高鹽度廢水主要來(lái)源于染料、農藥、醫藥制品以及榨菜等生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的化工廢水和海水代用廢水。這類(lèi)廢水含有油類(lèi)、有機物、放射性物質(zhì),以及Na + 和Ca2 + 等溶解性無(wú)機鹽物質(zhì),離子強度大,一般微生物難以生長(cháng)繁殖,是目前較難處理的廢水之一。
常見(jiàn)的高鹽度有機廢水處理方法主要包括物理化學(xué)法和生物化學(xué)法。物理化學(xué)法主要采用的方法有反滲透法、電化學(xué)法等,此類(lèi)方法可進(jìn)行常規處理 ,但是其能源消耗大、啟動(dòng)運行成本高;生物化學(xué)法主要包括活性污泥法和生物膜法 ,普通生物法中微生物活性會(huì )被高鹽度強烈抑制。已有報道顯示,采用逐步提高系統鹽濃度的馴化方法進(jìn)行污泥耐鹽馴化,經(jīng)馴化后的污泥可以很好地降解高鹽度下的有機物 。
在普通活性污泥法中,可以通過(guò)施加一定的壓力提高氧傳遞速率,使得水中溶解氧濃度增加,可以快速降解有機物,如加壓生化、深井曝氣等。此類(lèi)方法在高濃度、高鹽度廢水處理上有較好的應用前景,但關(guān)于加壓環(huán)境下微生物耐鹽馴化過(guò)程的研究很少。本文采用逐步提高鹽濃度的耐鹽馴化方法進(jìn)行加壓環(huán)境下污泥的耐鹽馴化,探討0. 3 MPa 壓力環(huán)境下活性污泥耐鹽馴化過(guò)程中的有機物降解規律、污泥脫氫酶活性及胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)含量。
1 實(shí)驗部分
1. 1 實(shí)驗裝置
實(shí)驗裝置如圖1。加壓裝置和常壓裝置分別由鋼材料和有機玻璃制成,尺寸相同。有效容積均為60L,底部直徑300 mm,高900 mm,曝氣方式均采用底部穿孔曝氣。
將普通污泥混合液同時(shí)打入加壓和常壓裝置中,直至達到進(jìn)泥閥的液位。裝置以SBR 方式運行,系統排水比為1 ∶ 2,每個(gè)周期5. 5 h:充水0. 5 h、曝氣3 h、沉淀0. 5 h、排水0. 5 h、閑置1 h,運行時(shí)的曝氣量控制在300 L·h - 1 。常壓裝置的曝氣量由轉子流量計控制,加壓裝置的曝氣量由轉子流量計和排氣閥共同控制�？刂萍訅罕韷簽�0. 3 MPa,水溫(25 ± 3) ℃ 。
表1 無(wú)鹽模擬廢水的具體成分 / (mg·L - 1 )
1. 2 實(shí)驗用水
實(shí)驗采用模擬廢水,無(wú)鹽模擬廢水成分見(jiàn)表1。SBR 每周期換水后裝置內初始廢水水質(zhì):總有機碳(TOC)100 ~ 180 mg·L - 1 、氨氮40 ~ 50 mg·L - 1 、總磷4 ~ 5 mg·L - 1 和pH 為6. 5 ~ 7. 5。含鹽廢水是在無(wú)鹽模擬廢水的基礎上投加NaCl,配制相應濃度含鹽廢水。
1. 3 污泥的馴化方式
實(shí)驗所用污泥取自南京某污水處理廠(chǎng),通過(guò)無(wú)鹽模擬廢水培養至恢復活性后,實(shí)驗待用。
