盐度对氨氮去除效果的影响

杨日光，张兰河，孙俊超，王山山，张海丰

(1.东北电力大学科研产业处，吉林 吉林 132012;2.东北电力大学化学工程学院，吉林 吉林 132012)

近年来，为了缓解水资源日益短缺的局面，许多沿海城市开始利用海水冲厕[1]，由此产生的高盐度生活污水进入城市污水处理系统中，对原来的生物处理系统将造成影响。目前，国内外采用很多工艺对高盐度废水进行生物处理，但是得出的结论并不相同。例如，Hamoda等采用传统活性污泥法处理高盐废水研究发现，高盐条件下生物活性和有机物去除率均有提高，在NaCl浓度为0 mg/L、10 g/L和30 g/L时，TOC 去除率分别为96.3%、95.9%、99.2%[2]。Dincer和Kargi采用生物转盘系统处理含盐废水，探讨了盐度与有机物去除率之间的关系。当NaCl浓度从5%提高到10%时，COD去除率从85%降低到60%[3]。国内也对含盐废水进行了研究，张勇、于德爽等利用在生活污水中加不同的盐水比例(10%、20%、30%、50%)发现，当加入的海水比例低于30%(相当于盐度10500 mg/L，Cl－5700 mg/L)时，海水盐度对生活污水中的有机物和氨氮的去除无影响。随着海水盐度的增加，不同的盐度对微生物的代谢产生不同的抑制作用，有机物的去除率和降解率下降明显，出水COD均高于60 mg/L[4]。间歇式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Process，SBR工艺)因具有处理效率高、运行方式灵活、脱氮除磷效果好、不易发生污泥膨胀等优点而被广泛应用[6]。利用SBR工艺处理高盐生活污水具有重大的理论和实用价值，可为污水处理厂的运行操作提供重要的理论依据，也可为海水的利用提供一定的参考价值。

本实验采用SBR工艺处理含盐废水，在乙醇作为碳源的情况下，研究不同Na2SO4盐度的变化对SBR工艺氨氮去除效果的影响，得到SBR工艺处理高盐度生活污水的最佳工艺参数，为污水处理厂的运行操作提供依据。

1 实验材料与方法

1.1 实验装置

本实验采用序批式间歇活性污泥法SBR反应器，实验装置示意图如图1所示。SBR反应器由透明有机玻璃制成，有效容积为2.5 L。反应器底部装有微孔曝气器，采用小型曝气泵曝气，用转子流量计调节曝气量，控制溶解氧浓度，保持在0.3－0.5 mg/L，采用一次性进水方式。每次按比例投加乙醇、氯化铵和磷酸二氢钾等营养物质，监测废水中的COD、和TP，这样可使每次实验的初始有机物浓度、氨氮浓度等水质指标便于控制。

1.2 实验用水

实验用水采用人工合成废水，采用HCl和NaOH调节 pH。废水主要成分:乙醇(COD在 300－600 mg/L)，硫酸镁50 mg/L，磷酸二氢钠25 mg/L，氯化铵 35－50 mg/L，氯化钙 350 mg/L，营养元素0.5 mg/L。营养元素含量:0.3 g/L FeSO4，0.116 g/L H3BO3，0.038 g/L CuSO4·5H2O，1.18 g/L KI，0.169 g/L MnSO4，0.115 g/L ZnSO4·7H2O，0.024 g/L CoCl2·6H2O。

图1 SBR装置示意图

1.3 实验用水

分析项目与检测方法如表1所示。

表1 水质指标分析方法

2 实验结果与讨论

2.1 活性污泥的培养

实验所用的活性污泥取自于吉林市污水处理厂二沉池的回流污泥，其中所含的微生物种类丰富，易于培养。进行间歇培养时，每天换一次水，并进行曝气，测定MLSS、SVI指标的变化，同时观察污泥颜色的变化。当污泥培养由黑色变成黄褐色，沉降性能良好，SVI在80－100 mL/g之间，有机物及氨氮去除效果稳定，加入不同浓度的人工合成废水开始驯化。

图2表明驯化过程中氨氮去除效果的变化。驯化过程中污泥的形态和结构发生了一些变化。接种初期，污泥呈灰黑色，絮体较小;凝聚性能欠佳。驯化25天后，污泥颜色由黑色经灰褐色变为黄褐色，并开始具有良好的絮凝性能，停止曝气后，污泥能迅速形成较大的絮体并沉降;混合液经沉淀后出水中悬浮物很少，水质较清澈的去除率达到90%左右。图3进一步表明，硝化反应结束后硝态氮浓度达到16 mg/L，亚硝态氮浓度为3 mg/L，这时的脱氮过程为全程硝化反硝化。

