无机盐对工业废水常规活性污泥生化处理法的影响.docx
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无机盐对工业废水常规活性污泥生化处理法的影响
无机盐对工业废水常规活性污泥生化处理法的影响
海产品、奶制品加工、化工、制药、食品罐装以及石油发酵等工业部门排放有机工业废水含有高浓度的无机盐类（主要为氯化钠和硫酸钠）。
此外，沿海地区海水渗入城市下水道也往往使城市污水中含有高浓度的氯化钠[1-2]。
由于此类废水排放量大、污染严重，是属于极难处理的废水。
目前，对这类废水一般采用电解法、膜分离法、焚烧法或深井灌注法[3-6]进行处理，但电解法和焚烧法运行费较高，膜分离法存在废水中ＳＳ和有机物对膜的堵塞问题、深井灌注法易产生二次污染等，故难以在实际中推广。
常规活性污泥生化处理技术因其经济、高效，而被广泛地应用于污水净化和处理上。
但是，随着盐含量的增加，对微生物的生长和繁殖产生抑制，浓度太高甚至会杀死微生物。
不同物质对生物处理的阻害或许是由于这些物质影响微生物的呼吸系统和酶系统，或许是破坏渗透压平衡而引的。
各种盐类对生物处理的阻害性因其盐分渗透压的不同而不同；同一物质ｐＨ、温度、污泥浓度等条件变化时，极限允许浓度也有所变化。
本文通过研究废水中一些常见的无机盐（NaCl、Na2SO4）对常规活性污泥生化处理方法的阻害作用，找出一般性的规律，为常规活性污泥法处理含盐工业废水的工程应用提供参考依据。
1实验材料与方法
1.1菌种的培养和驯化
试验用的菌种取自某农药厂污水处理站，根据常规活性污泥生化处理方式进行培养和驯化。
培养用水按BOD5：
Ｎ：
Ｐ=100：
5：
1的营养配比。
采用葡萄糖、碳酸铵和磷酸二氢铵等配制成所对应的浓度。
驯化用水取自某巢丝试样厂，其COD为1500～1800mg/l，含NaCl为0.5%。
1.2实验方法
对常规活性污泥法处理巢丝废水进行了实验，盐度分别为NaCl、Na2SO4的质量浓度。
进水COD控制在1500～1800mg/ｌ之间。
在常规活性污泥法Ａ池中分别加入1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%的NaCl；在常规活性污泥法Ｂ池中分别加入1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%的Na2SO4进行实验，分别测定在不同盐分浓度下常规活性污泥生化系统的污泥质量和系统的COD去除效果。
1.3监测方法
COD监测采用重铬酸钾法测定，NaCl浓度采用氯离子硝酸银法测定。
2结果与讨论
2.1盐分对常规活性污泥法中活性污泥质量的影响
2.1.1NaCl对常规活性污泥法中活性污泥质量的影响
随着NaCl浓度的不断增加，活性污泥的质量发生变化，初始污泥沉降比为21%见表1。
从表1中可以看出每改变一种NaCl的浓度，污泥量先减少，后逐渐增长。
说明随着NaCl浓度的改变，一些不适应该浓度的微生物逐渐死亡，污泥量减少。
随着驯化的不断进行，适应该浓度的微生物逐渐繁殖起来，污泥量增多。
从实验中可知，常规活性污泥法对NaCl浓度改变一般需711ｄ的驯化时间。
同时从表1中可见随着NaCl浓度的增加，体系中污泥SVI指数逐渐减少，这说明污泥的沉降性能逐渐变差。
表1 NaCl浓度对活性污泥质量的影响
质量浓度/%
驯化时间/ｄ
沉降比/%
MLSS/g/l
SVI/g/l
1.5
1
23
1.933
119
3
14.5
0.829
175
7
20.5
2.09
298
2
1
18
1.324
136
4
15.5
0.829
187
7
19
1.881
101
2.5
1
18.5
1.341
138
4
10
0.519
189
8
17
1.176
119
3
1
14
0.909
154
4
8.5
0.429
198
9
15
1.172
138
3.5
1
13
0.872
149
4
6
0.293
205
11
15
0.962
156
2.1.2Na2SO4对活性污泥质量的影响
在驯化期活性污泥质量的各项指数均随盐度和驯化时间的变化而变化，其变化情况如表2所示，初始污泥沉降比为19%。
表2 Na2SO4浓度对活性污泥质量的影响
浓度/%
驯化时间/ｄ
污泥沉降比/%
MLSS/g/l
SVI/mg/l
1.5
1
18
1.406
128
3
17.5
