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好氧颗粒污泥处理高含盐废水研究
更新时间:2016-10-26 来源:《环境科学》 作者:汪善全,原媛,孔云华,竺建荣

摘要:试验采用序批式摇床反应器(SSBR)在高含盐废水中利用不同类型接种污泥培养出了好氧颗粒.结果表明, 好氧颗粒污泥能够有效处理高含盐废水并且具有很好的抗盐度冲击能力.当废水盐度小于10 g L NaCl 并且进水基质为葡萄糖时, 利用好氧颗粒污泥处理该废水可以取得70.3%~ 97.6 %的TOC 去除率.当进水盐度达到35 g L NaCl 并且进水基质为难降解Vc 废水时, 利用好氧颗粒污泥处理该含盐废水能够取得与相同基质相同运行条件下淡水废水中相似的70% 的TOC 去除率.试验在含盐废水中得到了粒径为0.5~ 3 mm 的好氧颗粒污泥, 其沉降速度大大高于淡水对照组中得到的好氧颗粒污泥沉降速度.相对淡水对照组中好氧颗粒污泥, 含盐废水中好氧颗粒具有污泥产率更低、污泥活性(OUR)更高、颗粒稳定性更好的优势.从不同接种污泥类型来看, 好氧絮状污泥和厌氧颗粒污泥接种都能快速实现污泥好氧颗粒化, 但絮状污泥接种实现好氧颗粒化所需的时间更短.另外, 在相同运行条件下, 接种好氧絮状污泥反应器取得的TOC 去除效果优于接种厌氧颗粒污泥反应器, 但厌氧颗粒污泥接种具有更强的抗盐度冲击能力。

工业生产中很多环节会产生高含盐废水, 如印染、造纸、化工、农药、采油、海产品加工以及各种循环水等[ 1] , 而且这些废水中通常会含有高浓度有机污染物, 直接排放会对环境造成严重污染.但是, 由于盐度影响污水处理系统中微生物的生物活性, 因此, 传统的活性污泥法并不能有效处理含盐废水[ 2] .

针对这一问题,Woolard 等[ 3] 在生物膜反应器中接种嗜盐菌实现了对高含盐废水的有效处理, 但接种嗜盐菌会受到反应器中土著微生物竞争的影响从而带来稳定性问题.因此, 对高含盐废水的高效处理还有待开发一种既能有效去除含盐废水中有机污染物又能实现稳定运行的新工艺.目前, 好氧颗粒污泥技术已成为国内外研究的热点, 它是将生物自絮凝原理应用于好氧反应器, 使好氧絮状污泥在一定工艺条件下实现好氧颗粒化.好氧颗粒污泥具有沉降性好、抗负荷冲击能力强、持留生物量高以及脱氮除磷效果好等优点[ 4 ~ 6] , 而且它还能集不同性质微生物(好氧、兼氧和厌氧微生物)于一体, 因此好氧颗粒污泥能够有效处理各种难降解工业废水.目前, 国内外关于实际废水中好氧颗粒污泥的培养主要是集中在一些与食品工业相关的易生物降解废水[ 7] , 而利用好氧颗粒污泥处理高含盐废水的报道还没有.因此, 本试验利用SSBR 反应器分别接种好氧絮状污泥及厌氧颗粒污泥来研究含盐废水中好氧颗粒污泥的形成及其对高含盐废水中有机物去除效果的影响.

1  材料与方法

1.1  试验水质及装置

反应器启动时进水基质为葡萄糖人工配水,COD 控制在900 ~ 1 200 mg L .含盐废水通过向配得的淡水废水中直接投加定量NaCl 的方式得到, 盐度小于10 g L NaCl 时, 每次配水盐度增长梯度为2 g LNaCl , 以后每次盐度增长梯度为3 g L NaCl 或5 g LNaCl .当反应器系统中盐度达到13 g L NaCl 以后, 由于颗粒污泥中出现丝状微生物的生长, 试验将进水基质由葡萄糖人工配水改为难生物降解的Vc 制药废水.对Vc 制药废水进行GC MS 水质分析表明[ 8] ,此废水主要由大量环状及长直链结构有机物组成,属难生物降解废水, 该废水对丝状微生物和菌胶团的底物亲和常数KS 都很低, 从而最终有效控制了好氧颗粒污泥中丝状微生物的生长.试验中Vc 废水COD 控制在1 000 ~ 1 500 mg L.

反应装置采用3 个SSBR 反应器[ 9] , 分别标记为图1  试验装置Fig .1 Schematic representation of the bioreactorR1 、R2 、R3 , 如图1 所示.R1 、R2 反应器处理含盐废水, 其中R1 反应器接种好氧絮状污泥, R2 反应器接种厌氧颗粒污泥.R3 反应器为淡水对照组, 接种污泥为好氧絮状污泥, 进水基质与R1 、R2 相同, 不同之处在于R3 反应器进水中不含高盐分.反应系统采用序批式操作, 周期为12 h , 分别为进料5 min , 曝气710 min , 沉降1 min , 排水4 min .反应器温度采用恒温控制箱设定在25 ℃±1 ℃, 为保证反应器充分供氧, 摇床振荡速率控制在160 r min .

