無機鹽對工業(yè)廢水常規(guī)活性污泥生化處理法的影響

1、無機鹽對工業(yè)廢水常規(guī)活性污泥生化處理法的影響海產(chǎn)品、奶制品加工、化工、制藥、食品罐裝以及石油發(fā)酵等工業(yè)部門排放有機工業(yè)廢水含有高濃度的無機鹽類 ( 主要為氯化鈉和硫酸鈉 ) 。此外，沿海地區(qū)海水滲入城市下水道也往往使城市污水中含有高濃度的氯化鈉 1-2 。由于此類廢水排放量大、污染嚴(yán)重，是屬于極難處理的廢水。目前，對這類廢水一般采用電解法、膜分離法、焚燒法或深井灌注法 3-6 進(jìn)行處理，但電解法和焚燒法運行費較高，膜分離法存在廢水中和有機物對膜的堵塞問題、 深井灌注法易產(chǎn)生二次污染等，故難以在實際中推廣。常規(guī)活性污泥生化處理技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)、高效，而被廣泛地應(yīng)用于污水凈化和處理上。但是， 隨著鹽含

2、量的增加，對微生物的生長和繁殖產(chǎn)生抑制，濃度太高甚至?xí)⑺牢⑸?。不同物質(zhì)對生物處理的阻害或許是由于這些物質(zhì)影響微生物的呼吸系統(tǒng)和酶系統(tǒng)，或許是破壞滲透壓平衡而引的。 各種鹽類對生物處理的阻害性因其鹽分滲透壓的不同而不同；同一物質(zhì)、溫度、污泥濃度等條件變化時，極限允許濃度也有所變化。本文通過研究廢水中一些常見的無機鹽(NaCl 、Na2SO4) 對常規(guī)活性污泥生化處理方法的阻害作用，找出一般性的規(guī)律，為常規(guī)活性污泥法處理含鹽工業(yè)廢水的工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。1 實驗材料與方法1.1菌種的培養(yǎng)和馴化試驗用的菌種取自某農(nóng)藥廠污水處理站，根據(jù)常規(guī)活性污泥生化處理方式進(jìn)行培養(yǎng)和馴化。培養(yǎng)用水按BOD5：

3、 =100：5：1 的營養(yǎng)配比。采用葡萄糖、碳酸銨和磷酸二氫銨等配制成所對應(yīng)的濃度。馴化用水取自某巢絲試樣廠，其COD為 15001800mg/l ，含 NaCl 為0.5%。1.2實驗方法對常規(guī)活性污泥法處理巢絲廢水進(jìn)行了實驗，鹽度分別為NaCl、Na2SO4的質(zhì)量濃度。進(jìn)水COD控制在 15001800mg/之間。在常規(guī)活性污泥法池中分別加入1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%的 NaCl；在常規(guī)活性污泥法池中分別加入1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%的 Na2SO4進(jìn)行實驗，分別測定在不同鹽分濃度下常規(guī)活性污泥生化系統(tǒng)的污泥質(zhì)量和系統(tǒng)的COD去除效果。1.

4、3監(jiān)測方法COD監(jiān)測采用重鉻酸鉀法測定， NaCl 濃度采用氯離子硝酸銀法測定。2 結(jié)果與討論2.1鹽分對常規(guī)活性污泥法中活性污泥質(zhì)量的影響對常規(guī)活性污泥法中活性污泥質(zhì)量的影響隨著 NaCl 濃度的不斷增加，活性污泥的質(zhì)量發(fā)生變化，初始污泥沉降比為 21%見表 1。從表 1 中可以看出每改變一種 NaCl 的濃度，污泥量先減少，后逐漸增長。說明隨著 NaCl 濃度的改變，一些不適應(yīng)該濃度的微生物逐漸死亡，污泥量減少。隨著馴化的不斷進(jìn)行，適應(yīng)該濃度的微生物逐漸繁殖起來，污泥量增多。從實驗中可知，常規(guī)活性污泥法對 NaCl 濃度改變一般需 711的馴化時間。同時從表 1 中可見隨著 NaCl 濃度

5、的增加，體系中污泥 SVI 指數(shù)逐漸減少，這說明污泥的沉降性能逐漸變差。表 1NaCl 濃度對活性污泥質(zhì)量的影響質(zhì)量馴化沉降MLSS/g/lSVI/g/l濃度時間比/%/%/ 1231.9331191.5314.50.829175720.52.092981181.3241362415.50.8291877191.8811012.5118.51.3411384100.5191898171.1761191140.909154348.50.4291989151.1721381130.8721493.5460.29320511150.9621562SO4對活性污泥質(zhì)量的影響在馴化期活性污泥質(zhì)量的各項指