1.122
156
7
20.5
2.204
93
2
1
19
1.439
132
4
15.5
0.923
168
7
18.5
1.697
109
2.5
1
16.5
1.241
133
3
16.5
0.988
167
9
21
1.522
138
3
1
20.5
1.306
157
3
17
0.904
188
9
24
1.611
149
3.5
1
22
1.272
173
3
21
1.045
201
9
29
1.835
158
4
1
26
1.469
177
5
24.5
1.167
210
9
28
1.637
171
4.5
1
25
1.220
205
3
24
1.021
255
10
27.5
1.545
178
5
1
23.5
1.045
223
3
20.5
0.804
255
9
25.5
1.321
193
从表2中，可看出在每次改变Na2SO4浓度初期，活性污泥的量减少，是由于Na2SO4量的增加对微生物产生毒害，使其死亡。
在驯化后期，微生物适应该了盐分，开始繁殖，故活性污泥量增多。
从表2中还可知，随着Na2SO4浓度的增加，体系中污泥沉降性能下降。
从实验中还可知，常规活性污泥法对Na2SO4盐度的适应性要比NaCl的适应性强。
微生物一般需7～10ｄ的驯化，系统才能趋向稳定。
2.2盐分对COD去除率的影响
2.2.1同一盐浓度在不同的驯化期对COD去除率的影响
选取1.5%、2.5%的氯化钠和1.5%、3.0%硫酸钠的生化系统进行实验，随着驯化时间的增加其COD去除率的变化见图1和图2所示。
图1 1.5%和2.5%氯化钠下COD去除率的变化
图2 1.5%和3.0%硫酸钠浓度下COD去除率的变化
从图1和图2中可知在同一NaCl和Na2SO4浓度下，COD的去除率随着驯化时间的延长而提高。
这说明常规活性污泥法对NaCl和Na2SO4浓度的改变有一适应期，随着驯化的不断进行，体系中的微生物发生更替，一些不适应该盐度的微生物灭亡，被另外一些微生物代替，同时可以看出常规活性污泥法对低浓度NaCl和Na2SO4的适应性要强于对高浓度NaCl和Na2SO4的适应性，同时，从相同NaCl和Na2SO4的浓度下，COD的去除率不同，可以说明常规活性污泥法在Na2SO4环境中要比NaCl的环境中去除效率要高。
2.2.2不同浓度不同盐份对体系COD去除率的影响
随着NaCl和Na2SO4浓度的不断改变，体系COD去除率变化见图3。
从图3中可看出，随NaCl和Na2SO4浓度的增加，NaCl和Na2SO4对系统阻害性增加，使体系对COD的去除率降低。
说明系统对NaCl和Na2SO4具有一定的容忍性，当NaCl和Na2SO4浓度超过一定值时，系统去除COD的能力下降，直至系统失去去除COD的意义，从实验可知，系统对Na2SO4的适应性要比对NaCl的适应性要强，也可以说明常规活性污泥处理系统对NaCl比较敏感，耐NaCl性能较差。
图3 不同浓度的氯化钠和硫酸钠对COD去除率的影响
3 结 论
（1）在常规活性污泥法对NaCl的忍受程度的研究中，发现当该生化体系驯化到一定时间时，水体会变成淡红色，这主要由于随着驯化的不断进行，生化池中的微生物不断更新演变，最后嗜盐细菌占了大多数，由于嗜盐细菌通体为淡红色，其游离在水中，故水体变为淡红色。
（2）在常规活性污泥体系中，系统耐Na2SO4的能力高于NaCl，这说明氯离子比硫酸根离子对微生物体更易致细胞壁破裂和原生质解体，从而降低了活性污泥的活性，降低了其处理能力。
（3）经驯化后的微生物体系可以处理含有一定浓度盐分的工业废水。
但是，随着盐浓度的增加体系的处理能力下降。
建议在处理含高浓度盐分的工业废水时，因根据条件，将该工业废水经行预处理将盐浓度降到系统所允许的范围内。
五沟式氧化沟的设计及运行
窗体顶端
南通市污水处理厂工程的一期处理规模为2.5×104m3/d，以处理工业废水为主（化纤、印染、制药、皮革、酿造等废水，所占比例在80%以上）。
设计进水BOD5为350mg/L，SS为250mg/L，出水需达到《污水综合排放标准》（GB8978—96）中的二级标准，处理工艺为创新的五沟式氧化沟，厂区总占地面积为6.75hm2。
该工程自1994年6月建成投产以来一直满负荷运行，处理效果良好。
1 五沟式氧化沟的设计及特点
1.1 五沟式氧化沟
在该厂的设计过程中，曾考虑采用三沟式氧化沟工艺。
