張雨山 王靜 蔣立東 徐梅生(國(guó)家海洋局海水淡化與綜合利用研究所)
顧平 李方方 (天津大學(xué)建工學(xué)院) 摘 要 研究了海水進(jìn)入城市污水系統(tǒng)后，不同海水鹽度下傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)的COD去除率、耗氧率、基質(zhì)氧利用率的變化。結(jié)果表明，進(jìn)水中海水比例小于36%時(shí)，鹽度并沒(méi)有降低系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除效率，應(yīng)用該法處理含鹽廢水是可行的。海水比例超過(guò)48%時(shí)則不然，COD去除率顯著降低，出水COD超過(guò)50mg/L。
關(guān)鍵詞 海水沖廁 鹽度 城市污水 傳統(tǒng)活性污泥法 海水是取之不盡的水資源，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視海水直接利用技術(shù)的研究。目前香港沖廁用水的70%是利用海水，利用海水作為大生活用水可代替35%左右的城市生活用淡水，具有非常重要的節(jié)水意義。同時(shí)，因?yàn)楹Ｋ暮}量很高，大生活用海水進(jìn)入城市污水系統(tǒng)后必然會(huì)對(duì)原來(lái)的生化處理系統(tǒng)帶來(lái)影響，甚至使其不能正常運(yùn)行，故采用傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)研究海水鹽度對(duì)城市污水處理的影響，可為實(shí)際運(yùn)行提供有意義的理論數(shù)據(jù)。 1 試驗(yàn)部分 1.1 試驗(yàn)流程
采用四個(gè)完全混合式連續(xù)流活性污泥反應(yīng)器(見(jiàn)圖1)，由有機(jī)玻璃制成，每個(gè)分成兩格，一格為曝氣區(qū)，另一格為沉降區(qū)，兩格之間由可調(diào)節(jié)的滑板隔開(kāi)。四組裝置編號(hào)分別為1、2、3、4，各池運(yùn)行參數(shù)按表1控制。 
表1 各池運(yùn)行控制參數(shù)| 項(xiàng)目 | 1 | 2 | 3 | 4 | | 總?cè)莘e（L） | 19 | 21 | 23 | 25 | | 曝氣池容積（L） | 11.72 | 12.96 | 14.19 | 15.43 | | 沉淀池容積（L） | 7.28 | 8.04 | 8.81 | 9.57 | | 流量Q（mL/min) | 32.60 | 36.80 | 39.40 | 42.90 | | 進(jìn)水COD（mg/L） | 420 | 340 | 260 | 180 | 1.2 試驗(yàn)用水
所用污水按海水在污水中所占比例分別為0%、12%、24%、36%配制。取海水鹽度為3.5%，即海水的總含鹽量為35000mg/L，氯離子含量為19000mg/L，不同階段污水中的含鹽量及其氯離子含量如表2所示。污水成分如表3所示。 表2 各比例海水對(duì)應(yīng)含鹽量| 海水所占比例 | 12% | 24% | 36% | 48% | 60% | | 含鹽量（mg/L) | 4200 | 8400 | 12600 | 16800 | 21000 | | 含Cl-(mg/L) | 2280 | 4500 | 6840 | 9120 | 11400 | 表3 污水成分| 種類 | 成分 | 含量（mg/L） | | 碳源 | 葡萄糖C6H12O6.H2O | 依各池進(jìn)水而定 | | 氮源 | 碳酸氫銨NH4HCO3 | BOD5：N=100：10而定 | | 磷源 | 磷酸二氫鉀KH2PO4 | BOD5：P=100：1而定 | | 微量元素 | 硫酸亞鐵FeSO4.7H2O | 125 | | 氯化鈣CaCl2.6H2O | 100 | | 硫酸鎂MgSO4.7H2O | 60 | | 氯化鉀KCl | 120 | | 氯化鈷CoCl2.6H2O | 14.25 | | 鹽分 | 人造海水 | 視鹽度而定 | 1.3 分析項(xiàng)目及儀器
測(cè)試項(xiàng)目主要有：化學(xué)需氧量(COD)、溶解氧(DO)、pH值、溫度、MLSS、MLVSS、SVI。上述各指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果若無(wú)特別說(shuō)明，均是在被測(cè)水樣經(jīng)過(guò)濾后分析所得，這可避免因取樣后放置時(shí)間的不同而導(dǎo)致懸浮物對(duì)分析結(jié)果的干擾，從而使分析結(jié)果真實(shí)反映出反應(yīng)器對(duì)溶解性有機(jī)物的去除效果。
試驗(yàn)所用主要儀器：XJ—I COD消解裝置、pHS—25型pH計(jì)、S—1型磁力攪拌器、XS—18型顯微鏡、JPSJ—605型溶解氧分析儀、704—1型遠(yuǎn)紅外不銹鋼高溫烘箱和TG328A型分析天平。
