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    高盐废水处理的具体工艺研究

    发布时间:2020-08-04 09:10:43

    高盐废水是指盐度(以NaCl 计)至少为1 .0 %(质量分数, 下同)的废水, 主要包括含盐工业废水、含盐生活污水和其他含盐废水[ 1] 。这些废水中除了含有有机污染物外, 还含有大量的无机盐, 如Cl- 、SO2 -4 、Na + 、Ca2 +等, 这些盐的存在对常规生物处理有明显的抑制作用[ 2-4] 。

    目前对于高盐废水的处理有多种方法, 如生物法、物理法、化学法[ 5 , 6] 等。由于物理、化学法运行费用高、处理效果欠佳、容易造成二次污染而难以在实际中推广;生物法因经济、高效而被广泛用于高盐废水的处理。因此, 有必要研究在高盐环境中仍能降解污染物的特殊微生物, 即嗜盐微生物。国内近年来也开展了这方面的研究, 菌种大部分来自常规活性污泥, 通过科学驯化获得, 然而直接分离自高盐环境的嗜盐菌种用于处理高盐废水的报道却很少[ 7] 。

    目前, 传统生物法在处理低盐废水时具有很大的优势, 但当盐度超过3 .5 %时, 会造成微生物代谢的中度抑制和毒害, 使其失去降解能力。WOO LARD等[ 8] 将一株从美国大盐湖(Great Sal t Lake)中分离的中度嗜盐菌用于处理苯酚废水。耐盐菌和嗜盐菌的存在, 为生物法处理高盐废水提供了理论上的可能。本试验从大连旅顺盐场底泥中筛选出适合高盐度的嗜盐菌, 在序批式间歇反应器(SBR)中对其进行驯化, 研究分离筛选的嗜盐菌对高盐模拟废水的处理效果。

    1 材料与方法

    1 .1 样品来源

    菌种取自大连旅顺盐场底泥, 将污泥打碎蘸取上清液接种到盐度为3 .5 %的固体培养基上, 直至长出耐盐菌落, 然后采用接种环挑取一个菌落移入装有相同盐度液体培养基的锥形瓶中, 在水浴摇床中于30 ℃下进行富集。

    1 .2 试验方法

    试验采用的SBR 有效容积为1 .8 L , 底部装有微孔曝气器, 采用鼓风曝气方式, 供气量用转子流量计计量。每天2 个周期稳定运行, 每周期12 h , 曝气量为0 .6 L/min , 污泥混合液悬浮固体(MLSS)平均质量浓度为600 mg/L , 每周期进水0 .6 L , 控制污泥龄为18 d , 外加碳源为葡萄糖。

    试验污泥采用筛选的嗜盐菌将其直接驯化成活性污泥, 从液体培养基中取20 mL 菌液加入到SBR中, 进行驯化培养。废水采用盐度为3 .5 %的自配模拟废水。

    1 .3 测定方法

    NH +4 -N采用水杨酸-次氯酸盐光度法;NO -3 -N采用酚二璜酸光度法;NO-2 -N 采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法;TN 采用过硫酸钾氧化—紫外分光光度法;TP 采用钼锑抗分光光度法[ 9] ;COD 采用碘化钾碱性高锰酸钾法[ 10] ;DO 采用JPB-607 便携式溶解氧仪测定;MLSS 采用重量法测定, 为防止高浓度的NaCl 在滤纸上结晶影响M LSS 的测定结果, 在污泥过滤结束后用100 mL 的蒸馏水冲洗滤纸, 然后烘干至恒质量。

    污泥比耗氧速率(SO UR)测定方法如下[ 11] :将活性污泥置于锥形瓶中, 将锥形瓶置于20 ℃恒温水浴中, 充氧饱和后, 插入溶解氧测定仪电极探头, 并将锥形瓶密封。打开搅拌器和溶解氧仪, 待读数稳定后每隔1 min 测1 次DO 。以DO 为纵轴、时间为横轴, 利用小二乘法作直线, 直线斜率即为单位时间耗氧量(单位为mg/(L ·min)), 再除以污泥混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)质量浓度(g/L), 即为污泥的SOU R(单位为mg/(g ·h))。