6、數(shù)均隨鹽度和馴化時間的變化而變化，其變化情況如表 2 所示，初始污泥沉降比為 19%。表 2 Na2SO4濃度對活性污泥質(zhì)量的影響濃 馴化污泥沉度時間MLSS/g/l SVI/mg/l/%/ 降比 /%1181.4061281.5317.51.122156720.52.204931191.4391322415.50.923168718.51.697109116.51.2411332.5316.50.9881679211.522138120.51.30615733170.9041889241.6111491221.2721733.53211.0452019291.8351581261.46917

7、74524.51.1672109281.6371714.51251.2202053241.0212551027.51.545178123.51.0452235320.50.804255925.51.321193從表 2 中，可看出在每次改變 Na2SO4濃度初期，活性污泥的量減少，是由于 Na2SO4量的增加對微生物產(chǎn)生毒害，使其死亡。在馴化后期，微生物適應(yīng)該了鹽分，開始繁殖，故活性污泥量增多。從表 2 中還可知，隨著 Na2SO4濃度的增加，體系中污泥沉降性能下降。從實驗中還可知，常規(guī)活性污泥法對 Na2SO4鹽度的適應(yīng)性要比 NaCl 的適應(yīng)性強。微生物一般需 710的馴化，系統(tǒng)才能趨向穩(wěn)

8、定。2.2鹽分對 COD去除率的影響同一鹽濃度在不同的馴化期對COD去除率的影響選取 1.5%、2.5%的氯化鈉和 1.5%、3.0%硫酸鈉的生化系統(tǒng)進(jìn)行實驗，隨著馴化時間的增加其COD去除率的變化見圖1 和圖 2 所示。圖 11.5%和 2.5%氯化鈉下 COD去除率的變化圖 21.5%和 3.0%硫酸鈉濃度下 COD去除率的變化從圖 1 和圖 2 中可知在同一 NaCl 和 Na2SO4濃度下，COD的去除率隨著馴化時間的延長而提高。 這說明常規(guī)活性污泥法對 NaCl 和 Na2 SO4 濃度的改變有一適應(yīng)期， 隨著馴化的不斷進(jìn)行， 體系中的微生物發(fā)生更替，一些不適應(yīng)該鹽度的微生物滅亡，被

9、另外一些微生物代替，同時可以看出常規(guī)活性污泥法對低濃度 NaCl 和 Na2SO4的 適應(yīng)性要強于對高濃度 NaCl 和 Na2 SO4的適應(yīng)性，同時，從相同 NaCl 和 Na2SO4的濃度下， COD的去除率不同，可以說明常規(guī)活性污泥法在 Na2SO4環(huán)境中要比 NaCl 的環(huán)境中去除效率要高。不同濃度不同鹽份對體系COD去除率的影響隨著 NaCl 和 Na2SO4濃度的不斷改變，體系 COD去除率變化見圖 3。從圖 3 中可看出，隨 NaCl 和 Na2 SO4濃度的增加， NaCl 和 Na2SO4對系統(tǒng)阻害性增加，使體系對 COD的去除率降低。說明系統(tǒng)對 NaCl和 Na2 SO4

10、具有一定的容忍性，當(dāng) NaCl 和 Na2SO4濃度超過一定值時，系統(tǒng)去除COD的能力下降，直至系統(tǒng)失去去除 COD的意義，從實驗可知，系統(tǒng)對 Na2SO4的適應(yīng)性要比對 NaCl 的適應(yīng)性要強，也可以說明常規(guī)活性污泥處理系統(tǒng)對 NaCl 比較敏感，耐 NaCl 性能較差。圖 3不同濃度的氯化鈉和硫酸鈉對COD去除率的影響3結(jié)論(1) 在常規(guī)活性污泥法對 NaCl 的忍受程度的研究中， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)該生化體系馴化到一定時間時， 水體會變成淡紅色， 這主要由于隨著馴化的不斷進(jìn)行，生化池中的微生物不斷更新演變， 最后嗜鹽細(xì)菌占了大多數(shù)，由于嗜鹽細(xì)菌通體為淡紅色，其游離在水中，故水體變?yōu)榈t色。(2) 在

