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NaCl 盐度对活性污泥处理系统的影响 ＊ 崔有为 王淑莹 北京工业大学环境与能源学院 , 北京 100022 宋学起 哈尔滨工业大学, 哈尔滨 150090 王海东 北京工业大学环境与能源学院 , 北京 100022 祝贵兵 哈尔滨工业大学, 哈尔滨 150090 彭永臻 北京工业大学环境与能源学院, 北京 100022 摘要 海水冲厕是一项具有重大节水意义的工程。 针对所产生的含盐生活污水的处理, 试验研究 NaCl盐度对活性污 泥处理系统的综合影响。 分别研究不同盐度驯化下活性污泥的生长、有机物降解和去除情况、SBR 反应系统内溶解氧 随时间的变化以及污泥沉降性等。 试验结果表明, NaCl 盐度影响了微生物的生长, 降低有机物降解速率和去除率, 但 是却增强了细胞的溶胞作用和微生物的呼吸作用。 关键词 海水冲厕 活性污泥 含盐污水 盐度 ＊国家十五科技攻关项目 2001BA610A-09 及北京市自然科学基金 资助项目 8002005 1 引言 海水代用在城市生活中主要用于冲洗道路和器 具、 冲洗厕所 、消防和游泳等方面。其中以海水冲厕 应用最广, 用水量最大 [ 1] 。针对这些实践所产生的含 盐污水的处理, 国内外采用各种处理工艺进行研究。 Hamoda 和AL-Atar [ 2] 利用完全混合式反应器研究了盐 度对活性污泥处理效率的影响; Lawton 和 Eggert [ 3] 利 用滴 滤 池 研 究 盐 度 对 生 物 膜 的 影 响 ; Mills 和 Wheatland [ 4] 使用渗滤器处理含盐生活污水 ; Steward [ 5] 等用延时曝气系统处理含盐废水。然而 ,研究的结果 不很一致 。为此有必要研究盐度对活性污泥处理系 统的综合影响。 2 试验器材与方法 采用实际生活污水, 用NaCl 将进水配成 0、 5、 10、 15、 20、 25、 30 和35 g/L等盐度水平 。试验采用 3 个平 行的 SBR反应器 ,3个反应器接种等量的来自市政污 水处理厂二沉池的回流污泥, 分别以3 个不同的进水 CODCr浓度进行驯化 , 即人为的将进水 CODCr浓度调 为740 mg/L 称为高有机物浓度 、320 mg/L 称为中 有机物浓度 、150 mg/L 称低有机物浓度 。然后按 逐渐升高的 NaCl 盐度 以下简称盐度 对 3 个反应系 统进行盐度驯化 ,在每个盐度水平驯化结束后的稳定 运行期间进行试验 。研究不同盐度驯化下活性污泥 生长、有机物去除率 、溶解氧浓度及出水悬浮固体浓 度。试验保证污泥浓度基本相同 。充分供气。温度 控制在 20 2℃。 3 试验结果与分析 3. 1 盐度对活性污泥生长的影响 从图 1 可以看出盐度对活性污泥生长的影响。 随着盐度的增加 ,各盐度驯化稳定运行系统的生长曲 线的适应期变长 、 对数增长期的生长速率变慢、减速 生长期的历时变长 。适应期变长可能是由于接种到 新鲜培养基上后 ,微生物并不能立即生长繁殖, 要经 过一定时间的调整和适应, 以合成多种酶 ,并完善体 内的酶系统和细胞的其它成分。而在高盐环境下酶 的合成受到限制 ,合成速度下降或微生物产生新的酶 系统 ,这些都要耗费时间 。尽管在对数生长期微生物 处在过剩的营养状态下, 有最大的能量水平 ,以最大 的速度生长 。但对数增长期增长速率变慢,这可能由 于高盐环境下微生物一方面要抵御外在的不良环境, 需要耗费能量调整自身的代谢途径或分泌胞外多聚 物抵御外界不良的环境因子的作用 ; 另一方面, 需要 能量合成自身生长所需的物质。这样造成能量的分 配,使用于生长繁殖的能量相对减少, 造成自身生长 速率变小, 世代时间变长 。减速生长期历时变长可能 是由于微生物利用底物的速率下降和高盐条件下微 生物的存活率下降共同导致营养物质的剩余所致 。 19 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 图 1 各盐度下生长曲线 3. 2 盐度对系统溶解氧的影响 图2 是 SBR 反应器内曝气处理期间 DO 随时间 的变化曲线。可以看出 DO 的时间曲线总体趋势大 体相同 ,大体上出现两个平台和两个跳跃 ,两个平台 和两个跳跃交替分布 。由于溶解氧浓度是供氧速率 和耗氧速率的差值 ,所以在供氧速率相同的情况下, 溶解氧浓度间接的反映了耗氧的情况。DO 时间曲线 的第 2 个平台标志着易降解有机物降解的结束,此时 微生物的内源呼吸的耗氧速率与供氧速率相等 ,DO 出现新的平衡 ,进入内源呼吸期。对于第 2 个平台, 随着盐度的升高溶解氧的水平值也变低 。这表明耗 氧速率随盐度的升高而增加。由于在内源呼吸期微 生物的耗氧主要用于内源呼吸 , 所以随着盐度的升 高,微生物的呼吸速率加快。造成这种现象的原因可 能是由于高盐对处理微生物的抑制作用导致的呼吸 作用加强的缘故 。Ludzack 和 Noron [ 6] 的研究表明, 随 着盐度的增长 , 处理系统的比耗氧速率也增长。