高鹽榨菜廢水除污處理方法

　　含鹽廢水因其鹽度會(huì)對(duì)微生物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用而成為目前較難處理的工業(yè)廢水之一[1]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用SBR、生物接觸氧化、物化生化組合等多種不同的處理工藝研究了含鹽廢水生物處理效能，并得出了一系列含鹽廢水生化處理系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)[1, 2]，但這些工藝均存在鹽度對(duì)活性污泥微生物生態(tài)抑制、污泥沉降性能低、鹽度變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響顯著等問題，總體處理效能較低。總體而言，聚集態(tài)微生物較分散態(tài)微生物對(duì)高濃度NaCl的耐受力高，也就是說生物膜處理工藝較適合處理高鹽高濃度廢水[3]。而好氧顆粒污泥是在好氧條件下微生物自發(fā)形成的細(xì)胞自身固定化過程，它是一種特殊的生物膜，具有良好的沉降性能，可減少反應(yīng)器容積及占地面積，在間歇反應(yīng)器中使用可以縮短運(yùn)行周期，提高反應(yīng)器的處理效率;具有較高的生物量，可以承受高有機(jī)負(fù)荷和沖擊負(fù)荷;集不同性質(zhì)微生物(好氧、兼氧和厭氧微生物)于一體，具有多種代謝形式，是實(shí)現(xiàn)廢水中生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)一體化處理的理想主體[4, 5, 6]。同時(shí)含鹽有機(jī)廢水會(huì)產(chǎn)生較大的浮力導(dǎo)致污泥上浮和流失，而這一點(diǎn)恰恰是好氧顆粒污泥形成的基本條件[5]，因此好氧顆粒污泥特別適合處理高鹽高濃度的工業(yè)廢水，并開始得到了一些應(yīng)用，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性以及較高的處理效能[7, 8, 9]。但上述研究基本采用實(shí)驗(yàn)室模擬配水，水質(zhì)成分比較單一，并且相對(duì)于高鹽榨菜廢水而言，其有機(jī)物和氮磷濃度均較低。而目前并未見利用好氧顆粒污泥處理像榨菜廢水這類高鹽高氮磷高濃度有機(jī)廢水的相關(guān)報(bào)道。本試驗(yàn)擬在SBR反應(yīng)器中接種本實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)成功的高鹽好氧顆粒污泥[10]處理榨菜工業(yè)園區(qū)產(chǎn)生的實(shí)際含鹽榨菜廢水(鹽度3%，NaCl計(jì)，下同)，考察其對(duì)污染物的去除特性，以期為顆粒污泥處理高鹽榨菜廢水的工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)水質(zhì)及接種好氧顆粒污泥

　　試驗(yàn)用水取自重慶涪陵某榨菜廠的腌制廢液(鹽度15%)，經(jīng)稀釋后得到高鹽廢水，平均鹽度為3%，COD、NH4+-N、TN、PO43--P平均質(zhì)量濃度分別為4 500、95、160、35 mg/L，屬于典型的高鹽高氮磷高有機(jī)物廢水。接種的好氧顆粒污泥為本實(shí)驗(yàn)室在3%鹽脅迫濃度下以葡萄糖為唯一碳源，人工配水成功培養(yǎng)出并穩(wěn)定運(yùn)行8周后的成熟顆粒污泥，污泥顆粒大小不一，平均粒徑為1.3 mm，SVI為51.3 mL/g，最小沉降速度4.3 m/h。

　　1.2 試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)采用4個(gè)完全相同PVC制成的SBR反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)徑為4.8 cm，有效高度為105 cm，有效容積為1.9 L，容積交換率根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷要求確定。反應(yīng)器底部設(shè)置曝氣砂頭，由空氣壓縮機(jī)供氣，曝氣量根據(jù)不同試驗(yàn)階段所需的溶解氧大小來控制。反應(yīng)器運(yùn)行周期為12 h，其中進(jìn)水2 min、沉淀 5 min、排水3 min，剩余時(shí)間進(jìn)行曝氣。通過加熱棒將反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在(25±1) ℃。