1.2  分析方法

试验中TOC 采用ELEMENTAL 分析仪.MLSS 、VSS 、SVI 测定均采用标准方法[ 10] .好氧颗粒污泥活性采用耗氧呼吸速率(OUR)表示, 测量方法见文献[ 11] , 测试污水为充分曝气的各实际进水.污泥观察采用Olympus BX412 型光学显微镜并采用配套的Olympus C5050 Zoom 数码相机进行拍照.颗粒污泥沉降速度测定方法见文献[ 12] .

好氧颗粒污泥剖面微观结构采用FEI QUANTA200 型电镜观察, 观察样品预处理方法如下:①戊二醛-锇酸双固定;②乙醇脱水;③乙酸异戊脂置换;④二氧化碳临界点干燥(CPD030 Critical Point Dryer);⑤离子溅射金(SCD005 Sputter Coater);⑥观察、照相.

2  结果与讨论

2.1  好氧颗粒污泥对高含盐废水中有机物的去除

试验中, 各SSBR 反应器在污泥接种后很快完成好氧颗粒化.接种好氧絮状污泥的R1 、R3 反应器在运行1 周后出现大量好氧颗粒, 运行2 周后实现完全颗粒化.接种厌氧颗粒污泥的R2 反应器首先经历了厌氧颗粒污泥的解体和向好氧污泥转变的过程, 并且试验观察到原厌氧颗粒污泥泥核在后续好氧颗粒化过程中充当了好氧颗粒的晶核,R2 反应器在污泥接种5 周后就实现了完全好氧颗粒化.试验运行的初始30 d , 各反应器进水基质为葡萄糖人工配水, 其中淡水对照组R3 在处理含盐废水的R1 、R2反应器启动1 周后开始运行.各反应器中TOC 去除率如图2 所示.

由图2 可以看出, 当处理含盐废水的R1 、R2 反应器进水盐度小于10 g L NaCl 、进水基质为葡萄糖人工配水并且系统实现稳定运行时, 利用好氧颗粒污泥处理该废水可以取得70.3 % ~ 97.6 %的TOC去除率, 平均去除率为85 %, 高于在传统活性污泥系统中盐度为5 g L NaCl 条件下报导的70 %去除率水平[ 13] .虽然接种好氧絮状污泥的R1 反应器所持留的污泥量(3.4 g L)低于接种厌氧颗粒污泥的R2反应器所持留的污泥量(4.6 g L), 但R1 反应器的TOC 去除效果优于R2 反应器.主要原因有2 点:一方面,R1 中絮状污泥在接种后很快实现好氧颗粒化并进入稳定运行阶段, 而接种厌氧颗粒污泥的R2反应器正处于污泥形态转变阶段, 污泥因惰性成分比例较大从而其有效生物量可能低于R1 反应器,并最终导致TOC 去除率不高;另一方面, 由整个试验过程中各反应器TOC 去除率的对比可知, 接种好氧絮状污泥处理含盐废水在有机物去除效率方面始终优于厌氧颗粒污泥接种.当R1 、R2 反应器中盐度由10 g L NaCl 上升到13 g L NaCl 时, 处理含盐废水的R1 、R2 反应器都经历了处理效果的聚降, TOC 去除率分别由85.1 %和88.6 %降到46.2 %和49.1 %.

Ventosa 等[ 14] 通过研究发现, 微生物按照耐盐度可以分为2 大类:非嗜盐菌和嗜盐菌, 其中非嗜盐菌适宜在盐度为10 g L NaCl 以下生长, 嗜盐菌可以在盐度为10 g L NaCl 以上很好生长, 而且嗜盐菌又可以分为轻度嗜盐菌(10 ~ 30 g L NaCl)、中度嗜盐菌(30 ~150 g L NaCl)和极度嗜盐菌(高于150 g L NaCl)3 类.当进水盐度低于10 g L NaCl 时,R1 、R2 反应器中微生物主要由嗜盐菌和非嗜盐菌共同组成.当盐度超出10 g L NaCl 时,R1 、R2 中大部分非嗜盐菌已不再适宜进水盐度, 其活性受到抑制, 这使得原本在反应器中占优势地位的非嗜盐菌对反应器中TOC去除率的贡献剧减, 从而导致反应器整体TOC 去除率的大幅度下降.由图2 中标记的盐度变化对应TOC 去除率变化可知, 随着R1 、R2 反应器运行的进行, 两者TOC 的去除能力在逐渐恢复.其中值得注意的是, 接种厌氧颗粒污泥的R2 反应器很快恢复到盐度变化前的水平, TOC 去除率达到了79.9 %,而R1 反应器只恢复了10 %的TOC 去除率, 远远低于盐度变化前85.1 %的TOC 去除水平, 将此结果结合后续冲击试验结果可知, 处理高含盐废水时, 厌氧颗粒污泥接种得到的好氧颗粒污泥抗盐度冲击能力优于好氧絮状污泥接种得到的好氧颗粒.

版权、出处:《环境科学》

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