11、常規(guī)活性污泥體系中，系統(tǒng)耐 Na2SO4的能力高于 NaCl，這說明氯離子比硫酸根離子對微生物體更易致細(xì)胞壁破裂和原生質(zhì)解體，從而降低了活性污泥的活性，降低了其處理能力。(3) 經(jīng)馴化后的微生物體系可以處理含有一定濃度鹽分的工業(yè)廢水。但是，隨著鹽濃度的增加體系的處理能力下降。建議在處理含高濃度鹽分的工業(yè)廢水時， 因根據(jù)條件，將該工業(yè)廢水經(jīng)行預(yù)處理將鹽濃度降到系統(tǒng)所允許的范圍內(nèi)。五溝式氧化溝的設(shè)計及運行南通市污水處理廠工程的一期處理規(guī)模為432.5 10 m/d ，以處理工業(yè)廢水為主 ( 化纖、印染、制藥、皮革、釀造等廢水，所占比例在80%以上 ) 。設(shè)計進(jìn)水 BOD5為 350mg/L，SS為

12、 250mg/L，出水需達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) (GB897896) 中的二級標(biāo)準(zhǔn)， 處理工藝為創(chuàng)新的五溝式氧化溝，廠區(qū)總占地面積為 6.75hm2。該工程自 1994 年 6 月建成投產(chǎn)以來一直滿負(fù)荷運行，處理效果良好。1 五溝式氧化溝的設(shè)計及特點1.1五溝式氧化溝在該廠的設(shè)計過程中， 曾考慮采用三溝式氧化溝工藝。 針對該廠設(shè)計進(jìn)水 BOD5達(dá) 350mg/L的情況，通過計算發(fā)現(xiàn)三溝式氧化溝的容積偏大，特別是當(dāng)邊溝作沉淀池時其水力停留時間達(dá) 10h 以上，造成了容積的浪費 ( 容積利用率僅為 55%)，同時其設(shè)備利用率也較低，故較高濃度的污水采用三溝式氧化溝工藝進(jìn)行處理是不經(jīng)濟(jì)的。由三溝式氧化

13、溝的工作原理可知，其中間溝一直作為生化反應(yīng)池，如增加中間溝的容積即可增加容積及設(shè)備的利用率， 從而降低工程造價。為此， 提出了五溝式氧化溝的概念，即以等容積的五條環(huán)形溝并聯(lián)組成五溝式氧化溝， 各溝之間以孔洞連通， 兩邊溝交替作為沉淀池、生化池， 中間三條溝作為生化池，配水井可交替向五條溝中的任一條溝配水，并通過控制轉(zhuǎn)刷的開、停以及高、低速運行來達(dá)到各溝中好氧、缺 ( 厭) 氧、沉淀等不同的運行狀態(tài)。1.2五溝式氧化溝的設(shè)計南通市污水廠 ( 一期工程 ) 采用 1 座五溝式氧化溝，主要設(shè)計參數(shù)：污泥負(fù)荷為 0.08kgBOD5/(kgMLSSd) ，混合液濃度為 4g/L 。氧33化溝總?cè)莘e為

14、40866m，每溝容積為 8173m，平面尺寸為 102.75m 120.5m，有效水深為 3.5m，溝寬為 10m。配備 25 臺直徑為 1m、有效長度為 9m的雙速曝氣轉(zhuǎn)刷。1.3運行模式及特點五溝式氧化溝的運行模式類似于三溝式氧化溝， 其兩邊溝交替作為沉淀池和曝氣池，中間三溝 ( 交替進(jìn)水 ) 作為缺氧池、好氧池。溝內(nèi)配備帶雙速電機的曝氣轉(zhuǎn)刷， 其在高速運行時曝氣充氧， 在低速運行時維持溝內(nèi)的混合液流動， 為反硝化創(chuàng)造一個缺氧環(huán)境。 該工程采用的工作周期為 8h，運行方式分為 6階段 A(1.5h) ：污水進(jìn)入 1 號溝，由 5 號溝出水。 1 號溝轉(zhuǎn)刷低速運行，因處于缺氧狀態(tài)而進(jìn)行反硝