　　1.3 試驗(yàn)方法

　　首先對(duì)接種的好氧顆粒污泥用高鹽榨菜廢水進(jìn)行適應(yīng)性馴化，待反應(yīng)器對(duì)COD去除率穩(wěn)定達(dá)到90%以上后，進(jìn)行正式試驗(yàn)。試驗(yàn)分兩階段進(jìn)行，第一階段通過平行試驗(yàn)考察有機(jī)負(fù)荷(以COD計(jì))對(duì)反應(yīng)器除污特性的影響，即在反應(yīng)器DO為6.0 mg/L條件下控制4個(gè)反應(yīng)器的容積交換率分別為0.4、0.5、0.6、0.7，對(duì)應(yīng)有機(jī)負(fù)荷為3.6、4.5、5.4、6.3 kg/(m3·d);在第一階段確定的最佳有機(jī)負(fù)荷條件下，采用平行試驗(yàn)方法考察DO分別為5.0、6.0、7.0、8.0 mg/L時(shí)反應(yīng)器的除污效能。試驗(yàn)期間，測(cè)試COD、NH4+-N、TN、PO43--P等指標(biāo)。

　　1.4 分析方法

　　COD采用重鉻酸鉀完全氧化-差減法[11]，DO采用HACH HQ30D溶解氧測(cè)定儀測(cè)定，其他指標(biāo)均按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 有機(jī)負(fù)荷對(duì)反應(yīng)器除污特性的影響

　　不同有機(jī)負(fù)荷條件下，好氧顆粒污泥對(duì)高鹽榨菜廢水的處理效能如圖1所示。

 圖1 有機(jī)負(fù)荷對(duì)好氧顆粒污泥除污特性的影響

　　由圖1可知，有機(jī)負(fù)荷對(duì)好氧顆粒污泥系統(tǒng)除污特性的影響顯著，當(dāng)有機(jī)負(fù)荷為5.4 kg/(m3·d)時(shí)，好氧顆粒污泥對(duì)高鹽榨菜廢水的除污效能達(dá)到最高，COD、NH4+-N、TN、PO43--P平均去除率分別為97.4%、80.9%、41.0%、73.8%。

　　圖1(a)結(jié)果表明，顆粒污泥系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果隨有機(jī)負(fù)荷的增加而增加，去除率從93.2%增加至97.4%。分析認(rèn)為：隨著有機(jī)負(fù)荷的增加，顆粒污泥中的微生物快速生長(zhǎng)繁殖，使顆粒粒徑不斷增加;同時(shí)較高的有機(jī)負(fù)荷也有助于克服傳質(zhì)阻力，從而表現(xiàn)為顆粒污泥對(duì)有機(jī)物的降解速率隨之增加。但是，當(dāng)有機(jī)負(fù)荷過高時(shí)，因微生物增長(zhǎng)速率過高而導(dǎo)致粒徑增長(zhǎng)過大，底物傳質(zhì)受到影響，顆粒內(nèi)核開始分解，引起顆粒密度和機(jī)械強(qiáng)度降低;同時(shí)，在DO濃度不變的條件下，因顆粒粒徑過大，導(dǎo)致顆粒內(nèi)部出現(xiàn)厭氧區(qū)域產(chǎn)生氣體，最終導(dǎo)致顆粒發(fā)生解體，從而表現(xiàn)為當(dāng)有機(jī)負(fù)荷從5.4 kg/(m3·d)增加至6.3 kg/(m3·d)時(shí)，COD去除率反而有所降低。

