简介： 海水冲厕是一项具有重大节水意义的工程。针对所产生的含盐生活污水的处理,试验研究NaCl盐度对活性污泥处理系统的综合影响。分别研究不同盐度驯化下活性污泥的生长、有机物降解和去除情况、SBR反应系统内溶解氧随时间的变化以及污泥沉降性等。试验结果表明,NaCl盐度影响了微生物的生长,降低有机物降解速率和去除率,但是却增强了细胞的溶胞作用和微生物的呼吸作用。
关键字：海水冲厕 活性污泥 含盐污水 盐度
1 引言
海水代用在城市生活中主要用于冲洗道路和器具、冲洗厕所、消防和游泳等方面。其中以海水冲厕应用最广,用水量最大[1]。针对这些实践所产生的含盐污水的处理,国内外采用各种处理工艺进行研究Hamoda和Al Atar [2]利用完全混合式反应器研究了盐度对活性污泥处理效率的影响;Lawton和Eggert [3]利用滴滤池研究盐度对生物膜的影响;Mills和Wheatland [4]使用渗滤器处理含盐生活污水;Steward [5]等用延时曝气系统处理含盐废水。然而,研究的结果不很一致。为此有必要研究盐度对活性污泥处理系统的综合影响。
2 试验器材与方法
采用实际生活污水,用NaCl将进水配成0、5、1015、20、25、30和35ｇ/Ｌ等盐度水平。试验采用3个平行的SBR反应器,3个反应器接种等量的来自市政污水处理厂二沉池的回流污泥,分别以3个不同的进水CODcr浓度进行驯化,即人为的将进水CODcr浓度调为740mg/Ｌ(称为高有机物浓度)、320mg/Ｌ(称为中有机物浓度)、150mg/Ｌ(称低有机物浓度)。然后按逐渐升高的NaCl盐度(以下简称盐度)对3个反应系统进行盐度驯化,在每个盐度水平驯化结束后的稳定运行期间进行试验。研究不同盐度驯化下活性污泥生长、有机物去除率、溶解氧浓度及出水悬浮固体浓度。试验保证污泥浓度基本相同。充分供气。温度控制在(20±2)℃。
3 试验结果与分析
3.1 盐度对活性污泥生长的影响
图1 各盐度下生长曲线
从图1可以看出盐度对活性污泥生长的影响。随着盐度的增加,各盐度驯化稳定运行系统的生长曲线的适应期变长、对数增长期的生长速率变慢、减速生长期的历时变长。适应期变长可能是由于接种到新鲜培养基上后,微生物并不能立即生长繁殖,要经过一定时间的调整和适应,以合成多种酶,并完善体内的酶系统和细胞的其它成分。而在高盐环境下酶的合成受到限制,合成速度下降或微生物产生新的酶系统,这些都要耗费时间。尽管在对数生长期微生物处在过剩的营养状态下,有最大的能量水平,以最大的速度生长。但对数增长期增长速率变慢,这可能由于高盐环境下微生物一方面要抵御外在的不良环境,需要耗费能量调整自身的代谢途径或分泌胞外多聚物抵御外界不良的环境因子的作用;另一方面,需要能量合成自身生长所需的物质。这样造成能量的分配,使用于生长繁殖的能量相对减少,造成自身生长速率变小,世代时间变长。减速生长期历时变长可能是由于微生物利用底物的速率下降和高盐条件下微生物的存活率下降共同导致营养物质的剩余所致。
3.2 盐度对系统溶解氧的影响
图2是SBR反应器内曝气处理期间DO随时间的变化曲线。可以看出DO的时间曲线总体趋势大体相同,大体上出现两个平台和两个跳跃,两个平台和两个跳跃交替分布。由于溶解氧浓度是供氧速率和耗氧速率的差值,所以在供氧速率相同的情况下,溶解氧浓度间接的反映了耗氧的情况。DO时间曲线的第2个平台标志着易降解有机物降解的结束,此时微生物的内源呼吸的耗氧速率与供氧速率相等,DO出现新的平衡,进入内源呼吸期。对于第2个平台,随着盐度的升高溶解氧的水平值也变低。这表明耗氧速率随盐度的升高而增加。由于在内源呼吸期微生物的耗氧主要用于内源呼吸,所以随着盐度的升高,微生物的呼吸速率加快。造成这种现象的原因可能是由于高盐对处理微生物的抑制作用导致的呼吸作用加强的缘故。Ludzack和Noron [6]的研究表明,随着盐度的增长,处理系统的比耗氧速率也增长。而且,研究发现驯化的活性污泥系统的比耗氧速率高于相同盐度下未经驯化的污泥系统。总之,在高的渗透压条件下,微生物耗氧速率增加。耗氧速率的增加不是为了有机物的降解,而是为了能够抵御高盐环境所产生的阻害作用。