1.4 試驗(yàn)步驟
1.4.1 活性污泥的培養(yǎng)
所用污泥是天津東郊污水處理廠二沉池的回流污泥，其中所含微生物種類豐富，易于培養(yǎng)。將菌種置于容器中進(jìn)行間歇培養(yǎng)，根據(jù)測(cè)得的MLSS值按F/M=0.5向玻璃缸中投加營(yíng)養(yǎng)物，營(yíng)養(yǎng)物之間的比例為BOD5∶N∶P=100∶5∶1，并適當(dāng)加入少量FeSO4·7H2O、MgSO4·7H2O，以補(bǔ)充微生物所需的微量元素。進(jìn)行活性污泥的間歇式培養(yǎng)時(shí)，每天換一次水，并測(cè)定MLVSS、SVI和30 min靜沉后上清液的COD值，觀察污泥增長(zhǎng)情況、沉降性能和有機(jī)物的去除效率。
進(jìn)行1～2 d的曝氣后，缸內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)模糊不清的絮狀體，污泥由黑變成灰黑色。經(jīng)過(guò)大約兩周的精心培養(yǎng)，污泥沉降性能良好，SVI在80～110mL/g的范圍內(nèi)。鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥內(nèi)含有大量的菌膠團(tuán)和原生動(dòng)物，如纖毛蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)、等枝蟲(chóng)等。
1.4.2 正式運(yùn)行階段
?、?不含海水階段。連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，至COD去除率、耗氧速率(OUR)及生物相指標(biāo)達(dá)到穩(wěn)定。此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)處理能力基本穩(wěn)定，進(jìn)入加鹽階段。
② 含12%海水階段。連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，同樣進(jìn)行化學(xué)分析和生物相觀察，指標(biāo)趨于穩(wěn)定后，進(jìn)入第三階段。
?、?含24%海水階段。連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定后進(jìn)入第四階段。
?、?含36%海水階段。連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試。
⑤ 高含鹽量階段。海水在污水中的比例分別為48%、60%和100%。 2 結(jié)果和討論 2.1 不同比例的海水對(duì)傳統(tǒng)活性污泥工藝的影響
不同鹽度下，四個(gè)反應(yīng)器各階段的COD去除率、耗氧速率、基質(zhì)氧利用率、F/M等指標(biāo)的平均運(yùn)行指數(shù)見(jiàn)表4。 表4 四個(gè)反應(yīng)器各階段的運(yùn)行指標(biāo)平均值| 池號(hào) | 海水所占比例（%） | F/M[kgMLSS.d] | COD去除率（%） | OUR[mgO2/(L.h)] | 基質(zhì)氧利用率[mgMLVSS.d] | | 1# | 0 | 0.549 | 86.4 | 15.874 | 0.156 | | 12 | 0.438 | 86.9 | 18.717 | 0.169 | | 24 | 0.379 | 89.0 | 26.160 | 0.196 | | 36 | 0.390 | 88.3 | 30.699 | 0.223 | | 2# | 0 | 0.469 | 85.4 | 14.562 | 0.146 | | 12 | 0.359 | 88.9 | 16.827 | 0.150 | | 24 | 0.347 | 88.0 | 21.335 | 0.173 | | 36 | 0.303 | 87.1 | 28.908 | 0.193 | | 3# | 0 | 0.374 | 84.8 | 11.225 | 0.130 | | 12 | 0.266 | 88.6 | 14.021 | 0.112 | | 24 | 0.285 | 87.8 | 17.808 | 0.148 | | 36 | 0.252 | 86.3 | 21.525 | 0.152 | | 4# | 0 | 0.293 | 82.0 | 8.517 | 0.106 | | 12 | 0.201 | 86.9 | 11.184 | 0.082 | | 24 | 0.220 | 85.6 | 16.050 | 0.128 | | 36 | 0.214 | 84.5 | 18.963 | 0.137 | 可以看出，隨著原污水中海水比例的增大，COD去除率并未降低，基本保持在85%以上，OUR隨著鹽度的提高而有所增大，基質(zhì)氧利用率呈上升趨勢(shì)，但變化幅度不是太大。
