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(wèn)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(shuō)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(guò)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(kāi)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(jiàn)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(lái)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(guò)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(guò)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。

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?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(guò)高時(shí)，因微生物增長(zhǎng)速率過(guò)高而導(dǎo)致粒徑增長(zhǎng)過(guò)大，底物傳質(zhì)受到影響，顆粒內(nèi)核開(kāi)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(guò)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(guò)程中獲得能量，主要還是從對(duì)有機(jī)物的同化作用來(lái)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(guò)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。總體來(lái)說(shuō)，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(guò)程包括[13]：氨氮→羥胺→亞硝氮→硝氮。這一過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程，需要消耗有機(jī)物來(lái)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(guò)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。

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?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(guò)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(jiàn)，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(guò)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(guò)低時(shí)，好氧區(qū)域過(guò)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(jiàn)污水技術(shù)資料更多相關(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(guò)高或過(guò)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(guò)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(guò)高或過(guò)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%。