图2 各盐度下SBR内DO时间曲线
3.3 盐度对有机物降解的影响
从图3～6可以看出盐度对有机物去除率的影响。总体上随着盐度的上升,有机物的去除率下降。但既使在盐度达到35ｇ/Ｌ的情况下,中、高有机物浓度处理系统只要驯化时间足够长,盐度保持稳定,去除率仍可达到70%以上。可见处理高盐污水时,驯化活性污泥是系统处理取得成功的一个必要的因素,活性污泥只有经过一定时间的驯化才能使处理效果稳定。这一结果与杨健和王士芬使用SBR处理高含盐石油发酵废水得出的结论相似,但和张雨山等研究的结果不同。张雨山等用传统活性污泥法处理含盐污水,活性污泥虽然经过驯化,但是当海水占生活水100%时,处理失败。这一结果的不同可能和不同反应器有关。由于采用不同的处理单元,微生物对盐度的耐受程度也不一样。SBR本身具有耐冲击和存在浓度梯度的优点是一个不容忽视的原因。在高盐驯化过程中,一方面活性污泥微生物生态进行选择,能够适应高盐环境的微生物生存下来,使自身的酶系统适应恶劣环境,并将这种变异遗传给子代,使种族得以繁殖;另一方面,高盐驯化刺激了海盐菌的生长。由于海洋盐菌能够忍耐高的盐度,且多数为异氧型菌自身不具备合成能力,其所需的营养物质必须通过外界获得。且随着盐度的升高,其营养需求也增高。但是在高盐条件下,一方面,一些不适应高盐环境的细菌迅速死亡溶解,使废水中营养物质充足;另一方面,生活污水本身就具有十分丰富的营养。所以能满足海洋菌对营养的需求。在营养充足的条件下,海洋菌生长和繁殖很快,成为高盐条件下的优势菌属。驯化过程给海洋菌的充足的选择时间。由此可见,活性污泥的驯化过程就是使代谢方式逐渐适应高盐环境,并使耐盐菌大量繁殖的过程。
图3 盐度对高浓度污水去除率的影响
从图中可以看出盐度对有机物降解速率的影响。总体上,随着盐度的升高,有机物降解速率下降。这一现象可由两个原因解释,其一可能是盐度抑制了污水处理微生物的活性。由于盐度的增加,盐析作用增强,脱氢酶的活性下降,微生物本身活性受阻,新陈代谢作用减缓;其二可能是由于盐度的增加,细胞的溶胞作用加强,细胞组分大量释放。而细胞组分的释放有一个延续过程,其连续释放使降解速率相对变低,这可由图6看出。由于图6是基于低进水浓度有机物的降解曲线,由于进水CODcr较低,所以溶胞作用对去除的影响很容易被看到。可以看出无盐系统CODcr在反应3ｈ会有一个相对较小的跳跃,而含盐系统在处理进行至2ｈ,污水CODcr的值就有一个较大的跳跃。这是因为随着盐度的升高,细胞的溶胞作用也在加强的缘故。具体表现在溶胞量加大,速度变快。
图4 盐度对中浓度污水去除率的影响
图5 盐度对低浓度污水去除率的影响
图6 盐度对低浓度污水有机物降解速率的影响
由于盐度降低了有机物的降解速率,因此高盐条件下有机物去除率还可能和曝气时间有关。可以看出,曝气时间的确影响着有机物的去除效率。随着曝气时间的增加,有机物的去除率也在增加,但就这3个进水有机物浓度而言,超过5ｈ,随着曝气时间的增加有机物的去除率升高很缓慢。就经济考虑,通过延长曝气时间来提高高盐有机物的去除率是不可取的。
3.4 盐度对ESS的影响