    2 结果与讨论

    2 .1 稳定期内COD 和NH+4 -N 去除变化情况

    取盐度为3 .5 %液体培养基中的菌液20 mL 加入到SBR 中, 在3 .5 %盐度下驯化半个月, 系统进入稳定运行状态。此时污泥MLSS 为600 mg/L , 系统进水COD 为240 ~ 340 mg/L , 进水NH +4 -N为25 ~28 mg/ L 。从图1 、图2 可以看出, 该系统对COD 有较好的去除效果, 出水COD 在10 mg/ L左右, 去除率达95 %以上, 有机物的去除率受到很小的盐度抑制, 而N H+4 -N 的去除率在53 %~ 64 %, 表明污水的高盐度影响到所驯化培养的嗜盐菌污泥硝化能力。

    2 .2 驯化活性污泥的SOUR

    对嗜盐菌驯化成的活性污泥的SOU R 进行测量, 考察其活性, 结果见图3 。由图3 可见, 19 min以内DO 基本呈直线变化趋势, 此时处于内源呼吸阶段;19 ~ 36 min 为加入有机物后DO 随时间的变化曲线, 此时处于外源呼吸阶段。由于有机物被微生物分解需要消耗DO , 加入有机物后DO 消耗速率增大。一般污泥SO UR 为20 ~ 40 mg/(g · h)时, 表明污泥具有比较高的活性;如果SOU R 低(5 ~ 10mg/(g ·h)), 则表明己受到毒物的抑制或缺乏易降解有机物[ 12] 。系统处于内源呼吸阶段时, 污泥SOU R 为10 .36 mg/(g ·h), 处于外源呼吸阶段时,污泥SO UR 达到29 .09 mg/(g ·h), 表明该污泥具有较高的活性。
    2 .3 反应周期内COD 去除的变化规律

    系统稳定后对一个周期内COD 去除情况进行考察, 结果见图4 。由图4 可以看出, 1 h 内COD 从306 mg/ L降到15 mg/ L以下, 去除率达95 %, 随着时间的延长, 去除率达97 %。说明污泥中微生物的生理结构没有破坏, 其呼吸、合成等新陈代谢作用可以正常进行, 即该系统中存在能适应高盐环境的有机物氧化菌群, 因此能够保持较高的有机物去除能力。

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    2 .4 反应周期内NH+4 -N 、NO-3 -N 、NO-2 -N的变化规律

    对反应器一个周期内NH+4 -N 、NO-3 -N 、NO-2 -N的去除情况进行考察, 结果见图5 。由图5 可以看出, 4 h 内N H+4 -N从25 mg/ L降到10 mg/L以下, 去除率达到61 %。NO-2 -N在1 mg/L以下, 无NO-2 -N的积累。好氧阶段NO -3 -N 逐渐增大, 从0 mg/L 增加到5 mg/ L左右, 缺氧阶段NO -3 -N从5 mg/L降低到4 mg/L 。说明硝化菌和亚硝化菌已适应高盐环境。在反应周期内的缺氧阶段, NO-3 -N 去除不明显, 分析原因, 可能是由于反应后期COD 浓度较低,碳源不足导致反硝化不够充分所致。

