崔有為1 王淑瑩1 宋學(xué)起2 王海東1 祝貴兵2 彭永臻1
　　　　　?。?北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，北京，100022；2哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150090）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　環(huán)　境　工　程　　2004年2月第22卷第1期

摘要　海水沖廁是一項(xiàng)具有重大節(jié)水意義的工程。針對(duì)所產(chǎn)生的含鹽生活污水的處理，試驗(yàn)研究Nacl鹽度對(duì)活性污泥處理系統(tǒng)的綜合影響。分別研究不同鹽度馴化下活性污泥的生長(zhǎng)、有機(jī)物降解和去除情況、SBR反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)溶解氧隨時(shí)間的變化以及污泥沉降性等。試驗(yàn)結(jié)果表明，Nacl鹽度影響了微生物的生長(zhǎng)，降低有機(jī)物降解速率和去除率，但是卻增強(qiáng)了細(xì)胞的溶胞作用和微生物的呼吸作用。
關(guān)鍵詞　海水沖廁；活性污泥；含鹽污水；鹽度

1 引言
　　海水代用在城市生活中主要用于沖洗道路和器具、沖洗廁所、消防和游泳等方面。其中以海水沖廁應(yīng)用最廣,用水量最大[1]。針對(duì)這些實(shí)踐所產(chǎn)生的含鹽污水的處理,國(guó)內(nèi)外采用各種處理工藝進(jìn)行研究。Hamoda和AL-Atar[2]利用完全混合式反應(yīng)器研究了鹽度對(duì)活性污泥處理效率的影響;Lawton和Eggert[3]利用滴濾池研究鹽度對(duì)生物膜的影響;Mills和Wheatland[4]使用滲濾器處理含鹽生活污水;Steward[5]等用延時(shí)曝氣系統(tǒng)處理含鹽廢水。然而,研究的結(jié)果不很一致。為此有必要研究鹽度對(duì)活性污泥處理系統(tǒng)的綜合影響。
2　試驗(yàn)器材與方法
　　采用實(shí)際生活污水,用NaCL將進(jìn)水配成0、5、10、15、20、25、30和35ｇ/Ｌ等鹽度水平。試驗(yàn)采用3個(gè)平行的SBR反應(yīng)器,3個(gè)反應(yīng)器接種等量的來(lái)自市政污水處理廠二沉池的回流污泥,分別以3個(gè)不同的進(jìn)水CODcr濃度進(jìn)行馴化,即人為的將進(jìn)水CODcr濃度調(diào)為740ｍｇ/Ｌ(稱為高有機(jī)物濃度)、320ｍｇ/Ｌ(稱為中有機(jī)物濃度)、150ｍｇ/Ｌ(稱低有機(jī)物濃度)。然后按逐漸升高的NａＣｌ鹽度(以下簡(jiǎn)稱鹽度)對(duì)3個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行鹽度馴化,在每個(gè)鹽度水平馴化結(jié)束后的穩(wěn)定運(yùn)行期間進(jìn)行試驗(yàn)。研究不同鹽度馴化下活性污泥生長(zhǎng)、有機(jī)物去除率、溶解氧濃度及出水懸浮固體濃度。試驗(yàn)保證污泥濃度基本相同。充分供氣。溫度控制在(20±2)℃。
3　試驗(yàn)結(jié)果與分析
3. 1　鹽度對(duì)活性污泥生長(zhǎng)的影響
　　從圖1可以看出鹽度對(duì)活性污泥生長(zhǎng)的影響。隨著鹽度的增加,各鹽度馴化穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)的生長(zhǎng)曲線的適應(yīng)期變長(zhǎng)、對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期的生長(zhǎng)速率變慢、減速生長(zhǎng)期的歷時(shí)變長(zhǎng)。適應(yīng)期變長(zhǎng)可能是由于接種到新鮮培養(yǎng)基上后,微生物并不能立即生長(zhǎng)繁殖,要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的調(diào)整和適應(yīng),以合成多種酶,并完善體內(nèi)的酶系統(tǒng)和細(xì)胞的其它成分。而在高鹽環(huán)境下酶的合成受到限制,合成速度下降或微生物產(chǎn)生新的酶系統(tǒng),這些都要耗費(fèi)時(shí)間。盡管在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期微生物處在過(guò)剩的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下,有最大的能量水平,以最大的速度生長(zhǎng)。但對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期增長(zhǎng)速率變慢,這可能由于高鹽環(huán)境下微生物一方面要抵御外在的不良環(huán)境,需要耗費(fèi)能量調(diào)整自身的代謝途徑或分泌胞外多聚物抵御外界不良的環(huán)境因子的作用;另一方面,需要能量合成自身生長(zhǎng)所需的物質(zhì)。這樣造成能量的分配,使用于生長(zhǎng)繁殖的能量相對(duì)減少,造成自身生長(zhǎng)速率變小,世代時(shí)間變長(zhǎng)。減速生長(zhǎng)期歷時(shí)變長(zhǎng)可能是由于微生物利用底物的速率下降和高鹽條件下微生物的存活率下降共同導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的剩余所致。

