高盐度废水生物处理特性研究
高盐度废水是指总含盐质量分数至少为1%的废水;其来源广泛、成分复杂。废水中高盐份的存在,会破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶,对微生物的生长产生抑制作用,从而增加了含盐废水生物处理的难度。微生物在含盐环境中经过驯化后,通过调节自身新陈代谢,可以适应相应盐度环境。目前,国内外采用生物处理法对高盐度废水中有机污染物的去除已进行了广泛的研究,但是对高盐度废水中氮和磷,尤其是磷去除规律的研究还较少;并且对于常规活性污泥中各菌群在受到盐度冲击时,其所能耐受的盐度范围没有明确确定。针对目前高盐度废水生物处理存在问题,本论文系统研究了常规活性污泥在受到盐度冲击时,污泥中具有特定处理功能的各菌群所受到的影响;试验中采用逐步增加污水中盐度的方法,在含盐环境中对污泥进行长期驯化,并深入研究了驯化过程中耐盐污泥硝化功能、反硝化功能以及生物除磷性能的变化;同时对嗜盐菌的生长特性进行了初步研究。
研究结果表明,常规活性污泥在受到盐度冲击时,其活性会降低,当环境中含盐浓度超过30 g/L后,污泥耗氧速率(SOUR)降低超过70%。硝化菌对盐度比亚硝化菌更敏感,适应于淡水环境的硝化菌在受到含盐浓度为10 g/L的废水连续冲击时,其硝化功能会完全被抑制。反硝化菌对盐度的敏感性比硝化菌低得多。聚磷菌对盐度也很敏感,在高盐环境中其厌氧阶段释磷和好氧阶段吸磷均会受到明显的抑制;在受到含盐浓度为20g/L的废水连续冲击时,聚磷菌除磷能力将遭到完全破坏。
常规活性污泥在含盐环境中经过驯化后,污泥结构、生物相、污泥沉淀性能以及污泥活性均会发生变化。耐盐污泥中原生动物数量和种类明显减少,所形成的污泥颗粒小,且比较密实。随着盐度增加,微生物产生的胞外聚合物的量增多,从而可以减少高盐度对菌体的破坏。耐盐污泥沉淀性能好,SVI值一般为30~40 mL/g左右;驯化过程中,污泥容积指数(SVI)呈现出先降低然后又增高的趋势。经过驯化后的耐盐污泥活性明显提高。
采用逐步提高废水中盐度的方法,将污泥在含盐环境中进行长期驯化,本试验成功驯化出耐盐微生物;并且在高盐度环境中,耐盐微生物能够有效地将废水中的氮磷等污染物去除。污泥驯化开始阶段,由于硝化菌对盐度比亚硝化菌更敏感,当含盐浓度达到10g/L时硝化菌几乎完全被抑制;而亚硝化菌对盐度的变化适应能力强,并且其生长速率高于硝化菌,在含盐环境中驯化70 d后,亚硝化菌数量明显增加,硝化反应速率加快。含盐浓度低于20g/L时,由于耐盐硝化菌数量少,限制了N0<,2>-N向N0,3><,->-N转化,导致硝化反应过程中亚硝态氮大量累积。经过约150 d的驯化后,耐盐硝化菌数量逐步增加,相应地加快了NO<,2><'->N向NO<,3><'->-N的转化速率,因此在驯化后一阶段(含盐浓度为25g/L~35g/L时),硝化反应过程中亚硝态氮的累积量逐渐降低,反应最终产物以硝态氮为主。研究结果表明,硝化菌经过长期驯化后,可以适应高盐环境,并且驯化后的耐盐硝化菌能快速地将氨氮氧化。污泥在含盐环境中经过驯化后,能够稳定地进行反硝化反应,反硝化速率大约为10~16 mgNO<,3><'->-N/gVSS-h。聚磷菌在含盐环境中经过长期驯化后,也能够适应高盐度环境;废水中含盐浓度低于32.5 g/L时,利用耐盐聚磷菌能获得较好的除磷效果,经过3~7 h的好氧吸磷阶段,可以使出水PO<,4><'3->-P浓度低于O.5mg/L;当含盐浓度超过35g/L后,好氧阶段吸磷速率明显降低。
本试验研究了环境因素变化对耐盐污泥硝化功能、反硝化功能以及生物除磷性能的影响。研究结果表明,温度对耐盐污泥硝化反应速率影响较大,与30℃时的污泥比硝化速率相比,水温10℃时,污泥比硝化速率降低77%;耐盐污泥中的硝化菌在pH值为8.O~8.5左右时,活性最高;当处理系统中盐度发生变化时,盐度增加对耐盐硝化菌的影响比盐度降低要大得多。耐盐污泥反硝化过程最适宜pH值为7.0~8.0。盐度增加对聚磷菌的影响比盐度降低要大得多,在受到盐度更高的废水冲击后,聚磷菌除磷功能大幅下降,甚至会完全失去生物除磷功能。
本论文研究中发现硝化反应过程中亚硝酸盐的累积会抑制聚磷菌好氧吸磷,而目前关于这方面的研究还未见报道。本论文系统研究了不同浓度的亚硝酸盐在不同pH值下对聚磷菌好氧吸磷过程的影响,并进一步研究了在含盐浓度为15g/L的条件下硝化反应过程中亚硝酸盐的累积对聚磷菌好氧吸磷过程的影响。研究结果表明,亚硝酸盐对聚磷菌好氧吸磷的抑制作用主要与亚硝酸(FNA)浓度有关,在pH值为7.0~8.0的环境中,混合液中FNA浓度达到0.002mg/L时,聚磷菌好氧吸磷受到的抑制作用为35%左右:FNA浓度超过0.005 mg/L后,聚磷菌受到的抑制作用达到60~70%。在硝化反应过程中,若出现亚硝态氮的大量累积则对生物除磷有很大影响,尤其进水氨氮浓度高时,在高N0<,2>-N浓度和低pH值的双重作用下,处理系统中FNA浓度大幅增加,对聚磷菌好氧吸磷会产生较强的抑制作用,使得处理系统中磷酸根去除率明显降低。
本试验从含盐率为3%、5%、10%及15%的环境中分离出嗜盐菌株,并测定了不同盐度下嗜盐菌生长速率。研究结果表明,环境中含盐浓度越高,嗜盐菌生长速率越低,世代时间越长。在含盐率为3%的环境中,细菌比生长速率能达到0.88 h<,-1>左右,世代时间约为50~60 min;而在含盐率为15%的环境中,嗜盐菌比生长速率仅为0.3 h<,-1>左右,世代时间约为140~170 min。在盐度很高的环境中(含盐率大于10%),嗜盐菌对有机物的降解速率慢。
高盐度废水;常规活性污泥;生物除磷;亚硝酸盐;嗜盐菌
中国海洋大学
博士
环境工程
郑西来
2006
中文
X703.1
145
2007-08-07(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)