而 且,研究发现驯化的活性污泥系统的比耗氧速率高于 相同盐度下未经驯化的污泥系统。总之 ,在高的渗透 压条件下 ,微生物耗氧速率增加。耗氧速率的增加不 是为了有机物的降解 ,而是为了能够抵御高盐环境所 产生的阻害作用 。 图2 各盐度下SBR 内 DO 时间曲线 3. 3 盐度对有机物降解的影响 从图 3～ 6 可以看出盐度对有机物去除率的影 响。总体上随着盐度的上升, 有机物的去除率下降。 但既使在盐度达到 35 g/L 的情况下, 中、高有机物浓 度处理系统只要驯化时间足够长 , 盐度保持稳定, 去 除率仍可达到 70以上。可见处理高盐污水时, 驯 化活性污泥是系统处理取得成功的一个必要的因素, 活性污泥只有经过一定时间的驯化才能使处理效果 稳定 。这一结果与杨健和王士芬使用 SBR处理高含 盐石油发酵废水得出的结论相似,但和张雨山等研究 的结果不同 。张雨山等用传统活性污泥法处理含盐 污水, 活性污泥虽然经过驯化, 但是当海水占生活水 100 时 ,处理失败 。这一结果的不同可能和不同反 应器有关。由于采用不同的处理单元,微生物对盐度 的耐受程度也不一样。SBR本身具有耐冲击和存在 浓度梯度的优点是一个不容忽视的原因 。在高盐驯 化过程中, 一方面活性污泥微生物生态进行选择, 能 够适应高盐环境的微生物生存下来 ,使自身的酶系统 适应恶劣环境, 并将这种变异遗传给子代 ,使种族得 以繁殖 ; 另一方面 , 高盐驯化刺激了海盐菌的生长。 由于海洋盐菌能够忍耐高的盐度,且多数为异氧型菌 自身不具备合成能力 ,其所需的营养物质必须通过外 界获得。且随着盐度的升高, 其营养需求也增高。但 是在高盐条件下 ,一方面 ,一些不适应高盐环境的细 菌迅速死亡溶解 ,使废水中营养物质充足 ; 另一方面, 生活污水本身就具有十分丰富的营养 。所以能满足 海洋菌对营养的需求 。在营养充足的条件下 ,海洋菌 生长和繁殖很快 ,成为高盐条件下的优势菌属 。驯化 过程给海洋菌的充足的选择时间。由此可见 ,活性污 泥的驯化过程就是使代谢方式逐渐适应高盐环境 ,并 使耐盐菌大量繁殖的过程 。 图 3 盐度对高浓度污水去除率的影响 从图中可以看出盐度对有机物降解速率的影响 。 总体上,随着盐度的升高,有机物降解速率下降 。这一 现象可由两个原因解释,其一可能是盐度抑制了污水 处理微生物的活性。由于盐度的增加,盐析作用增强 , 脱氢酶的活性下降,微生物本身活性受阻 ,新陈代谢作 用减缓; 其二可能是由于盐度的增加,细胞的溶胞作用 加强,细胞组分大量释放。而细胞组分的释放有一个 20 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 图 4 盐度对中浓度污水去除率的影响 图 5 盐度对低浓度污水去除率的影响 图 6 盐度对低浓度污水有机物降解速率的影响 延续过程,其连续释放使降解速率相对变低,这可由图 6 看出。由于图6 是基于低进水浓度有机物的降解曲 线,由于进水CODCr较低,所以溶胞作用对去除的影响 很容易被看到。可以看出无盐系统 CODCr在反应 3 h 会有一个相对较小的跳跃 ,而含盐系统在处理进行至 2 h ,污水CODCr的值就有一个较大的跳跃。这是因为 随着盐度的升高, 细胞的溶胞作用也在加强的缘故 。 具体表现在溶胞量加大,速度变快。 由于盐度降低了有机物的降解速率, 因此高盐条 件下有机物去除率还可能和曝气时间有关。可以看 出,曝气时间的确影响着有机物的去除效率 。随着曝 气时间的增加 ,有机物的去除率也在增加,但就这3个 进水有机物浓度而言, 超过 5 h,随着曝气时间的增加 有机物的去除率升高很缓慢 。就经济考虑,通过延长 曝气时间来提高高盐有机物的去除率是不可取的 。 3. 4 盐度对 ESS 的影响 试验发现无机盐使 ESS 增加 , 如图 7。造成 ESS 升高的原因可能是由于 1 高盐污水的理化性质。 由于高盐污水是一个密度较高的分散溶液体系含多 种有机物和无机物的复杂溶液体系, 因此不容易沉 降。 2 盐度促进细胞的分解 。在高盐条件下, 细胞 很容易水解 ,其组分的释放也将使出水悬浮固体浓度 增高。 3 与活性污泥微生态有关 。在研究中发现, 随着盐度的升高 ,微生物的生态组成发生改变 。一个 表现为原生动物的消失。因此对 ESS 有很大的影响。 图 7 盐度对 ESS 的影响 3. 5 盐度对污泥指数 SVI 的影响 盐度影响污泥的沉降性 , 使 SVI 变小 图 8 。在 运行中未发生污泥膨胀现象。这可能和污泥结构的 改变有关。无盐条件下, 丝状菌交织分布构成骨架, 菌胶团附着其上形成絮凝体, 重复上述过程形成更大 的絮凝体。而随着盐度的增加 ,镜检发现丝状菌的数 量逐渐减少几乎消失 。这必将造成污泥构型的改变, 从而改变污泥的沉降性能 。 图 8 盐度对SVI 的影响 4 结论 1 随着盐度的升高,活性污泥的生长受到影响。 其生长曲线的变化表现在 适应期变长 ; 对数增长期 的生长速度变慢 ; 减速生长期的历时变长 。 