崔有為　王淑瑩　于德爽　祝貴兵　彭永臻　
　給水排水?。郑铮?29　Ｎｏ 6　200357

　　　
提要　采用ＳＢＲ工藝處理含鹽生活污水,研究了進水的鹽度、ＤＯ濃度和有機物降解過程三者之間的關(guān)系,驗證以ＤＯ作為ＳＢＲ工藝處理含鹽污水有機物降解過程中反應(yīng)時間和過程控制參數(shù)的可行性。分別對經(jīng)過無機鹽馴化穩(wěn)定運行的活性污泥系統(tǒng)和鹽度沖擊期間非穩(wěn)定運行的活性污泥系統(tǒng)進行試驗。結(jié)果表明:在穩(wěn)定運行期間,無論進水的鹽度變化,還是進水的ＣＯＤ或曝氣量變化,ＤＯ和有機物的降解都有很好的相關(guān)性。根據(jù)這種相關(guān)規(guī)律可以用ＤＯ間接地指示出有機物降解的程度并可以對反應(yīng)進程進行預(yù)測,從而實現(xiàn)對反應(yīng)過程進行控制。但是,在鹽度沖擊期間,ＤＯ與有機物降解不具有相關(guān)性。所以,要實現(xiàn)ＤＯ作為ＳＢＲ處理含鹽污水的計算機控制參數(shù),必須保證鹽度的穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞　含鹽污水?。樱拢夜に嚒】刂茀?shù)　鹽度?。模?
　　國家十五科技攻關(guān)項目(2001ＢＡ610Ａ-09),北京市自然科學(xué)基金資助項目(編號:8002005)?！　?/P>

　　含鹽廢水主要來源于工業(yè)廢水,大型船艦廢水,異常地區(qū)地下水和海水直接利用過程中產(chǎn)生的廢水等。國內(nèi)外利用各種反應(yīng)器對含鹽廢水進行了研究。在國外,Ｈａｍｏｄａ和ＡＬ-Ａｔａｒ[1]利用完全混合式反應(yīng)器研究了鹽度對活性污泥處理效率的影響;Ｌａｗｔｏｎ和Ｅｇｇｅｒｔ[2]利用滴濾池研究鹽度對生物膜的影響;Ｍｉｌｌｓ和Ｗｈｅａｔｌａｎｄ[3]使用滲濾器處理含鹽生活污水;Ｓｔｅｗａｒｄ[4]等用延時曝氣系統(tǒng)處理含鹽廢水。在國內(nèi),安林和顧國維[5]研究了鹽度對二段接觸氧化處理工藝的影響。但是,少見有利用間歇反應(yīng)器進行含鹽污水處理的研究,對含鹽污水ＳＢＲ法處理自動控制的研究就更未見報道。由于ＳＢＲ法操作上的特點,須對其實行自動控制。而實現(xiàn)ＳＢＲ的高層次計算機在線控制,必須尋找既能反映有機物降解程度,又能在線檢測的控制參數(shù),這是深化ＳＢＲ法自動控制的重要課題。ＤＯ,ＯＲＰ,ｐＨ這些可以在線檢測的參數(shù),一直是污水處理自動控制系統(tǒng)研究的熱點。盡管已有研究指出將ＤＯ,ＯＲＰ作為間歇式活性污泥法的控制參數(shù),但都是在對非含鹽廢水進行研究得到的結(jié)論[6]。對于含鹽污水,由于鹽度對活性污泥微生物處理系統(tǒng)有重大的影響,所以有必要進一步探討與驗證ＤＯ作為ＳＢＲ工藝反應(yīng)時間控制參數(shù)和過程控制參數(shù)的可行性,從而實現(xiàn)ＳＢＲ處理含鹽污水的自動控制。
1　試驗材料和方法
　　試驗采用化糞池出水作為處理對象(水質(zhì)見表1),用ＮａＣｌ調(diào)配鹽度。試驗研究了不同鹽度下穩(wěn)定運行系統(tǒng)和鹽度沖擊期間的ＤＯ濃度與有機物降解的相關(guān)性。在反應(yīng)過程中,在線檢測ＤＯ,并根據(jù)ＤＯ的變化在一定的時間取樣,測量ＣＯＤ以及混合液污泥濃度。由于氯離子影響ＣＯＤ的檢測,所以必須加掩蔽劑[7]。為了防止無機鹽對ＭＬＳＳ測定的影響,在過濾后至少要用100ｍＬ的蒸餾水進行沖洗濾紙,防止無機鹽結(jié)晶影響測定。溫控儀與加熱器控制水溫至20±2℃,將污泥濃度控制在2 5ｇ/Ｌ。ＳＢＲ法試驗裝置見圖1。試驗取樣和檢測在各鹽度馴化結(jié)束且處理效果穩(wěn)定后進行。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1　試驗用水水質(zhì)

