| 崔有為 王淑瑩 于德爽 祝貴兵 彭永臻
給水排水 Ｖｏｌ 29 Ｎｏ 6 200357
提要 采用ＳＢＲ工藝處理含鹽生活污水,研究了進(jìn)水的鹽度、ＤＯ濃度和有機(jī)物降解過程三者之間的關(guān)系,驗(yàn)證以ＤＯ作為ＳＢＲ工藝處理含鹽污水有機(jī)物降解過程中反應(yīng)時(shí)間和過程控制參數(shù)的可行性。分別對經(jīng)過無機(jī)鹽馴化穩(wěn)定運(yùn)行的活性污泥系統(tǒng)和鹽度沖擊期間非穩(wěn)定運(yùn)行的活性污泥系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明:在穩(wěn)定運(yùn)行期間,無論進(jìn)水的鹽度變化,還是進(jìn)水的ＣＯＤ或曝氣量變化,ＤＯ和有機(jī)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(jī)物降解的程度并可以對反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行預(yù)測,從而實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)過程進(jìn)行控制。但是,在鹽度沖擊期間,ＤＯ與有機(jī)物降解不具有相關(guān)性。所以,要實(shí)現(xiàn)ＤＯ作為ＳＢＲ處理含鹽污水的計(jì)算機(jī)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 ＤＯ
國家十五科技攻關(guān)項(xiàng)目(2001ＢＡ610Ａ-09),北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號:8002005)。 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(jìn)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(shí)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(jìn)行含鹽污水處理的研究,對含鹽污水ＳＢＲ法處理自動(dòng)控制的研究就更未見報(bào)道。由于ＳＢＲ法操作上的特點(diǎn),須對其實(shí)行自動(dòng)控制。而實(shí)現(xiàn)ＳＢＲ的高層次計(jì)算機(jī)在線控制,必須尋找既能反映有機(jī)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。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(jìn)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(jìn)一步探討與驗(yàn)證ＤＯ作為ＳＢＲ工藝反應(yīng)時(shí)間控制參數(shù)和過程控制參數(shù)的可行性,從而實(shí)現(xiàn)ＳＢＲ處理含鹽污水的自動(dòng)控制。
1 試驗(yàn)材料和方法
試驗(yàn)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(yàn)研究了不同鹽度下穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)和鹽度沖擊期間的ＤＯ濃度與有機(jī)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(shí)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(jī)鹽對ＭＬＳＳ測定的影響,在過濾后至少要用100ｍＬ的蒸餾水進(jìn)行沖洗濾紙,防止無機(jī)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(yàn)裝置見圖1。試驗(yàn)取樣和檢測在各鹽度馴化結(jié)束且處理效果穩(wěn)定后進(jìn)行。
表1 試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果與分析
2．1 穩(wěn)定運(yùn)行期間
2．1．1 相同進(jìn)水有機(jī)物濃度相同曝氣量不同鹽度
試驗(yàn)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(yùn)行系統(tǒng)開始,逐次調(diào)節(jié)進(jìn)水鹽度至10ｇ/Ｌ,15ｇ/Ｌ,20ｇ/Ｌ,25ｇ/Ｌ,30ｇ/Ｌ和35ｇ/Ｌ等幾個(gè)梯度水平。在每個(gè)鹽度梯度系統(tǒng)馴化結(jié)束運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)入下一個(gè)鹽度水平的研究。
試驗(yàn)結(jié)果(見圖2和圖3)表明在整個(gè)反應(yīng)過程中,盡管鹽度不同但是有機(jī)物變化的時(shí)間曲線和ＤＯ的時(shí)間曲線都有很好的規(guī)律性,而且兩個(gè)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(jī)物,所以在ＣＯＤ變化曲線(見圖2)上會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)階段,在反應(yīng)初期有機(jī)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(jī)鹽的濃度主要影響了有機(jī)物的降解速度和降解程度。隨著鹽度的增加,易降解有機(jī)物降解速度逐漸降低,而且剩余難降解有機(jī)物濃度逐漸增加。
 
有機(jī)物降解過程以及鹽度對降解的影響特性在ＤＯ時(shí)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(gè)反應(yīng)周期的變化規(guī)律基本相同,ＤＯ時(shí)間曲線大體上會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)跳躍和兩個(gè)平臺,兩個(gè)平臺和兩個(gè)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(gè)跳躍。這是因?yàn)榉磻?yīng)剛剛開始的時(shí)候,反應(yīng)器內(nèi)的ＤＯ基本為零,此時(shí)供氧速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耗氧速率所致。之后進(jìn)入有機(jī)物快速降解階段,由于生物降解有機(jī)物需要耗費(fèi)大量氧,所以ＤＯ有所下降并趨于平緩,稱之為第一個(gè)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(gè)平臺持續(xù)的時(shí)間也變長。因此可以通過此特點(diǎn)預(yù)測進(jìn)水的鹽度和在該鹽度下的反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)易降解有機(jī)物降解完,剩余的難降解有機(jī)物難于進(jìn)一步被利用時(shí),有機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)微生物的內(nèi)源呼吸的耗氧速率與供氧速率相等時(shí),ＤＯ又出現(xiàn)新的平衡,即第二個(gè)平臺。ＤＯ時(shí)間曲線所呈現(xiàn)的這一特點(diǎn)可以作為曝氣結(jié)束的控制信號。和第一個(gè)平臺相似,第二個(gè)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(qiáng)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(huì)產(chǎn)生一些可溶性的物質(zhì)并調(diào)節(jié)自身機(jī)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(xì)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(qiáng)活性。而且,隨著鹽度在細(xì)胞內(nèi)的積累,細(xì)胞體內(nèi)的酶會(huì)受到抑制,為了消除鹽度對細(xì)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(jìn)水有機(jī)物濃度