2 盐度加强了微生物的呼吸作用和细胞的溶胞 作用 。 3 盐度降低了有机物的可生物降解性和可降解 程度。使有机物的去除率和降解速率下降。虽然延 长曝气时间可以提高有机物的去除效率 ,但是超一定 时间, 随着曝气时间的增加有机物去除率的升高缓 慢。就经济考虑 ,通过延长曝气时间来提高高盐有机 物去除率的方法不可取。 下转第 35 页 21 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 3 试验发现约 60的 NO - 3- N 是在缺氧初期 15 min内得到快速转化的,伴随着快速反硝化反应的进 行,PO 3- 4的浓度也逐步下降,而此时溶液中的 CODCr浓 度很低 ≤ 50mg L ,可以认为双泥系统的反硝化是一 种内碳源反硝化脱氮过程 。这种内碳源来自于厌氧阶 段快速去除的有机物 [ 6] 。相对于外碳源而言这种内碳 源电子供体可以更快地进入电子传递过程,同时厌氧 过程导致的电子富集也诱导了NO - 3- N 电子受体的快 速吸收,从而实现了内碳源快速反硝化脱氮。 4 试验结果表明双泥系统出水磷酸盐 PO 3- 4浓度 趋近零,这种优异的除磷效果应归功于系统中特有的 双重吸磷方式 ,即 缺氧吸磷和好氧吸磷 。在缺氧吸磷 阶段聚磷菌利用 NO - 3作为电子受体通过反硝化吸磷 使PO 3- 4下降 ; 在好氧吸磷阶段聚磷菌利用分子氧作为 电子受体进一步吸收 PO 3- 4。运行结果表明双泥系统 特有的双重吸磷方式可以使污水处理除磷效果达到理 想的状态,当出水SS ≤ 10 mg L 时,完全可以保证出水 总磷TP≤ 0. 5 mg L 的一级排放标准要求。 5 结论 1 反硝化除磷菌存在于“双泥”系统的AAA- SBR 中,它可以利用硝酸盐作为电子受体进行缺氧吸磷,低 有机物高NO - 3-N环境是发生反硝化同时吸磷的前提。 2 “双泥”系统可将自养菌和异养菌分开 ,分别 形成了以硝化菌和反硝化除磷菌为优势菌群的微生 物系统,这个系统可以通过双重吸磷方式使出水磷酸 盐浓度趋近于零 ,可以利用内碳源反硝化实现快速反 硝化脱氮 。 3 利用反硝化除磷菌可以有效地利用硝酸盐电 子受体 ,减少系统的曝气量 、 减少除磷脱氮对低分子 碳源有机物的需求量, 从而实现低碳耗 、低能耗条件 下的高效生物除磷脱氮。 参考文献 1 Jens P. K. J. and Mogens H. Biological phosphorus uptake under anoxic nd aerobic conditions. Wat . Res. ,1993. 27 4 617～ 624. 2 Kuba , T. , Van Loosdrcht , M . C. M . and Heijnen, J. J. Phosphorus and nitrogen removal with minimal CODCrrequirement by integration of denitrifying de-phosphorus and nitrification in a two-sludge system. Wat. Res. , 1996. 30 7 1701～ 1710. 3 W. J. Ng, S. L . Ong and J. Y. Hu, Denitrifying phosphorns removal by anaerobic anoxic sequencing batch reactor. Wat. Sci . Tech. , 2001. 43 3 139～ 146. 4 郑兴灿、李亚新编著. 污水除磷脱氮技术. 北京 中国建筑工业出版 社, 1998. 5 Mogens H. ,Poul H. ,et al, Wastewater Treatment Biological and Chemical Processes Second Edition , 1997. 6 刘延华、冯生华, 等. 厌氧-好氧活性污泥法快速低耗氧去除 COD 的 机理初探. 给水排水, 1997. 23 6 12～ 15. 作者通讯处 罗固源 400045 重庆大学 B 区 城市建设与环境工程 学院 电话 023 65106993 0 E -mail gyluocqu. edu. cn 联系人 吉芳英 400045 重庆大学 B 区 城市建设与环境工程学院 电话 023 65121549 65120518 E -mail jfyclmyzcta. cq. cn 2003- 04-25 收稿 上接第 21页 4 无机盐使活性污泥的沉降性加强 。随着盐度 的增加,污泥指数下降。 5 处理高盐污水驯化活性污泥是处理系统取得 成功的一个必要手段 。活性污泥的驯化过程就是使 微生物代谢方式逐渐适应高盐环境 ,并使耐盐菌大量 繁殖的过程。 参考文献 1 尤作亮等. 海水直接利用及其环境问题分析. 给水排水. 1998. 24 3 64～ 65. 2 Hamoda MF and Al-Atlar. 