在活性污泥处理高盐废水过程中，一方面活性污泥微生物生态系统进行选择，能够适应高盐环境的微生物生存下来;另一方面高盐驯化刺激了耐盐菌的生长，随着盐度的升高，其营养需求也增加。同时，在高盐条件下，一些不适应高盐环境的菌种迅速死亡溶解，能够补充污水中的营养物质。在营养充足的条件下，耐盐菌生长和繁殖很快，成为高盐条件下的优势菌种。

图2 氨氮随时间的变化规律

图3 硝态氮和亚硝态氮随时间的变化规律

2.2 Na2SO4盐度对氨氮去除效果的影响

无机盐如 Cl－、Na+、K+、Ca2+等离子均是微生物生长所必需的营养元素，在常规微生物的生长过程中起着促进酶反应，维持膜平衡和调节渗透压的作用，但是若这些离子浓度过高会对普通微生物产生毒性，从而影响生物工艺在高盐度有机废水的处理效果。当盐度每周期增加1 g，每周期运行7 d的条件下，Na2SO4盐度对氨氮去除效果的影响，如图3所示。

由图3可知，随着NaSO4盐度增加至12 g/L，氨氮去除率下降至80%。这是由于微生物受到盐度变化的影响而对氨氮去除效果产生一定的影响，盐度的升高导致不能适应该盐环境的微生物被淘汰，适应环境的微生物生存下来，嗜盐菌和适应高盐环境的菌群成为优势菌群，活性污泥能够适应含盐环境，保持一定的氨氮去除效率[6－8]。增大含盐废水的比例后，因为微生物受到盐度的影响而对脱氮效果产生一定的波动，经过较短时间的适应后，活性污泥能够很快适应含盐环境，保持较高的脱氮效率。但是，当Na2SO4盐度增加至12 g/L时，氨氮去除效果下降，这是由于过高的盐度导致微生物细胞渗透压升高，细胞脱水死亡。

2.3 Na2SO4盐度对亚硝酸盐积累率的影响

影响短程硝化亚硝态氮积累的因素有很多，如游离氨(FA)、pH、温度、溶解氧(DO)等因素，本实验考察盐度对亚硝态氮积累的影响，结果如图5所示。

图4 Na2SO4盐度对氨氮去除效果的影响

图5 Na2SO4盐度对亚硝态氮积累率的影响

3 结 论

(1)在乙醇作为碳源的条件下，SBR工艺经过25 d的驯化，氨氮去除率可达到90%以上的去除率，活性污泥驯化成功。

(2)盐度的升高能够导致不能适应环境的微生物被淘汰，嗜盐菌成为优势菌群。但是，当Na2SO4盐度增加至12 g/L时，氨氮去除效果开始下降，过高的盐度导致微生物细胞渗透压升高，细胞脱水死亡。

(3)盐度对活性污泥系统中的硝酸菌和亚硝酸菌的抑制作用不同，在一定盐度下可实现亚硝酸盐的积累，实现短程硝化反硝化。当Na2SO4盐度增加到12 g/L时，亚硝态氮积累率达到最高值90%。

[1]文湘华.含盐废水的生物处理研究进展[J].环境科学，1999，20(3):104－106.

[2]Hamoda M F，Atlar A L.Effect on high sodium chloride concentrations on activated sludge treatment[J].Water Science and Technology，1995，31(9):61 －72.

[3]Dincer A R ，Kargi F.Performance of rotating biological dise system treating saline wastewater[J].Process Biochemistry，2001，36(8 －9):901－906.

[4]张勇，于德爽，王洪娟.SBR工艺处理高盐度生活污水试验[J].环境工程，2008，26(1):27－29.

[5]俞远.污水生物处理新技术—SBR工艺[J].河北师范大学:自然科学版，2004，28(3):285－288.

[6]张雨山，王静.海水盐度对二沉池污泥沉降性能的影响[J].中国给水排水，2000，16(2):18－19.

[7]于庆江，冯永顺.影响SBR工艺脱氮效果因素的研究[J].科技情报开发与经济，2004，14(2):152－153.

[8]张兰河，张万友，韩利，杨涛，刘强.含盐废水SBR工艺短程硝化试验[J].化工进展，2010，29(10):1985－1989.