保持曝氣量為0 3ｍ3/ｈ,將進(jìn)水ＣＯＤ調(diào)整為320ｍｇ/Ｌ和740ｍｇ/Ｌ兩個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)。研究了三個(gè)典型鹽度馴化系統(tǒng)不同進(jìn)水ＣＯＤ濃度下,ＤＯ與ＣＯＤ隨時(shí)間的變化規(guī)律,驗(yàn)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(shí)間曲線的形狀基本和圖3相同。第一個(gè)平臺結(jié)束伴隨著ＤＯ的大幅跳躍,進(jìn)入第二個(gè)平臺,宣告著易降解有機(jī)物的降解完成。
?。模锨€第一個(gè)平臺的水平值和進(jìn)水ＣＯＤ濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。進(jìn)水ＣＯＤ濃度越低,第一個(gè)平臺的ＤＯ水平值越高。而且,第一個(gè)平臺的歷時(shí)與進(jìn)水濃度呈現(xiàn)正相關(guān)性,進(jìn)水濃度越高,歷時(shí)越長。這一點(diǎn)很好理解,因?yàn)檫M(jìn)水ＣＯＤ濃度越高,其所含有易降解的有機(jī)物也越多,而反應(yīng)控制污泥濃度相同,因此降解的時(shí)間會(huì)相應(yīng)的變長。根據(jù)第一平臺的ＤＯ變化特點(diǎn)可以對進(jìn)水ＣＯＤ進(jìn)行預(yù)測,通過ＤＯ在第二個(gè)平臺到達(dá)穩(wěn)定時(shí)中止曝氣可以實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)時(shí)間的控制。
  
圖4 不同進(jìn)水有機(jī)物濃度下ＤＯ與ＣＯＤ隨時(shí)間變化曲線
2 1 3 相同鹽度相同進(jìn)水有機(jī)物濃度不同曝氣量
試驗(yàn)采用進(jìn)水ＣＯＤ為320ｍｇ/Ｌ,曝氣量采用0 2ｍ3/ｈ,0 3ｍ3/ｈ和0 4ｍ3/ｈ三個(gè)水平。此處列出一個(gè)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(shí)間和曝氣量呈現(xiàn)負(fù)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(shí)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(shí)受到鹽度、曝氣量和進(jìn)水濃度等三個(gè)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(jī)物的降解具有很好的相關(guān)性,表明在穩(wěn)定運(yùn)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(shí)際處理污水時(shí)鹽度時(shí)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(yàn)中,以在20ｇ/Ｌ鹽度下穩(wěn)定運(yùn)行的活性污泥系統(tǒng)為沖擊對象,在保持曝氣量和進(jìn)水有機(jī)物濃度不變的前提下,突然增加和減少鹽度負(fù)荷,檢測ＤＯ與ＣＯＤ。試驗(yàn)結(jié)果見圖6。
圖6 鹽度沖擊期間ＤＯ與ＣＯＤ隨時(shí)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(jī)物降解時(shí)間曲線與ＤＯ時(shí)間曲線毫無相關(guān)性。隨ＤＯ的攀升,有機(jī)物的降解始終在緩慢地進(jìn)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(shí)在沖擊期間有機(jī)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(jī)物降解一直在緩慢進(jìn)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(shí)間的控制參數(shù),也無法對鹽度和進(jìn)水有機(jī)物濃度等進(jìn)行預(yù)測。故要使用ＤＯ作為含鹽污水生物處理的自動(dòng)控制參數(shù),必須排除鹽度對系統(tǒng)的沖擊,保持進(jìn)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(yùn)行期間,當(dāng)易降解有機(jī)物降解完成時(shí),ＤＯ迅速大幅度升高后進(jìn)入一個(gè)平臺,ＤＯ這一變化特點(diǎn)可以作為有機(jī)物基本被去除的信號。而且ＤＯ在有機(jī)物降解過程中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)平臺,可以根據(jù)第一個(gè)平臺段的ＤＯ水平值對鹽度、曝氣量和進(jìn)水有機(jī)物濃度進(jìn)行預(yù)測。因此,以ＤＯ作為ＳＢＲ法處理海水沖廁污水反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算機(jī)控制參數(shù)是可行的。 (2)在鹽度沖擊期間,由于ＤＯ與有機(jī)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(dòng)控制參數(shù)。 (3)要實(shí)現(xiàn)以ＤＯ作為ＳＢＲ法處理含鹽污水的計(jì)算機(jī)控制參數(shù),必須保證進(jìn)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(jìn)水口和出水口分別設(shè)鹽度檢測裝置,加強(qiáng)對鹽度變化的監(jiān)控,使鹽濃度的波動(dòng)控制在一定的范圍。
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作者通訊處:100022北京朝陽區(qū)平樂園100號北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院 電話:(010)67392627 67393667
Ｅ ｍａｉｌ:ｅｎｖｉｒｏｔｔｏ@163．ｃｏｍ 王淑瑩 彭永臻150090哈爾濱工業(yè)大學(xué)
修回日期:2003－1－22
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