　　　　　　圖1　各鹽度下生長(zhǎng)曲線　　　　　　　　　　　圖2 各鹽度下SBR內(nèi)DO時(shí)間曲線
3. 2　鹽度對(duì)系統(tǒng)溶解氧的影響
　　圖2是SBR反應(yīng)器內(nèi)曝氣處理期間DO隨時(shí)間的變化曲線?？梢钥闯鯠O的時(shí)間曲線總體趨勢(shì)大體相同,大體上出現(xiàn)兩個(gè)平臺(tái)和兩個(gè)跳躍,兩個(gè)平臺(tái)和兩個(gè)跳躍交替分布。由于溶解氧濃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況下,溶解氧濃度間接的反映了耗氧的情況。DO時(shí)間曲線的第2個(gè)平臺(tái)標(biāo)志著易降解有機(jī)物降解的結(jié)束,此時(shí)微生物的內(nèi)源呼吸的耗氧速率與供氧速率相等,DO出現(xiàn)新的平衡,進(jìn)入內(nèi)源呼吸期。對(duì)于第2個(gè)平臺(tái),隨著鹽度的升高溶解氧的水平值也變低。這表明耗氧速率隨鹽度的升高而增加。由于在內(nèi)源呼吸期微生物的耗氧主要用于內(nèi)源呼吸,所以隨著鹽度的升高,微生物的呼吸速率加快。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于高鹽對(duì)處理微生物的抑制作用導(dǎo)致的呼吸作用加強(qiáng)的緣故。Ludzack和Nｏｒｏｎ[6]的研究表明,隨著鹽度的增長(zhǎng),處理系統(tǒng)的比耗氧速率也增長(zhǎng)。而且,研究發(fā)現(xiàn)馴化的活性污泥系統(tǒng)的比耗氧速率高于相同鹽度下未經(jīng)馴化的污泥系統(tǒng)?？傊?在高的滲透壓條件下,微生物耗氧速率增加。耗氧速率的增加不是為了有機(jī)物的降解,而是為了能夠抵御高鹽環(huán)境所產(chǎn)生的阻害作用。
3．3　鹽度對(duì)有機(jī)物降解的影響
　　從圖3～6可以看出鹽度對(duì)有機(jī)物去除率的影響?？傮w上隨著鹽度的上升,有機(jī)物的去除率下降。但既使在鹽度達(dá)到35ｇ/Ｌ的情況下,中、高有機(jī)物濃度處理系統(tǒng)只要馴化時(shí)間足夠長(zhǎng),鹽度保持穩(wěn)定,去除率仍可達(dá)到70%以上?？梢娞幚砀啕}污水時(shí),馴化活性污泥是系統(tǒng)處理取得成功的一個(gè)必要的因素,活性污泥只有經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的馴化才能使處理效果穩(wěn)定。這一結(jié)果與楊健和王士芬使用SBR處理高含鹽石油發(fā)酵廢水得出的結(jié)論相似,但和張雨山等研究的結(jié)果不同。張雨山等用傳統(tǒng)活性污泥法處理含鹽污水,活性污泥雖然經(jīng)過(guò)馴化,但是當(dāng)海水占生活水100%時(shí),處理失敗。這一結(jié)果的不同可能和不同反應(yīng)器有關(guān)。由于采用不同的處理單元,微生物對(duì)鹽度的耐受程度也不一樣。SBR本身具有耐沖擊和存在濃度梯度的優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)不容忽視的原因。在高鹽馴化過(guò)程中,一方面活性污泥微生物生態(tài)進(jìn)行選擇,能夠適應(yīng)高鹽環(huán)境的微生物生存下來(lái),使自身的酶系統(tǒng)適應(yīng)惡劣環(huán)境,并將這種變異遺傳給子代,使種族得以繁殖;另一方面,高鹽馴化刺激了海鹽菌的生長(zhǎng)。由于海洋鹽菌能夠忍耐高的鹽度,且多數(shù)為異氧型菌自身不具備合成能力,其所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)必須通過(guò)外界獲得。且隨著鹽度的升高,其營(yíng)養(yǎng)需求也增高。但是在高鹽條件下,一方面,一些不適應(yīng)高鹽環(huán)境的細(xì)菌迅速死亡溶解,使廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足;另一方面,生活污水本身就具有十分豐富的營(yíng)養(yǎng)。所以能滿足海洋菌對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求。在營(yíng)養(yǎng)充足的條件下,海洋菌生長(zhǎng)和繁殖很快,成為高鹽條件下的優(yōu)勢(shì)菌屬。馴化過(guò)程給海洋菌的充足的選擇時(shí)間。由此可見,活性污泥的馴化過(guò)程就是使代謝方式逐漸適應(yīng)高鹽環(huán)境,并使耐鹽菌大量繁殖的過(guò)程。