CODcr/（mg/L）	100~760	平均CODcr/（mg/L）	320
SS/（mg/L）	60~128	平均SS/（mg/L）	82
BOD5/（mg/L）	62.8~132.5	平均BOD5/（mg/L）	128
pH	7.3~8.9	總氮（mg/L）	41.6
總磷（mg/L）	2.75

2　試驗結(jié)果與分析
2．1　穩(wěn)定運行期間
2．1．1　相同進水有機物濃度相同曝氣量不同鹽度
　　試驗原水ＣＯＤ濃度為320ｍｇ/Ｌ左右,反應(yīng)過程中平均ＭＬＳＳ為2 5ｇ/Ｌ,曝氣量控制在0 3ｍ3/ｈ,從無鹽穩(wěn)定運行系統(tǒng)開始,逐次調(diào)節(jié)進水鹽度至10ｇ/Ｌ,15ｇ/Ｌ,20ｇ/Ｌ,25ｇ/Ｌ,30ｇ/Ｌ和35ｇ/Ｌ等幾個梯度水平。在每個鹽度梯度系統(tǒng)馴化結(jié)束運行穩(wěn)定后進入下一個鹽度水平的研究。
　　試驗結(jié)果(見圖2和圖3)表明在整個反應(yīng)過程中,盡管鹽度不同但是有機物變化的時間曲線和ＤＯ的時間曲線都有很好的規(guī)律性,而且兩個曲線有很好的相關(guān)聯(lián)系。
　　由于生活污水中含有易被微生物降解和難于降解的兩類有機物,所以在ＣＯＤ變化曲線(見圖2)上會出現(xiàn)兩個階段,在反應(yīng)初期有機物快速降解然后其降解速度大大降低最后甚至幾乎停止。而無機鹽的濃度主要影響了有機物的降解速度和降解程度。隨著鹽度的增加,易降解有機物降解速度逐漸降低,而且剩余難降解有機物濃度逐漸增加。

　　　　　　　　