將普通活性污泥同時(shí)打入常壓和加壓SBR 實(shí)驗裝置中。首先以無(wú)鹽度廢水穩定運行4 d,隨后采用逐步提高有機廢水鹽濃度(0. 5% 、1. 5% 、2. 5% 、3. 5% 和5% ) 的方法對兩個(gè)系統進(jìn)行污泥的耐鹽馴化。馴化過(guò)程視系統出水TOC 的穩定情況,逐步提高進(jìn)水含鹽量,每個(gè)鹽度下的馴化期在15 d 左右,馴化期共71 d。每天檢測常壓、加壓系統進(jìn)出水的TOC、沉降比(SV30 )以及兩個(gè)系統的污泥濃度(MLSS)和系統水溫,考察馴化過(guò)程中活性污泥廢水處理效果及生長(cháng)、沉降情況。
1. 4 分析方法
從兩個(gè)裝置中分別取樣,監測水中TOC、溶解氧(DO)、污泥的脫氫酶活性和胞外聚合物含量(EPS)。TOC 采用TOC 測定儀(TOC-VCPH, SHIMADZU, Japan) 進(jìn)行測定。DO 采用便攜式溶氧儀( HI 9146,HANNA, Italy)進(jìn)行測定。脫氫酶采用氯化三苯基四氮唑(TTC)比色法進(jìn)行測定。污泥EPS 的提取方法為低溫熱提取法 。EPS 包括多糖和蛋白質(zhì)兩個(gè)部分,其中多糖采用硫酸苯酚法,蛋白質(zhì)采用修正的Lowry 法進(jìn)行測定。
2 結果分析與討論
2. 1 壓力對污泥耐鹽馴化過(guò)程中有機物降解的影響
耐鹽馴化過(guò)程中,污泥初始沉降比(SV30 )約18% ,同時(shí)2 個(gè)系統初始污泥濃度(MLSS)為2 500 mg·L - 1 左右。如圖2 所示,污泥在加壓和常壓實(shí)驗裝置中經(jīng)耐鹽馴化后,即使在5% 的高鹽度下,仍可達到75% 以上的有機物去除率。馴化過(guò)程中,在每個(gè)鹽度梯度的開(kāi)始階段TOC 去除率出現波動(dòng),且在0. 5% 和1. 5% 鹽度階段加壓體系的下降幅度更大。隨著(zhù)耐鹽馴化的進(jìn)行,有機物降解效率開(kāi)始緩慢回升。即系統內鹽度的瞬間增加對系統的有機物降解起到抑制作用。隨著(zhù)馴化時(shí)間的延長(cháng),微生物逐漸適應了環(huán)境,有機物降解效率開(kāi)始緩慢恢復。常壓對比裝置的TOC 去除率規律與于德爽等在17. 5% 高鹽度下的污泥馴化初期和污泥形成期的規律一致。
由圖2 可以發(fā)現,在馴化過(guò)程進(jìn)入3. 5% 鹽度階段之前,常壓的TOC 去除率高于加壓。而當馴化鹽度超過(guò)3. 5% 后,加壓體系的TOC 去除率高于常壓這可能與高鹽度導致的廢水黏度增加[20] 有關(guān)。高黏度可以降低溶解氧的擴散,從而阻礙曝氣過(guò)程氧從氣相向液相的轉移。對于常壓系統,當鹽度達3. 5% 及以上時(shí)此問(wèn)題尤為突出,而加壓系統由于壓力可成倍提高溶氧速率,從而可有效緩解高黏度對溶氧過(guò)程的影響,促進(jìn)有機物去除率的提高。
2. 2 壓力對耐鹽馴化過(guò)程中污泥脫氫酶活性的影響
有機物在生物體內的氧化往往是通過(guò)脫氫來(lái)完成,污泥脫氫酶活性高低直接關(guān)系到有機物降解速率。本文在每個(gè)鹽度梯度出水TOC 穩定后,通過(guò)測定污泥脫氫酶活性,分析污泥耐鹽馴化過(guò)程中,0. 3MPa 壓力環(huán)境對污泥脫氫酶活性影響。結果如圖3 所示。污泥脫氫酶活性在活性污泥系統穩定后通過(guò)3次平行實(shí)驗獲得,單位為T(mén)F mg·(g 活性污泥·h) - 1 ,。當鹽度梯度在2. 