试验发现无机盐使ESS增加,如图7。造成ESS升高的原因可能是由于:(1)高盐污水的理化性质。由于高盐污水是一个密度较高的分散溶液体系含多种有机物和无机物的复杂溶液体系,因此不容易沉降。(2)盐度促进细胞的分解。在高盐条件下,细胞很容易水解,其组分的释放也将使出水悬浮固体浓度增高。(3)与活性污泥微生态有关。在研究中发现,随着盐度的升高,微生物的生态组成发生改变。一个表现为原生动物的消失。因此对ESS有很大的影响。
图7 盐度对ESS的影响
3.5 盐度对污泥指数(SVI)的影响
盐度影响污泥的沉降性,使SVI变小(图8)。在运行中未发生污泥膨胀现象。这可能和污泥结构的改变有关。无盐条件下,丝状菌交织分布构成骨架,菌胶团附着其上形成絮凝体,重复上述过程形成更大的絮凝体。而随着盐度的增加,镜检发现丝状菌的数量逐渐减少几乎消失。这必将造成污泥构型的改变,从而改变污泥的沉降性能。
图8 盐度对SVI的影响
4 结论
(1)随着盐度的升高,活性污泥的生长受到影响。其生长曲线的变化表现在:适应期变长;对数增长期的生长速度变慢;减速生长期的历时变长。
(2)盐度加强了微生物的呼吸作用和细胞的溶胞作用。
(3)盐度降低了有机物的可生物降解性和可降解程度。使有机物的去除率和降解速率下降。虽然延长曝气时间可以提高有机物的去除效率,但是超一定时间,随着曝气时间的增加有机物去除率的升高缓慢。就经济考虑,通过延长曝气时间来提高高盐有机物去除率的方法不可取。
(4)无机盐使活性污泥的沉降性加强。随着盐度的增加,污泥指数下降。
(5)处理高盐污水驯化活性污泥是处理系统取得成功的一个必要手段。活性污泥的驯化过程就是使微生物代谢方式逐渐适应高盐环境,并使耐盐菌大量繁殖的过程。
参考文献
1 尤作亮等.海水直接利用及其环境问题分析.给水排水.1998.24(3):64～65.
2 ＨａｍｏｄａＭＦａｎｄＡｌ Ａｔｌａｒ.(1995)ＥｆｆｅｃｔｏｎＨｉｇｈＳｏｄｉｕｍＣｈｌｏｒｉｄｅＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｎＡｃｔｉｖａｔｅｄＳｌｄｕｇｅＴｒｅａｔｍｅｎｔ.Ｗａｔ.Ｓｃｉ.Ｔｅｃｈ.,31(9):61～72.
3 Ｇ.Ｗ.ＬａｗｔｏｎａｎｄＥ.Ｖ.Ｅｇｇｅｒｔ,(1966)ＳｏｍｅＥｆｆｅｃｔｏｆＨｉｇｈＳｏｄｉｕｍ
ＣｈｌｏｒｉｄｅＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｎＴｒｉｃｋｌｉｎｇＦｉｌｔｅｒＳｌｉｍｅｓ.ＳｅｗａｇｅＩｎｄ.Ｗａｓｔｅｓ,29.121～128.
4 Ｅ.Ｖ.ＭｉｌｌｓａｎｄＡ.Ｂ.Ｗｈｅａｔｌａｎｄ,(1962).ＥｆｆｅｃｔｏｆＳａｌｉｎｅＳｅｗａｇｅｏｎｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰｅｒｃｏｌａｔｉｎｇＦｉｌｔｅｒｓ.ＷａｔｅｒＷａｓｔｅＴｒｅａｔｍｅｎｔ,9.170～172.
5 Ｊ.Ｓｔｅｗａｒｔ,Ｈ.Ｆ.Ｌｕｄｗｉｎｇ,ａｎｄＷ.Ｈ.Ｋｅａｒｎｓ,(1962)ＥｆｅｃｔｏｆＶａｒｙｉｎｇＳａｌｉｎｉｔｙｏｎＥｘｔｅｎｄｅｄＡｅｒａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓ.Ｊ.ＷａｔｅｒＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＦｅｄｅｒａｔｉｏｎ,34,1131～1177.
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作者通讯处 崔有为 100022 北京工业大学环境与能源学院电话 (010)67392627Ｅ ｍａｉｌ ｅｎｖｉｒｏｔｔｏ@163.ｃｏｍ2003-03-20收稿
国家十五科技攻关项目(2001ＢＡ610Ａ 09)及北京市自然科学基金资助项目(8002005)1