　　有機物降解過程以及鹽度對降解的影響特性在ＤＯ時間曲線(見圖3)上得到了很好的反映。在不同鹽度馴化系統(tǒng)內(nèi),ＤＯ在各個反應(yīng)周期的變化規(guī)律基本相同,ＤＯ時間曲線大體上會出現(xiàn)兩個跳躍和兩個平臺,兩個平臺和兩個跳躍交替排列。在反應(yīng)的初期,ＤＯ大幅度升高,出現(xiàn)第一個跳躍。這是因為反應(yīng)剛剛開始的時候,反應(yīng)器內(nèi)的ＤＯ基本為零,此時供氧速率遠遠大于耗氧速率所致。之后進入有機物快速降解階段,由于生物降解有機物需要耗費大量氧,所以ＤＯ有所下降并趨于平緩,稱之為第一個平臺。鹽度不同,該水平段的ＤＯ水平值也不同。隨著鹽度的增大,此平臺的ＤＯ水平值降低,且這個平臺持續(xù)的時間也變長。因此可以通過此特點預(yù)測進水的鹽度和在該鹽度下的反應(yīng)時間。當易降解有機物降解完,剩余的難降解有機物難于進一步被利用時,有機物降解的耗氧速率也接近于零,由于曝氣量恒定,供氧速率遠遠大于耗氧速率,致使ＤＯ大幅度上升,之后由于ＤＯ濃度的增加,氧轉(zhuǎn)移速率即供氧速率也逐漸減少,當微生物的內(nèi)源呼吸的耗氧速率與供氧速率相等時,ＤＯ又出現(xiàn)新的平衡,即第二個平臺。ＤＯ時間曲線所呈現(xiàn)的這一特點可以作為曝氣結(jié)束的控制信號。和第一個平臺相似,第二個平臺的ＤＯ水平值隨著鹽度的增高,ＤＯ值下降。造成這種現(xiàn)象的原因可能是高鹽對微生物的抑制作用導(dǎo)致的微生物呼吸作用加強的緣故。Ｌｕｄｚａｃｋ和Ｎｏｒａｎ[8]的研究表明,隨著鹽度的增加,處理系統(tǒng)的比耗氧速率也增長。而且,經(jīng)過鹽度馴化的活性污泥系統(tǒng)的比耗氧速率高于相同條件下未經(jīng)馴化的污泥系統(tǒng)。在高鹽條件下,微生物為了平衡高鹽產(chǎn)生的滲透壓,會產(chǎn)生一些可溶性的物質(zhì)并調(diào)節(jié)自身機能來適應(yīng)惡劣環(huán)境。因此可以假設(shè),在高鹽條件下,微生物受到高能滲透壓的侵襲,為了保持細胞質(zhì)膜內(nèi)的離子濃度均衡,微生物提高了耗氧速率來增強活性。而且,隨著鹽度在細胞內(nèi)的積累,細胞體內(nèi)的酶會受到抑制,為了消除鹽度對細胞酶系統(tǒng)的抑制,微生物只能通過增加呼吸的方法。
2．1．2　相同曝氣量相同鹽度不同進水有機物濃度
　　保持曝氣量為0 3ｍ3/ｈ,將進水ＣＯＤ調(diào)整為320ｍｇ/Ｌ和740ｍｇ/Ｌ兩個水平進行試驗。研究了三個典型鹽度馴化系統(tǒng)不同進水ＣＯＤ濃度下,ＤＯ與ＣＯＤ隨時間的變化規(guī)律,驗證ＤＯ作為處理含鹽生活污水控制參數(shù)的可行性。
　　從圖4ａ～ｃ可以看出,在相同的鹽度和曝氣量下,ＤＯ時間曲線的形狀基本和圖3相同。第一個平臺結(jié)束伴隨著ＤＯ的大幅跳躍,進入第二個平臺,宣告著易降解有機物的降解完成。
　　ＤＯ曲線第一個平臺的水平值和進水ＣＯＤ濃度呈現(xiàn)負相關(guān)性。進水ＣＯＤ濃度越低,第一個平臺的ＤＯ水平值越高。而且,第一個平臺的歷時與進水濃度呈現(xiàn)正相關(guān)性,進水濃度越高,歷時越長。這一點很好理解,因為進水ＣＯＤ濃度越高,其所含有易降解的有機物也越多,而反應(yīng)控制污泥濃度相同,因此降解的時間會相應(yīng)的變長。根據(jù)第一平臺的ＤＯ變化特點可以對進水ＣＯＤ進行預(yù)測,通過ＤＯ在第二個平臺到達穩(wěn)定時中止曝氣可以實現(xiàn)對反應(yīng)時間的控制。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　圖4　不同進水有機物濃度下ＤＯ與ＣＯＤ隨時間變化曲線
2 1 3　相同鹽度相同進水有機物濃度不同曝氣量
　　試驗采用進水ＣＯＤ為320ｍｇ/Ｌ,曝氣量采用0 2ｍ3/ｈ,0 3ｍ3/ｈ和0 4ｍ3/ｈ三個水平。此處列出一個20ｇ/Ｌ的鹽度下的曲線(見圖5)。曝氣量與第一平臺段的ＤＯ水平值呈現(xiàn)正相關(guān)性。第一水平段持續(xù)的時間和曝氣量呈現(xiàn)負相關(guān)性。但是曝氣量對第二段的水平值的影響很小。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　圖5　20ｇ/Ｌ鹽度不同曝氣量下ＤＯ與ＣＯＤ隨時間變化曲線