1995Effect on High Sodium Chloride Concentrations on Activated Slduge Treatment . Wat . Sci. Tech. , 31 9 61～ 72. 3 G. W. Lawton and E. V . Eggert , 1966Some Effect of High Sodium Chloride Concentrations on Trickling FilterSlimes. Sewage Ind. Wastes, 29. 121～ 128. 4 E. V . Mills and A . B. Wheatland, 1962 . Effect of Saline Sewage on the Perance of Percolating Filters. Water Waste Treatment, 9. 170～ 172. 5 J. Stewart, H. F. Ludwing , and W. H. Kearns, 1962 Efect of Varying SalinityonExtended Aeration Process.J.WaterPollution Control Federation,34, 1131～ 1177. 6 Ludzack F. J. and Noran D. K. 1965Tolerance of High Salinities by Conventional Wastewater Treatment Process. J. Wat . Pollut. Cont. Fed. 37, 1404～ 1416. 作者通讯处 崔有为 100022 北京工业大学环境与能源学院 电话 010 67392627 E -mail envirotto 163. com 2003- 03-20 收稿 35 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 RESEARCH DEVELOPMENT AND TENDS OF HIGH EFFICIENT ANAEROBIC REACTORS He Liansheng et al7 Abstract In this paper, the development of efficient anaerobic bioreactors is reviewed. Principles, characteristics and application research situations of upflow anaerobic sludge blanket UASBreactor, expanded granular sludge blanket EGSBreactor and internal cyclic reactor IC are introduced. Through analysis, the future research emphasis in China should be put on the third generation anaerobic reactors. Keywords efficient anaerobic bioreactor, UASB, EGSB and IC STUDY ONDEGRADATION OF DYESTUFF INTERMEDIATE WASTEWATERLi Ying et al 11 Abstract After the pre -treatment of electrolysis and evaporation of all dyestuff intermediate wastewater, the removal of CODCrcan be increased by more than 75 than the wastewater treated only by evaporation, whichmakes the dosage of activated carbon for follaw-up treatment be decreased by nearly 80. The operation cost of allwastewater is reduced greatly. Keywords dyestuff intermediate, electrolysis and pre -treatment A NEW OF TREATING Ni -W ALLOY ELECTROPLATING ORGANIC WASTEWATER Chen Xuqun et al 14 Abstract In this paper, a new for the treatment of electroplating organic wastewater containing Ni-W alloys has been applied in the oxido -flocculation reactor OFR which was