　　圖3　鹽度對(duì)高濃度污水去除率的影響　　　　圖４　鹽度對(duì)中濃度污水去除率的影響

　　
　　　圖5　鹽度對(duì)低濃度污水去除率的影響　　　　圖6　鹽度對(duì)低濃度污水有機(jī)物降解速率的影響
　　從圖中可以看出鹽度對(duì)有機(jī)物降解速率的影響。總體上,隨著鹽度的升高,有機(jī)物降解速率下降。這一現(xiàn)象可由兩個(gè)原因解釋,其一可能是鹽度抑制了污水處理微生物的活性。由于鹽度的增加,鹽析作用增強(qiáng),脫氫酶的活性下降,微生物本身活性受阻,新陳代謝作用減緩;其二可能是由于鹽度的增加,細(xì)胞的溶胞作用加強(qiáng),細(xì)胞組分大量釋放。而細(xì)胞組分的釋放有一個(gè)延續(xù)過(guò)程,其連續(xù)釋放使降解速率相對(duì)變低,這可由圖6看出。由于圖6是基于低進(jìn)水濃度有機(jī)物的降解曲線,由于進(jìn)水ＣＯＤＣｒ較低,所以溶胞作用對(duì)去除的影響很容易被看到?？梢钥闯鰺o(wú)鹽系統(tǒng)ＣＯＤＣｒ在反應(yīng)3ｈ會(huì)有一個(gè)相對(duì)較小的跳躍,而含鹽系統(tǒng)在處理進(jìn)行至2ｈ,污水ＣＯＤＣｒ的值就有一個(gè)較大的跳躍。這是因?yàn)殡S著鹽度的升高,細(xì)胞的溶胞作用也在加強(qiáng)的緣故。具體表現(xiàn)在溶胞量加大,速度變快。
　　由于鹽度降低了有機(jī)物的降解速率,因此高鹽條件下有機(jī)物去除率還可能和曝氣時(shí)間有關(guān)?？梢钥闯?曝氣時(shí)間的確影響著有機(jī)物的去除效率。隨著曝氣時(shí)間的增加,有機(jī)物的去除率也在增加,但就這3個(gè)進(jìn)水有機(jī)物濃度而言,超過(guò)5ｈ,隨著曝氣時(shí)間的增加有機(jī)物的去除率升高很緩慢。就經(jīng)濟(jì)考慮,通過(guò)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間來(lái)提高高鹽有機(jī)物的去除率是不可取的。
3．4　鹽度對(duì)ＥＳＳ的影響
　　試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)鹽使ＥＳＳ增加,如圖7。造成ＥＳＳ升高的原因可能是由于:(1)高鹽污水的理化性質(zhì)。由于高鹽污水是一個(gè)密度較高的分散溶液體系含多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的復(fù)雜溶液體系,因此不容易沉降。(2)鹽度促進(jìn)細(xì)胞的分解。在高鹽條件下,細(xì)胞很容易水解,其組分的釋放也將使出水懸浮固體濃度增高。(3)與活性污泥微生態(tài)有關(guān)。在研究中發(fā)現(xiàn),隨著鹽度的升高,微生物的生態(tài)組成發(fā)生改變。一個(gè)表現(xiàn)為原生動(dòng)物的消失。因此對(duì)ＥＳＳ有很大的影響。


