高鹽度廢水主要來源于染料、農藥、醫藥制品以及榨菜等生產工藝產生的化工廢水和海水代用廢水。這類廢水含有油類、有機物、放射性物質,以及Na + 和Ca2 + 等溶解性無機鹽物質,離子強度大,一般微生物難以生長繁殖,是目前較難處理的廢水之一。

　　常見的高鹽度有機廢水處理方法主要包括物理化學法和生物化學法。物理化學法主要采用的方法有反滲透法、電化學法等,此類方法可進行常規處理 ,但是其能源消耗大、啟動運行成本高;生物化學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行污泥耐鹽馴化,經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。此類方法在高濃度、高鹽度廢水處理上有較好的應用前景,但關于加壓環境下微生物耐鹽馴化過程的研究很少。本文采用逐步提高鹽濃度的耐鹽馴化方法進行加壓環境下污泥的耐鹽馴化,探討0. 3 MPa 壓力環境下活性污泥耐鹽馴化過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　實驗部分

　　1. 1　實驗裝置

　　實驗裝置如圖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打入加壓和常壓裝置中,直至達到進泥閥的液位。裝置以SBR 方式運行,系統排水比為1 ∶ 2,每個周期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。控制加壓表壓為0. 3 MPa,水溫(25 ± 3) ℃ 。

表1　無鹽模擬廢水的具體成分 / (mg·L - 1 )

　　1. 2　實驗用水

　　實驗采用模擬廢水,無鹽模擬廢水成分見表1。SBR 每周期換水后裝置內初始廢水水質: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

　　實驗所用污泥取自南京某污水處理廠,通過無鹽模擬廢水培養至恢復活性后,實驗待用。

　　將普通活性污泥同時打入常壓和加壓SBR 實驗裝置中。首先以無鹽度廢水穩定運行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% ) 的方法對兩個系統進行污泥的耐鹽馴化。馴化過程視系統出水TOC 的穩定情況,逐步提高進水含鹽量,每個鹽度下的馴化期在15 d 左右,馴化期共71 d。每天檢測常壓、加壓系統進出水的TOC、沉降比(SV30 )以及兩個系統的污泥濃度(MLSS)和系統水溫,考察馴化過程中活性污泥廢水處理效果及生長、沉降情況。

　　1. 4　分析方法

　　從兩個裝置中分別取樣,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) 進行測定。DO 采用便攜式溶氧儀( HI 9146,HANNA, Italy)進行測定。脫氫酶采用氯化三苯基四氮唑(TTC)比色法進行測定。污泥EPS 的提取方法為低溫熱提取法 。EPS 包括多糖和蛋白質兩個部分,其中多糖采用硫酸苯酚法,蛋白質采用修正的Lowry 法進行測定。

　　2　結果分析與討論

　　2. 1　壓力對污泥耐鹽馴化過程中有機物降解的影響

　　耐鹽馴化過程中,污泥初始沉降比(SV30 )約18% ,同時2 個系統初始污泥濃度(MLSS)為2 500 mg·L - 1 左右。如圖2 所示,污泥在加壓和常壓實驗裝置中經耐鹽馴化后,即使在5% 的高鹽度下,仍可達到75% 以上的有機物去除率。馴化過程中,在每個鹽度梯度的開始階段TOC 去除率出現波動,且在0. 5% 和1. 5% 鹽度階段加壓體系的下降幅度更大。隨著耐鹽馴化的進行,有機物降解效率開始緩慢回升。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。隨著馴化時間的延長,微生物逐漸適應了環境,有機物降解效率開始緩慢恢復。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 可以發現,在馴化過程進入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。高黏度可以降低溶解氧的擴散,從而阻礙曝氣過程氧從氣相向液相的轉移。對于常壓系統,當鹽度達3. 5% 及以上時此問題尤為突出,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程的影響,促進有機物去除率的提高。

　　2. 2　壓力對耐鹽馴化過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脫氫來完成,污泥脫氫酶活性高低直接關系到有機物降解速率。本文在每個鹽度梯度出水TOC 穩定后,通過測定污泥脫氫酶活性,分析污泥耐鹽馴化過程中,0. 3MPa 壓力環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3次平行實驗獲得,單位為TF mg·(g 活性污泥·h) - 1 ,。當鹽度梯度在2. 5% 以內時,隨著鹽度上升,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,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% 以內時,隨著鹽度的提高,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降低。此后隨著鹽度的進一步升高,馴化過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,加壓活性污泥脫氫酶活性及TOC 去除率均反超常壓,可見加壓溶氧體系可克服高鹽度對好氧生物處理過程供氧的不利影響,在處理高鹽度廢水時其優勢更為突出。

　　2. 3　壓力對污泥耐鹽馴化過程中胞外聚合物( EPS) 的影響

　　胞外聚合物(EPS) 是污泥的主要有機組成部分,它影響著微生物聚合以及絮體的表面性能。本文在每個鹽度階段出水TOC 穩定后,通過3 次平行實驗測定污泥的EPS,結果如圖4 所示。活性污泥在馴化過程中隨著鹽度的　升高EPS 含量較為穩定,但當鹽度達到5% 時,系統的EPS含量有所升高。EPS 的產生量不僅與微生物自身所處生長階段有關,而且與外界環境的脅迫狀況有關。有研究表明,在活性污泥梯度耐鹽馴化過程中存在一個鹽度上限,一般在30 ~ 50 g·L - 1[25] 。在5% 高鹽度環境中,微生物應激產生更多的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 的減少可能會促進污泥減量 。加壓活性污泥法較低的EPS 含量可減少剩余污泥產出 ,可能是實現原位污泥減量的重要原因之一。具體參見污水寶商城資料或http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

　　3　結論

　　1)在壓力環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行馴化。經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)在梯度鹽度馴化過程中,當鹽度達3. 5% 及以上,加壓溶氧可減緩鹽度升高時廢水高黏度對溶氧的負面影響,促進有機物好氧降解,TOC 去除率及污泥脫氫酶活性均高于常壓。

　　3)梯度耐鹽馴化過程中的活性污泥EPS 含量較穩定。加壓環境下污泥EPS 含量低于常壓,這可能是加壓活性污泥法可以實現原位污泥減量的重要原因之一。