developed ourselves, and the original technology of treating electroplating wastewater was reed by diffluent disposal. The result of running the wastewater treatment process shows that this treatment technology has some advantages, such as low capital investment and operating costs, high treatment efficiency, stable operation. The effluent quality can fully meet the emission standard. Keywords OFR, Ni -W alloy electroplating organic wastewater andwastewater treatment DESIGN OF LEACHATE TREATMENT SYSTEM FOR SANITARY LANDFILL SunDong et al 16 Abstract This paper introduces several important and difficult counting parameters for the design of the disposal system of leachate in a landfill as well as disposal techniques and results of leachates of a few typical landfills at home and abroad and then proposes some suggestions on the basis of which. Keywords domestic refuse, sanitary landfill, disposal of leachate, parameter calculation and engineering design EFFECTS OF NaCl SALINITY ON ACTIVATED SLUDGE TREATMENT SYSTEM Cui Youwei et al 19 Abstract This study was initiated to treat saline sewage resulting from use of seawater for toilets by SBR process and to determine the NaCl salinity effects on the activated sludge treatment system. Experiments were conducted under various salt -loading conditions to investigate such as treatment culture, organic matter removal, sludge settling characteristics and the rule of DO varying with time. The study found that high salinity inhibited the microbial growth and decrease organic matter degrading velocity and removal efficiency while microbial respiration and cell lysis were strengthened. Keywords use of seawater for ing toilets, activated sludge, saline sewage and salinity PROGRESS IN RESEARCH ON TREATING URBAN SEWAGE BY HIGH RATE BIOFILTER Bukuru G ODEFROID et al 22 Abstract A pilot study of a high -rate biofilter was conducted at a sewage treatment plant with wastewater having a BOD5of 118 mg L. Hydraulic loading did significantly affect removals over a range of 10～ 26 m3 m2d. Under H. L. 10 m3 m2d operating conditions the reactor 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004