虞素飛，張斌超，李云峰

（上海問鼎環(huán)?？萍加邢薰?，上海 201612）

高含鹽廢水是總含鹽質量分數(shù)不小于1%的工業(yè)或生活廢水，其來源和組成差異較大，通常含有高濃度的有機物和大量的Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-等可溶性無機鹽離子[1]。近年來，工業(yè)過程產(chǎn)生的高鹽廢液排放量逐漸增加，我國高鹽廢水的產(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%的增長量逐年上升，高鹽廢水相對于其他種類廢水處理難度更大、設備投資成本高、運行成本高等。高鹽廢水的處理和資源化備受關注。

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方法進行處理，但不容忽視的是由于高鹽廢水成分的復雜性而導致的處理難度大及處理成本高等劣勢依舊不容忽視[2]?；诖?，處理效率高、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氨氮污水，結果顯示COD、氨氮與總氮的去除效率分別達到97%、99%與98%以上。Boopathy等[5]采用SBR 反應器控制好氧/厭氧的交替模式，成功在高鹽廢水下實現(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時間導致的反應器啟動時間較長，啟動后污泥流失較嚴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，有效解決了傳統(tǒng)生物反應器常見的污泥流失及啟動較長的劣勢。此外，本工藝具有的高微生物負載量、高負荷、反應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，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 試驗裝置

試驗裝置見圖1。本工藝采用四格式生物反應器（長×寬×高=312 mm×312 mm×415 mm，反應器設置安全高度為70 mm），本工藝采用連續(xù)進水的模式。壓縮空氣由電磁式空氣泵（型號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。裝置置于室溫下運行，工藝模式主要為前置反硝化，即第一格室設置為攪拌，三四格室設置為曝氣。泥水混合物回流比設置為50%。

圖1 試驗裝置

1.2 接種污泥及進水水質

反應器啟動時接種實驗室其他SBR 中強化脫氮的活性污泥，起始MLSS 約為4 000 mg/L。此后，為加速反應器內(nèi)掛膜進程，在運行的第7 天再次接種20%（質量分數(shù)）污水廠具有脫氮除有機物能力的活性污泥。整個運行過程中，反應器進水均為模擬污水，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，容積負荷為2.4 kg/（m3·d），具體組分參考龍焙等推薦的配方[6]。整個試驗過程中，反應器內(nèi)的鹽度保持在2%左右（由NaCl 提供）。

1.3 分析項目及測試方法

COD、氨氮、亞硝態(tài)氮、TP、pH 等均采用國家標準分析方法測定，硝態(tài)氮采用麝香草酚分光光度法；MLSS、MLVSS 采用標準方法；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（PN）測定采用考馬斯亮藍試劑法[8]，多糖（PS）測定采用硫酸-苯酚法[9]?？偀o機氮（TIN）為氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮三者之和。

2 結果與討論

2.1 污泥理化性質變化

2.1.1 MLSS 及MLVSS/MLSS

前7 d 內(nèi)MLSS 整體呈現(xiàn)增大趨勢（圖2-1），主要原因是由于加入了20%（質量分數(shù)）的成熟AGS。此后，隨著反應器的逐步穩(wěn)定及微生物對鹽度的逐步適應，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，表明在馴化過程中，耐鹽微生物的菌群生長繁殖是非常旺盛的，也顯示了填料對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，耐鹽微生物的生長及代謝達到了一種動態(tài)平衡。

2.1.2 EPS 及PN/PS

前7 d 內(nèi)EPS 整體呈現(xiàn)波動趨勢（圖2-2）。推測是由于前期微生物環(huán)境的改變需要一段時間來適應，因此EPS 的分泌并無顯著變化。7 d～18 d 內(nèi)EPS 整體呈增長趨勢，推測主要是由于微生物需要通過大量分泌EPS 保護自身，從而保證自身留在反應器內(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，這與之前的推測保持一致。前7 d 內(nèi)PN/PS 的波動變化較大，主要原因還是微生物為使自身適應新環(huán)境而間歇性的分泌多糖和蛋白質類物質。此后，PN/PS 呈現(xiàn)明顯的下滑趨勢，基本維持在0.5～0.8 之間，表明在耐鹽微生物反應器中，多糖類物質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器內(nèi)。

圖2 培養(yǎng)過程中污泥理化特性變化

2.2 反應器對污染物的去除效果

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（96.60 mg/L～8.40 mg/L，圖3-1），對應的COD 去除率則整體呈增大趨勢（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（圖3-2），10 d 開始出水TP 基本保持在0.4 mg/L 左右。其對應的去除率在前13 d 內(nèi)呈增大趨勢（74%～97%），此后基本保持在90%以上。表明反應器對高鹽環(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（圖3-3），對應的去除率呈現(xiàn)增大趨勢（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。反應器對氨氮表現(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，這期間氨氮是出水TIN 的主要貢獻者。此后，出水氨氮基本穩(wěn)定在0.8 mg/L 左右。整個運行過程中，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)波動變化的趨勢（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 的主要貢獻者。

2.3 多段式膜生物反應器的啟動及處理效果分析

多段式膜生物反應器采用多格室的反應器，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，三四格室中大量的曝氣也有利于污水中氨氮的氧化，使得多段式反應器在脫氮除磷方面均表現(xiàn)出極佳的處理效果。同時，結合膜生物反應器的優(yōu)勢，使得大量難以富集的耐鹽微生物能夠留存在反應器中，并有利于快速啟動耐鹽微生物反應器。此外，多段梯度式的設計能夠篩選出優(yōu)勢菌群，并在反應器內(nèi)形成完成的生物鏈，有效抵御原水水質、水量變化對反應器的沖擊。

3 結論

1）通過培養(yǎng)過程中接種部分富含耐鹽菌的活性污泥，結合多段式反應器的優(yōu)勢，可在10 d 左右成功啟動高效耐鹽生物反應器。反應器穩(wěn)定運行后，MLSS基本穩(wěn)定在5 000 mg/L 左右，表明多段式污泥反應器在減少剩余污泥存在明顯優(yōu)勢。與之對應的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，多糖類物質對于維持反應器的穩(wěn)定存在至關重要的作用。

2）基于多段式膜生物反應器的優(yōu)勢，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COD 的處理也表現(xiàn)出極強的處理效果。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。