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    2 .5 反应周期内TP 的变化规律

    对反应器一个周期内TP 的去除情况进行考察, 结果见图6 。在含盐环境中, 盐度在聚磷菌细胞内累积。当盐度在细胞内聚集到一定程度导致了细胞渗透压的显著增加, 减小了细胞的聚磷能力进而引起磷去除率的降低[ 13] 。由图6 可以看出, 进水TP 为5 .4 mg/L , 终TP 去除率为55 %。好氧阶段聚磷菌能够从外部环境吸收磷, 并将磷以聚合的形态贮藏在菌体内, 经过好氧阶段水中TP 降低为1 .5 mg/L左右。缺氧阶段污泥释放磷, T P 从1 .5mg/ L增加到2 .4 mg/ L , 磷的释放量比较低, 分析原因, 可能是由于反应后期碳源不足, 同时系统处于缺氧状态而不是完全厌氧状态所致。INT RASUNGKHA等[ 14] 在试验中确定盐度5 g/L(质量分数为0 .5 %)为系统除磷的耐盐极限, 高盐废水中的生物除磷将成为高盐废水生物处理中的限制因素,如何培养和驯化出耐盐的聚磷菌或是接种嗜盐聚磷菌进行除磷还有待进一步研究。

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    2 .6 有机负荷对COD 去除的影响

    进水负荷是影响有机物降解速率的重要因素[ 15 , 16] , 为了考察有机负荷的耐受性, 在污泥驯化阶段完成后, 维持其他各条件不变, 依次提高有机负荷(以COD 表征)为288 、387 、473 、618 、701 mg/L , 稳定后测定COD 。从图7 可以看出, 出水COD 均在1h 内降到30 mg/L以下, 去除率达95 %以上。说明盐度一定时, 进水有机物负荷的增大并未对出水有机物浓度带来很大的影响, 该系统耐有机负荷冲击能力比较强。

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    2 .7 盐度冲击对COD 和N H+4 -N去除的影响

    为考察盐度冲击对COD 和NH +4 -N 去除的影响, 对适应3 .5 %盐度的系统进行盐度冲击, 改变进水盐度为5 .0 %, 稳定后测定一个周期内COD 和NH +4 -N去除情况。由图8 可见, 盐度的改变对COD 没有影响, 2 种盐度下1 h 之内COD 均降到10mg/ L左右??赡芤蛭猄BR 本身具有耐冲击浓度梯度的优点, 同时可能因为嗜盐菌多数为好气化能异养菌[ 17] , 其所需的营养物质必须通过外界获得所致。

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    由图9 可见, 盐度的改变对N H+4 -N的去除影响较大, 在3 .5 %的盐度下NH +4 -N 终去除率达61 %, 而在5 .0 %的盐度下NH +4 -N 终去除率为31 %, 随着盐度的增大, NH +4 -N 去除率降低。分析原因, 可能是由于3 .5 %盐度下嗜盐菌直接驯化成的活性污泥系统, 进水盐度增大后, 硝化细菌的细胞内外渗透压改变, 导致其活性降低, 对NH +4 -N的处理能力减小, 造成N H+4 -N 的去除率与盐度为3 .5 %的系统相比明显降低。

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    3 结论

    (1)从大连旅顺盐场底泥中筛选出适合高盐度的嗜盐菌, 在SBR 中对其进行3 .5 %盐度的驯化。经测量, 内源呼吸阶段SO UR 为10 .36 mg/(g · h),外源呼吸阶段SOUR 达到29 .09 mg/(g ·h), 表明所筛选的嗜盐菌培养的污泥具有较高活性。

    (2)利用嗜盐菌培养的污泥进行高盐模拟废水处理试验。结果表明, 在每周期12 h , 曝气量0 .6L/min ,MLSS 为600 mg/ L , 污泥龄为18 d 条件下,出水COD 去除率达95 %以上, NH +4 -N 去除率达61 %, TP 去除率达55 %, 表明通过分离筛选嗜盐菌处理高盐废水具有可行性。

    (3)依次提高有机负荷(COD)为288 、387 、473 、618 、701 mg/L , 盐度稳定在3 .5 %, 出水COD 均在1 h内降到30 mg/L以下,COD 去除率达95 %以上。表明进水有机物负荷的增大并未对出水有机物浓度带来很大的影响, 该系统耐有机负荷冲击能力比较强。

    (4)改变系统进水盐度, 发现系统COD 去除率变化不大, 而NH +4 -N去除率有明显变化, 在3 .5 %和5 .0 %的盐度下NH +4 -N去除率分别为61 %和31 %。

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