2.2 鹽度的沖擊對(duì)COD去除率的影響
系統(tǒng)對(duì)外界條件的變化較為敏感，尤其是對(duì)微生物酶的活性有害的物質(zhì)，如鹽度等。為了說(shuō)明活性污泥工藝對(duì)鹽度的耐沖擊度及其適應(yīng)能力，在做完海水占36%的階段試驗(yàn)后，以其中一組池子做沖擊鹽度的試驗(yàn)。方法如下：首先，使進(jìn)水中海水比例從36%降到0%，觀察從高鹽度轉(zhuǎn)變到低鹽度情況下對(duì)有機(jī)物去除效果的變化及其適應(yīng)能力，待COD去除率穩(wěn)定后，將海水比例再?gòu)?%提高到36%，觀察從低鹽度轉(zhuǎn)變到高鹽度時(shí)的適應(yīng)能力。試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)水有機(jī)物濃度均保持一致，這有利于單獨(dú)考察鹽度的影響(見(jiàn)圖2)。 ? 由圖2可看出，當(dāng)海水比例從0%直接升高到36%時(shí)，COD去除率變化幅度較從36%直接降低到0%時(shí)小，這說(shuō)明生物系統(tǒng)在低鹽度下對(duì)鹽度變化的抗沖擊能力較高鹽度為強(qiáng)。
2.3 微生物的耐鹽極限
取含海水36%階段已運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的3號(hào)池，逐漸增大進(jìn)水中海水的比例至48%，連續(xù)運(yùn)行幾天后，很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。運(yùn)行穩(wěn)定期間，測(cè)得COD去除率基本保持在75%左右，較含海水36%時(shí)的85%左右COD去除率有所下降，但其出水COD在50 mg/L左右，符合出水要求。
將海水比例再?gòu)?8%升高到60%，連續(xù)運(yùn)行幾天，測(cè)得COD去除率基本為66.5%，有了明顯下降。
海水比例提高到100%時(shí)，出水水質(zhì)進(jìn)一步惡化，COD去除率基本為63.0%，出水COD接近100 mg/L，已根本不能滿足處理要求。 3 不同鹽度對(duì)污泥沉降性能的影響 污水中海水占0%時(shí)，污泥濃度MLSS增長(zhǎng)得慢，SVI變化范圍大致在100mL/g左右，污泥沉降性能良好。
污水中海水占12%時(shí)，污泥沉降性能較不含鹽時(shí)好，SVI值大致在60～80mL/g。當(dāng)SVI>100mL/g時(shí)，絲狀菌數(shù)目增多，污泥已有膨脹趨勢(shì)。
當(dāng)污水中所含海水成分占24%時(shí)，污泥沉降性能更好，SVI值一般保持在30～50mL/g。當(dāng)SVI>40mL/g時(shí)，就已發(fā)現(xiàn)絲狀菌，達(dá)到90mL/g時(shí)，絲狀菌已極多，發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象。
污水中海水占36%時(shí)，污泥的沉降性能較24%更好，SVI值一般保持在30mL/g左右，達(dá)到50mL/g時(shí)出現(xiàn)污泥膨脹。 4 結(jié)論 ?、龠M(jìn)水中海水比例<36%時(shí)，鹽度并沒(méi)有破壞活性污泥反應(yīng)系統(tǒng)的有機(jī)物去除效率，COD去除率仍保持在80%以上，出水COD<50 mg/L，滿足城市污水排放要求，應(yīng)用傳統(tǒng)活性污泥法處理含鹽污水是可行的。
?、谠谝欢ǚ秶鷥?nèi)，海水中的鹽并沒(méi)有抑制微生物的生長(zhǎng)，耗氧速率(OUR)隨著鹽度的逐漸增大而增大。
③活性污泥系統(tǒng)對(duì)鹽度的變化非常敏感，沖擊強(qiáng)度越大影響越厲害，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后能得到較好的恢復(fù)，而且低鹽度下對(duì)鹽度變化的耐沖擊力較高鹽度下強(qiáng)。
④海水比例超過(guò)48%時(shí)，COD去除率顯著降低，出水COD超過(guò)50 mg/L，說(shuō)明活性污泥系統(tǒng)不能用于處理海水比例超過(guò)48%的污水。
?、蓰}度對(duì)污泥沉降性能的影響比較明顯，隨著鹽度的提高，污泥的沉降性能越來(lái)越好，污泥容積指數(shù)逐漸降低，污泥出現(xiàn)膨脹的SVI臨界點(diǎn)顯著降低。 參考文獻(xiàn) 1 崔玉川，馬志毅.廢水處理工藝設(shè)計(jì)計(jì)算.北京：水利電力出版社，1994
2 唐受印，王大翠.廢水處理工程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998
作者簡(jiǎn)介：張雨山(1962- ) 男 河北徐水人 高級(jí)工程師 碩士
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