N的濃度由50.85mg/L降至4.78mg/L，去除率為90.6%。在第15周期將系統的鹽度提升至1%，1#和2#反應器的去除率都有一定程度的下降，分別為55.08%和63.14%，運行至20周期時，兩系統達到穩(wěn)定運行，1#反應器NH4+-N的濃度由48.56mg/L降至5.49mg/L，去除率為88.96%。2#反應器NH4+-N的濃度由48.86mg/L降至3.06mg/L，去除率為93.74%。運行至第21周期將系統的鹽度提升至2%，1#和2#系統對NH4+-N的去除率分別為62.03%和90.03%，運行至第28周期，兩系統達到穩(wěn)定運行，1#反應器NH4+-N的濃度由47.35mg/L降至1.2mg/L，去除率為97.47%，2#反應器NH4+-N的濃度由48.86mg/L降至0.64mg/L，去除率為98.69%。在第29周期將鹽度提升至3%，對兩系統去除率影響較小，1#和2#反應器對NH4+-N的去除率分別為98.63%和98.48%，之后系統持續(xù)保持穩(wěn)定運行。

可以看出，鹽度階段性提升初期對NH4+-N的去除有一定的抑制作用，但運行一段時間后，系統會適應當前鹽度，依然會有較高的去除率。分析認為，亞硝化菌的耐鹽性較強，并且系統中充足的溶解氧有助于其保持活性。

2.2 鹽度階段性提升對COD去除的影響

圖4 1#系統馴化過程中COD去除效果圖

圖5 2#系統馴化過程中COD去除效果圖

COD是水質檢測的重要指標之一，本研究在馴化過程中以兩天為一個周期，同時對1#、2#反應器COD的進出水含量進行長期檢測。圖4及圖5可以反映出在馴化過程中COD的去除效果。在鹽度為0%的階段，兩反應器COD的出水濃度穩(wěn)定在60mg/L左右，COD的去除率高達90%以上。此時系統內并未添加氯化鈉，所以COD的去除率較高。運行至第15周期時，將系統的鹽度提升至1%，1#和2#反應器COD的去除率分別下降至86.97%和87.50%。雖然有一定程度的抑制，但兩系統依然對COD保持較高的去除率。運行一段時間后，兩系統穩(wěn)定運行，COD的去除率都達到了90%以上。在第21周期將系統的鹽度提升至2%，此時系統出現一定的波動，1#反應器COD的去除率由95.69%降至87.35%，2#反應器COD的去除率由94.38%降至86.40%，這是因為在鹽度較高的環(huán)境下，細胞外部的滲透壓過大，導致細胞過度失水，從而使細胞發(fā)生質壁分離，使細胞因過度失水而死亡。運行4d后，微生物已適應高鹽環(huán)境，對COD的去除率依然維持在90%以上。運行至第30周期將系統的鹽度提升至3%，此時的活性污泥已適應高鹽度，鹽度的階段性提升并未影響到COD的去除率，兩系統對COD的去除率始終維持在90%以上。綜上所述，鹽度的階段性提升對COD的去除影響較小，說明系統中微生物對鹽度的耐受力較強。

2.3 鹽度階段性提升對亞硝態(tài)氮去除的影響

圖6 1#系統馴化過程中NO2--N積累效果圖

圖7 2#系統馴化過程中NO2--N積累效果圖

本研究在馴化過程中以4d為一個周期，對1#和2#反應器NO2--N的進出水濃度進行檢測。在馴化初期，兩反應器NO2--N的出水濃度較高，維持在20mg/L左右。在系統達到穩(wěn)定運行后，NO2--N的出水濃度穩(wěn)定在10mg/L以下，這是因為硝化菌屬于自養(yǎng)菌，在馴化初期系統中自養(yǎng)菌較少，且在與異養(yǎng)菌的競爭中處于劣勢，需要一定的時間來進行培養(yǎng)。將鹽度提升至1%以后，兩系統NO2--N的出水濃度開始提升，在第10周期達到穩(wěn)定運行，1#和2#反應器NO2--N的出水濃度分別為18.47mg/L和17.83mg/L。分析認為，當系統中鹽度過高時，絲狀菌以及原生動物消失殆盡，而菌膠團的結構變得更加細小密實，異常緊密。污染物的去除是大量微生物共同的作用下完成的，過高的鹽度使污泥中生物數量減少，破壞了污泥的結構，從而影響污染物的去除。在第11周期將鹽度提升至2%并達到穩(wěn)定運行后，兩系統NO2--N的出水濃度已達到30mg/L以上。在第15周期將鹽度提升至3%，運行至第17周期時兩系統已達到穩(wěn)定，此時1#和2#反應器NO2--N的出水濃度分別為49.27mg/L和50.09mg/L。

隨著鹽度的逐漸提升，NO2--N的出水濃度所受影響較大。分析認為硝化菌的耐鹽性較差，隨著NaCl濃度的繼續(xù)增加，細胞為維持微生物的活性而將水分保持在細胞質膜內，部分原本用于基質降解以及細胞生長或繁殖的氧氣被用來維持水分平衡，導致氧氣的需求量增加。并且鹽分的增加影響了氧氣的最大溶解度和直接轉化率，導致水中溶解氧量降低，NO2--N的積累現象愈發(fā)嚴重。亞硝化菌比硝化菌耐壓性更強，是由于其世代周期更短［5］。

2.4 鹽度階段性提升對硝態(tài)氮去除的影響

圖8 1#系統馴化過程中NO3--N積累效果圖

圖9 2#系統馴化過程中NO3--N積累效果圖

本研究以4d為一周期，對1#和2#反應器NO3--N的進出水濃度進行檢測。馴化初期兩系統NO3--N的出水濃度在25mg/L左右。這是因為本研究所用反應器為SBR系統，其硝化與反硝化過程皆在同一空間內進行，其反硝化過程主要在污泥顆粒內部所形成的反硝化區(qū)進行，而在馴化初始階段污泥顆粒內部的反硝化區(qū)的厭氧菌較少，反硝化區(qū)還未成熟。將系統的鹽度提升至1%后，在第10周期達到穩(wěn)定運行，1#和2#反應器NO3--N的出水濃度在10mg/L左右。將鹽度提升至2%以后，兩系統NO3--N的出水濃度降低，在第14周期達到穩(wěn)定運行，兩反應器NO3--N的出水濃度分別為5.35mg/L和7.62mg/L。運行至第15周期將系統的鹽度提升至3%，兩系統NO3--N的出水濃度繼續(xù)下降，穩(wěn)定在4mg/L左右。

NO3--N的出水濃度隨鹽度的提升而降低，主要是因為系統中污泥顆粒的厭氧區(qū)逐漸成熟，以及NO2--N積累量過多，只有少數的NO2--N轉化為NO3--N。

3 結語

鹽度的階段性提升對COD以及NH4+-N的去除率影響較小，當鹽度為3%時，COD以及NH4+-N的去除率都能達到90%以上。

鹽度的階段性提升對NO2--N以及NO3--N的出水濃度影響較大，當鹽度為3%時，NO2--N以及NO3--的出水濃度分別為50mg/L和4mg/L左右。