　　從上面的分析可以看出,由于ＤＯ在含鹽污水的處理中,同時受到鹽度、曝氣量和進水濃度等三個主要變化因素的限制,所以用ＤＯ作為含鹽污水處理的控制參數(shù)比用其作為無鹽污水處理的控制參數(shù)要復(fù)雜得多。但是ＤＯ與有機物的降解具有很好的相關(guān)性,表明在穩(wěn)定運行期間用ＤＯ作為控制參數(shù)是可行的。
2．2　鹽度沖擊期間
　　在實際處理污水時鹽度時刻都在發(fā)生變化。因此,要判斷能否以ＤＯ作為含鹽污水處理的控制參數(shù),必須考慮在鹽度沖擊期間,?。模吓cＣＯＤ降解是否具有相關(guān)性。
　　在試驗中,以在20ｇ/Ｌ鹽度下穩(wěn)定運行的活性污泥系統(tǒng)為沖擊對象,在保持曝氣量和進水有機物濃度不變的前提下,突然增加和減少鹽度負荷,檢測ＤＯ與ＣＯＤ。試驗結(jié)果見圖6。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖6　鹽度沖擊期間ＤＯ與ＣＯＤ隨時間變化曲線
　　從圖6可看出,ＤＯ曲線形狀完全改變,總體上一直攀升,只是上升的速度不同。且有機物降解時間曲線與ＤＯ時間曲線毫無相關(guān)性。隨ＤＯ的攀升,有機物的降解始終在緩慢地進行。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于鹽度沖擊造成大量活性污泥流失而導(dǎo)致耗氧量減少,同時在沖擊期間有機物降解速率和耗氧速率急劇下降所致。但還可能由于活性污泥系統(tǒng)中存在大量不同種屬的微生物,這些微生物對鹽度沖擊的耐受性不同,能適應(yīng)惡劣環(huán)境的微生物還未發(fā)展成為優(yōu)勢菌屬,所以有機物降解一直在緩慢進行,但耗氧量很少。這種結(jié)果表明,在鹽度沖擊期,ＤＯ無法作為反應(yīng)時間的控制參數(shù),也無法對鹽度和進水有機物濃度等進行預(yù)測。故要使用ＤＯ作為含鹽污水生物處理的自動控制參數(shù),必須排除鹽度對系統(tǒng)的沖擊,保持進水鹽度的相對穩(wěn)定。
3　結(jié)語
　　(1)采用ＳＢＲ法處理含鹽污水,在系統(tǒng)穩(wěn)定運行期間,當易降解有機物降解完成時,ＤＯ迅速大幅度升高后進入一個平臺,ＤＯ這一變化特點可以作為有機物基本被去除的信號。而且ＤＯ在有機物降解過程中會出現(xiàn)兩個平臺,可以根據(jù)第一個平臺段的ＤＯ水平值對鹽度、曝氣量和進水有機物濃度進行預(yù)測。因此,以ＤＯ作為ＳＢＲ法處理海水沖廁污水反應(yīng)時間的計算機控制參數(shù)是可行的。　　　(2)在鹽度沖擊期間,由于ＤＯ與有機物降解不再具有良好的相關(guān)性,所以ＤＯ無法作為ＳＢＲ處理含鹽污水的自動控制參數(shù)。　　　(3)要實現(xiàn)以ＤＯ作為ＳＢＲ法處理含鹽污水的計算機控制參數(shù),必須保證進水鹽度的相對穩(wěn)定。建議在ＳＢＲ前設(shè)置調(diào)節(jié)池,在調(diào)節(jié)池的進水口和出水口分別設(shè)鹽度檢測裝置,加強對鹽度變化的監(jiān)控,使鹽濃度的波動控制在一定的范圍。

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修回日期:2003－1－22