　　圖1(b)、(c)結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，脫氮效果隨有機(jī)負(fù)荷的增加而增大，這與傳統(tǒng)的自養(yǎng)硝化菌脫氮理論不符。同時(shí)，結(jié)合反應(yīng)器對(duì)COD、NH4+-N和TN的去除效果的總體變化趨勢(shì)可知，硝化菌并不能從氨氮氧化過程中獲得能量，主要還是從對(duì)有機(jī)物的同化作用來合成細(xì)菌、獲得能量和攝取營(yíng)養(yǎng)。由此，可推斷本系統(tǒng)的脫氮作用主要由異養(yǎng)硝化菌完成，即異養(yǎng)硝化菌直接利用有機(jī)碳源合成生命體并進(jìn)行異養(yǎng)硝化。隨著有機(jī)負(fù)荷的提高，異養(yǎng)硝化菌在有機(jī)碳源充足的條件下不斷合成生命體，并在氨單加氧酶(AMO)[12]作用下不斷對(duì)氨氮進(jìn)行氧化，異養(yǎng)硝化作用得到加強(qiáng)，從而表現(xiàn)為反應(yīng)器的脫氮效能不斷提高;同樣有機(jī)負(fù)荷過高時(shí)，由于顆粒發(fā)生解體，異養(yǎng)硝化菌不斷洗脫出反應(yīng)器，而導(dǎo)致脫氮效能有所降低�？傮w來說，反應(yīng)器對(duì)TN的去除率相對(duì)較低，最高僅達(dá)41%，而出水并未出現(xiàn)硝酸鹽的大量積累。分析認(rèn)為，完整的異養(yǎng)硝化過程包括[13]：氨氮→羥胺→亞硝氮→硝氮。這一過程可由兼具反硝化作用的異養(yǎng)硝化菌完成，在好氧條件下，將中間產(chǎn)物羥胺在羥胺氧化還原酶(HAO)作用下氧化成亞硝酸鹽[14]。而本系統(tǒng)異養(yǎng)硝化過程出現(xiàn)了亞硝化鹽的積累，從而導(dǎo)致反應(yīng)器對(duì)TN的去除效果不佳。

　　圖1(d)結(jié)果表明，PO43--P去除率變化趨勢(shì)基本與COD去除率一致。分析認(rèn)為，反應(yīng)器對(duì)磷的去除主要通過聚磷菌的作用完成。而聚磷菌對(duì)磷的吸收是一個(gè)耗能過程，需要消耗有機(jī)物來提供能量，所以有機(jī)負(fù)荷直接影響聚磷菌的吸磷效率;同時(shí)，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷直接影響顆粒污泥結(jié)構(gòu)，從而創(chuàng)造出適合聚磷菌生存的厭氧/好氧微觀環(huán)境，提高反應(yīng)器的除磷效能。但有機(jī)負(fù)荷過高則會(huì)破壞顆粒污泥結(jié)構(gòu)并造成解體，從而影響聚磷菌除磷所需的環(huán)境。

　　2.2 DO對(duì)反應(yīng)器除污特性的影響

　　不同DO條件下，好氧顆粒污泥對(duì)高鹽榨菜廢水的處理效能如圖2所示。

 圖2 DO對(duì)好氧顆粒污泥除污特性的影響

　　由圖2可知，DO對(duì)好氧顆粒污泥除污特性的影響顯著，當(dāng)DO為7.0 mg/L時(shí)，好氧顆粒污泥對(duì)高鹽榨菜廢水的除污效能達(dá)到最高，COD、NH4+-N、TN、PO43--P平均去除率分別為93.9%、79.2%、35.2%、69.5%。

　　由圖2(a)可知，好氧顆粒污泥對(duì)COD的去除率隨DO的增加而升高，從92.7%增加至94.4%。分析認(rèn)為，DO濃度較高時(shí)，顆粒污泥中的絲狀菌生長(zhǎng)受到一定抑制;同時(shí)在高DO所提供的高水流剪切力下，顆粒表面的絲狀菌被剪切掉并洗脫出反應(yīng)器，顆粒密度不斷增大，生物量不斷增加，從而表現(xiàn)為COD去除率隨DO濃度的增加而增大。