15、化； 2、3、4 號溝轉(zhuǎn)刷高速運行，階段 B(1.5 h) ：污水進(jìn) 3 號溝，仍由 5 號溝出水。 3 號溝轉(zhuǎn)刷低速運行，處于缺氧狀態(tài)而進(jìn)行反硝化； 1、2、4 號溝轉(zhuǎn)刷高速運行。階段 C(1h) ：污水進(jìn)入 2 號溝，由 5 號溝出水。 2 號溝轉(zhuǎn)刷低速運行，3、4 號溝轉(zhuǎn)刷高速運行； 1 號溝轉(zhuǎn)刷停開， 處于出水過渡狀態(tài)。階段 D(1.5 h) ：污水進(jìn)入 5 號溝，由 1 號溝出水。 5 號溝轉(zhuǎn)刷低速運行，處于缺氧狀態(tài)； 2、3 、4階段 E(1.5 h) ：污水進(jìn)入 3 號溝，仍由 1 號溝出水。 3 號溝轉(zhuǎn)刷低速運行， 2、4、5階段 F(1 h) ：污水進(jìn) 4 號溝，仍由 1 號

16、溝出水。 4 號溝轉(zhuǎn)刷低速運行， 2 號、 3 號溝轉(zhuǎn)刷高速運行； 5 號溝轉(zhuǎn)刷停止運行，處于出水上述各階段的時間設(shè)定及運行周期可根據(jù)實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。氧化溝的進(jìn)、出水和轉(zhuǎn)刷的開停及其轉(zhuǎn)速的高低都通過PLC控制。為節(jié)省電耗按運行的實際需要充氧，在每條溝中都設(shè)有 DO探頭，當(dāng)某一溝中 DO測定值大于其設(shè)定值時則該溝中的轉(zhuǎn)刷逐臺由高速變?yōu)橛蛇\行方式可見，五溝式氧化溝每條溝每天用于生物處理的時間：1、5 號溝為 9h，2、3、4 號溝為 24h。由此可得出五溝式氧化溝的容積利用率為0.75 ，比三溝式氧化溝的容積利用率(0.55) 提高了20%，同樣設(shè)備利用率也提高了20%。另外，采用五溝式氧化

17、溝與采用三溝式氧化溝相比，其池體體積、曝氣轉(zhuǎn)刷數(shù)可減少27%，工程投資可減少 20%30%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。另外，五溝式氧化溝能夠?qū)崿F(xiàn)全時反硝化，即五溝中總有一溝處于缺氧反硝化運行狀態(tài)。全時反硝化可達(dá)到更高的脫氮效率，減少耗氧量，并節(jié)省能耗。而三溝式氧化溝每天只有 13.5h2 運行效果該工程自 1994 年 6 月投產(chǎn)以來一直滿負(fù)荷運行。在運行的前幾年主要處理工業(yè)廢水，其進(jìn)水 BOD5、SS、COD高且變化幅度大，年平均進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值超過設(shè)計值。 后幾年，隨著城市污水管網(wǎng)的不斷完善則城市生活污水的接入量逐年增加，污水廠進(jìn)廠水質(zhì)指標(biāo)值逐年下降 ( 見表 1) ，進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值超過設(shè)計值的天數(shù)逐年

18、減少，進(jìn)而年平均進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值逐漸下降到設(shè)計值。表 1每年進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)天數(shù)dBOD5( SS(COD(1000mg年份350mg/L)250mg/L)/L)1994160646119951673750199613833191997732610199891342519994650232000205292001233215由表 1 可知，雖然進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)值高于設(shè)計值，且水質(zhì)變化幅度大( 最高日進(jìn)水 BOD5是設(shè)計值的 4 倍) ，但出水 BOD5、SS、COD仍能滿3 存在問題及分析進(jìn)水污染物濃度高、變化幅度大，特別是進(jìn)水呈酸性 ( 常年進(jìn)水的 pH值為 6.5 左右，最低 pH值為 34) ，嚴(yán)重影響生物處理系統(tǒng)的運行并降低了設(shè)備的使用壽命， 如進(jìn)廠管道就曾因腐蝕而塌陷。 污染物濃度高、變化幅度大反映了排放廢水工廠的內(nèi)部預(yù)處理沒有達(dá)到有時出水中氨氮濃度仍偏高， 氨氮去除率低， 不能滿足現(xiàn)行的污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) (GB89781996) 中的二級標(biāo)準(zhǔn)要求。 其原因主要有二，一是進(jìn)水 NH3-N 濃度高 ( 為 100mg/L 左右 ) 而 pH 值和堿度