5% 以?xún)葧r(shí),隨著(zhù)鹽度上升,污泥脫氫酶活性呈下降趨勢,這與崔有為等 研究相一致;當鹽度進(jìn)入3. 5% 以后,污泥脫氫酶活性提高。有研究表明當鹽度在3% 左右時(shí),系統有機物去除效率較差 。一方面,針對普通活性污泥系統非耐鹽菌而言,3% 左右的鹽度已足以抑制其活性,因此,當鹽度梯度在3% 以?xún)葧r(shí),隨著(zhù)鹽度的提高,以非耐鹽菌為主體的活性污泥受到的抑制作用不斷加強,脫氫酶活性下降;而另一方面,3% 的鹽度對于中等嗜鹽菌又較低,不足以滿(mǎn)足其最佳生存條件 ,因此,該鹽度下活性污泥總體脫氫酶活性顯著(zhù)降低。此后隨著(zhù)鹽度的進(jìn)一步升高,馴化過(guò)程活性污泥嗜鹽菌和耐鹽微生物比例增加,而嗜鹽菌的大多數酶在高鹽環(huán)境下有較高的活性且較穩定 ,因此高鹽度抑制作用減少,嗜鹽菌活性增強,3. 5% 及5. 0% 鹽度階段系統整體脫氫酶活性上升。
比較圖3 和圖2 可知,耐鹽馴化過(guò)程中活性污泥的脫氫酶活性與TOC 去除率具有較好的一致性,兩者均以3% 左右鹽度為分界,當鹽度達到3. 5% 及以上時(shí),加壓活性污泥脫氫酶活性及TOC 去除率均反超常壓,可見(jiàn)加壓溶氧體系可克服高鹽度對好氧生物處理過(guò)程供氧的不利影響,在處理高鹽度廢水時(shí)其優(yōu)勢更為突出。
2. 3 壓力對污泥耐鹽馴化過(guò)程中胞外聚合物( EPS) 的影響
胞外聚合物(EPS) 是污泥的主要有機組成部分,它影響著(zhù)微生物聚合以及絮體的表面性能。本文在每個(gè)鹽度階段出水TOC 穩定后,通過(guò)3 次平行實(shí)驗測定污泥的EPS,結果如圖4 所示�；钚晕勰嘣隈Z化過(guò)程中隨著(zhù)鹽度的 升高EPS 含量較為穩定,但當鹽度達到5% 時(shí),系統的EPS含量有所升高。EPS 的產(chǎn)生量不僅與微生物自身所處生長(cháng)階段有關(guān),而且與外界環(huán)境的脅迫狀況有關(guān)。有研究表明,在活性污泥梯度耐鹽馴化過(guò)程中存在一個(gè)鹽度上限,一般在30 ~ 50 g·L - 1[25] 。在5% 高鹽度環(huán)境中,微生物應激產(chǎn)生更多的EPS 以使微生物細胞體免受高鹽損害。
由圖4 還可知,加壓系統的EPS 含量總是小于常壓,即0. 3 MPa 的壓力減少了耐鹽馴化體系的EPS。EPS 占活性 污泥的80% 左右,EPS 的減少可能會(huì )促進(jìn)污泥減量 。加壓活性污泥法較低的EPS 含量可減少剩余污泥產(chǎn)出 ,可能是實(shí)現原位污泥減量的重要原因之一。具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結論
1)在壓力環(huán)境下活性污泥可采用逐步提高鹽濃度的梯度鹽度馴化方法進(jìn)行馴化。經(jīng)馴化后活性污泥即使在5% 的高鹽度下仍可達到75% 以上的有機物去除率。
2)在梯度鹽度馴化過(guò)程中,當鹽度達3. 5% 及以上,加壓溶氧可減緩鹽度升高時(shí)廢水高黏度對溶氧的負面影響,促進(jìn)有機物好氧降解,TOC 去除率及污泥脫氫酶活性均高于常壓。
3)梯度耐鹽馴化過(guò)程中的活性污泥EPS 含量較穩定。加壓環(huán)境下污泥EPS 含量低于常壓,這可能是加壓活性污泥法可以實(shí)現原位污泥減量的重要原因之一。