　　由圖2(b)、(c)可知，反應(yīng)器隨著DO質(zhì)量濃度從5.0 mg/L提高至7.0 mg/L時(shí)，脫氮效果隨之增加，但當(dāng)DO濃度繼續(xù)增加后，脫氮效果反而有所下降。試驗(yàn)結(jié)果表明，DO對(duì)異養(yǎng)硝化和好氧反硝化具有較大的影響。過高的DO反而導(dǎo)致了反應(yīng)器中亞硝酸鹽的積累，在DO質(zhì)量濃度為7.0 mg/L時(shí)，反應(yīng)器對(duì)NH4+-N、TN的去除率達(dá)到最高，分別為79.2%、35.2%;DO濃度較之高或低，均會(huì)導(dǎo)致脫氮效果降低而發(fā)生亞硝酸鹽的積累。相關(guān)研究結(jié)果表明[12]，O2在AMO和HAO處參與反應(yīng)，并且與亞硝氮/硝氮協(xié)同呼吸。而不同菌種對(duì)DO的耐受能力也不同，本試驗(yàn)最佳DO質(zhì)量濃度為7.0 mg/L，這與文獻(xiàn)[15]報(bào)道的異養(yǎng)硝化菌(Marinobacter sp.)最佳DO質(zhì)量濃度為6.75 mg/L這一結(jié)論比較一致。由此可見，DO濃度的變化將影響細(xì)菌體內(nèi)AMO的表現(xiàn)，從而使異養(yǎng)硝化菌的代謝途徑發(fā)生改變[13]。因此，合理控制DO濃度，可以優(yōu)化顆粒污泥脫氮效果。

　　由圖2(d)可知，在完全好氧條件下，系統(tǒng)具有良好的除磷效能。當(dāng)DO在5~8 mg/L時(shí)，反應(yīng)器并未按傳統(tǒng)生物除磷理論中要求的好氧與厭氧交替環(huán)境運(yùn)行，但同樣能實(shí)現(xiàn)較好的除磷效果，磷酸鹽去除率可達(dá)60% ~70%。分析認(rèn)為，在完全好氧條件下，反應(yīng)器中磷的去除得益于顆粒污泥的特殊結(jié)構(gòu)，主要通過兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)。第一階段，在進(jìn)水階段由于進(jìn)水中較高的COD，有機(jī)物向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，為內(nèi)部的聚磷菌提供碳源;另一方面，DO在顆粒污泥的梯度分布，形成內(nèi)部厭氧區(qū)，為聚磷菌厭氧釋磷提供了條件。第二階段，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，有機(jī)物不斷得到降解，顆粒從外至內(nèi)的生物活性降低，DO向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散程度加強(qiáng)，顆粒內(nèi)的好氧和兼氧區(qū)加大，為聚磷菌的好氧吸磷提供條件。因此，顆粒污泥對(duì)PO43--P的去除效果直接受顆粒內(nèi)部形成的厭氧/好氧微環(huán)境的影響，而這體現(xiàn)在DO濃度水平上。當(dāng)DO濃度過低時(shí)，好氧區(qū)域過小，影響了聚磷菌好氧吸磷效率，從而表現(xiàn)為PO43--P去除率僅為58.8%;同樣，當(dāng)DO質(zhì)量濃度從7.0 mg/L增加至8.0 mg/L時(shí)，顆粒內(nèi)部形成的厭氧區(qū)域減小，而影響聚磷菌的厭氧釋磷效率，從而表現(xiàn)為磷酸鹽去除率從69.5%降低至63.3%。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)有機(jī)負(fù)荷對(duì)好氧顆粒污泥除污特性影響顯著，有機(jī)負(fù)荷過高或過低均會(huì)影響顆粒粒徑及結(jié)構(gòu)，從而影響反應(yīng)器對(duì)污染物的去除。在有機(jī)負(fù)荷為5.4 kg/(m3·d)時(shí)，反應(yīng)器的除污效能達(dá)到最高，COD、NH4+-N、TN、PO43--P去除率分別為97.4%、80.9%、41.0%、73.8%。顆粒污泥主要通過異養(yǎng)硝化途徑實(shí)現(xiàn)了生物脫氮，但因反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)了亞硝酸鹽積累而導(dǎo)致TN去除率總體不高。

　　(2)DO對(duì)好氧顆粒污泥的除污特性有顯著影響，DO的提高有助于對(duì)COD的去除，但過高或過低的DO則會(huì)導(dǎo)致亞硝酸鹽的積累和顆粒污泥微環(huán)境的分布，從而影響反應(yīng)器對(duì)其他污染物的去除效果。本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)DO為7.0 mg/L時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)器的除污效能最佳，COD、NH4+-N、TN、PO43--P去除率分別為93.9%、79.2%、35.2%、69.5%。