　　　　　圖7　鹽度對(duì)ＥＳＳ的影響　　　　　　　　　　圖8　鹽度對(duì)ＳＶＩ的影響
3．5　鹽度對(duì)污泥指數(shù)(ＳＶＩ)的影響
　　鹽度影響污泥的沉降性,使ＳＶＩ變小(圖8)。在運(yùn)行中未發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象。這可能和污泥結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。無(wú)鹽條件下,絲狀菌交織分布構(gòu)成骨架,菌膠團(tuán)附著其上形成絮凝體,重復(fù)上述過(guò)程形成更大的絮凝體。而隨著鹽度的增加,鏡檢發(fā)現(xiàn)絲狀菌的數(shù)量逐漸減少幾乎消失。這必將造成污泥構(gòu)型的改變,從而改變污泥的沉降性能。
4　結(jié)論
　　(1)隨著鹽度的升高,活性污泥的生長(zhǎng)受到影響。其生長(zhǎng)曲線的變化表現(xiàn)在:適應(yīng)期變長(zhǎng);對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期的生長(zhǎng)速度變慢;減速生長(zhǎng)期的歷時(shí)變長(zhǎng)。
　　(2)鹽度加強(qiáng)了微生物的呼吸作用和細(xì)胞的溶胞作用。
　　(3)鹽度降低了有機(jī)物的可生物降解性和可降解程度。使有機(jī)物的去除率和降解速率下降。雖然延長(zhǎng)曝氣時(shí)間可以提高有機(jī)物的去除效率,但是超一定時(shí)間,隨著曝氣時(shí)間的增加有機(jī)物去除率的升高緩慢。就經(jīng)濟(jì)考慮,通過(guò)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間來(lái)提高高鹽有機(jī)物去除率的方法不可取。
　　(4)無(wú)機(jī)鹽使活性污泥的沉降性加強(qiáng)。隨著鹽度的增加,污泥指數(shù)下降。
　　(5)處理高鹽污水馴化活性污泥是處理系統(tǒng)取得成功的一個(gè)必要手段。活性污泥的馴化過(guò)程就是使微生物代謝方式逐漸適應(yīng)高鹽環(huán)境,并使耐鹽菌大量繁殖的過(guò)程。
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作者通訊處：100022 北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院 崔有為 收
Tel: 010-67392627 E-mail: envirotto@163.com

第一作者簡(jiǎn)介：崔有為（1977～），男。北京工業(yè)大學(xué)在讀博士。環(huán)境工程專業(yè)。主要從事污水生物處理及其自動(dòng)控制的研究。
2003-03-20收稿
　
國(guó)家十五科技攻關(guān)項(xiàng)目(2001ＢＡ610Ａ 09)及北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(8002005)