针对该厂设计进水BOD5达350mg/L的情况，通过计算发现三沟式氧化沟的容积偏大，特别是当边沟作沉淀池时其水力停留时间达10h以上，造成了容积的浪费（容积利用率仅为55%），同时其设备利用率也较低，故较高浓度的污水采用三沟式氧化沟工艺进行处理是不经济的。
由三沟式氧化沟的工作原理可知，其中间沟一直作为生化反应池，如增加中间沟的容积即可增加容积及设备的利用率，从而降低工程造价。
为此，提出了五沟式氧化沟的概念，即以等容积的五条环形沟并联组成五沟式氧化沟，各沟之间以孔洞连通，两边沟交替作为沉淀池、生化池，中间三条沟作为生化池，配水井可交替向五条沟中的任一条沟配水，并通过控制转刷的开、停以及高、低速运行来达到各沟中好氧、缺（厌）氧、沉淀等不同的运行状态。
1.2 五沟式氧化沟的设计
南通市污水厂（一期工程）采用1座五沟式氧化沟，主要设计参数：
污泥负荷为0.08kgBOD5/（kgMLSS·d），混合液浓度为4g/L。
氧化沟总容积为40866m3，每沟容积为8173m3，平面尺寸为102.75m×120.5m，有效水深为3.5m，沟宽为10m。
配备25台直径为1m、有效长度为9m的双速曝气转刷。
1.3 运行模式及特点
五沟式氧化沟的运行模式类似于三沟式氧化沟，其两边沟交替作为沉淀池和曝气池，中间三沟（交替进水）作为缺氧池、好氧池。
沟内配备带双速电机的曝气转刷，其在高速运行时曝气充氧，在低速运行时维持沟内的混合液流动，为反硝化创造一个缺氧环境。
该工程采用的工作周期为8h，运行方式分为6个阶段。
阶段A（1.5h）：
污水进入1号沟，由5号沟出水。
1号沟转刷低速运行，因处于缺氧状态而进行反硝化；2、3、4号沟转刷高速运行，进行有机物的降解和硝化。
阶段B（1.5h）：
污水进3号沟，仍由5号沟出水。
3号沟转刷低速运行，处于缺氧状态而进行反硝化；1、2、4号沟转刷高速运行。
阶段C（1h）：
污水进入2号沟，由5号沟出水。
2号沟转刷低速运行，3、4号沟转刷高速运行；1号沟转刷停开，处于出水过渡状态。
阶段D（1.5h）：
污水进入5号沟，由1号沟出水。
5号沟转刷低速运行，处于缺氧状态；2、3、4号沟转刷高速运行。
阶段E（1.5h）：
污水进入3号沟，仍由1号沟出水。
3号沟转刷低速运行，2、4、5号沟转刷高速运行。
阶段F（1h）：
污水进4号沟，仍由1号沟出水。
4号沟转刷低速运行，2号、3号沟转刷高速运行；5号沟转刷停止运行，处于出水过渡状态。
上述各阶段的时间设定及运行周期可根据实际情况进行适当调整。
氧化沟的进、出水和转刷的开停及其转速的高低都通过PLC控制。
为节省电耗按运行的实际需要充氧，在每条沟中都设有DO探头，当某一沟中DO测定值大于其设定值时则该沟中的转刷逐台由高速变为低速运行。
由运行方式可见，五沟式氧化沟每条沟每天用于生物处理的时间：
1、5号沟为9h，2、3、4号沟为24h。
由此可得出五沟式氧化沟的容积利用率为0.75，比三沟式氧化沟的容积利用率（0.55）提高了20%，同样设备利用率也提高了20%。
另外，采用五沟式氧化沟与采用三沟式氧化沟相比，其池体体积、曝气转刷数可减少27%，工程投资可减少20%～30%，经济效益显著。
另外，五沟式氧化沟能够实现全时反硝化，即五沟中总有一沟处于缺氧反硝化运行状态。
全时反硝化可达到更高的脱氮效率，减少耗氧量，并节省能耗。
而三沟式氧化沟每天只有13.5h处于反硝化运行状态。
2 运行效果
该工程自1994年6月投产以来一直满负荷运行。
在运行的前几年主要处理工业废水，其进水BOD5、SS、COD高且变化幅度大，年平均进水水质指标值超过设计值。
后几年，随着城市污水管网的不断完善则城市生活污水的接入量逐年增加，污水厂进厂水质指标值逐年下降（见表1），进水水质指标值超过设计值的天数逐年减少，进而年平均进水水质指标值逐渐下降到设计值。
表1 每年进水水质指标值超设计标准天数 d
年份
BOD5（＞350mg/L）
SS（＞250mg/L）
COD（＞1000mg/L）
1994
160
64
61
1995
167
37
50
1996
138
33
19
1997
73
26
10
1998
91
34
25
1999
46
50
23
2000
20
52
9
2001
23
32
15
由表1可知，虽然进水水质指标值高于设计值，且水质变化幅度大（最高日进水BOD5是设计值的4倍），但出水BOD5、SS、COD仍能满足排放要求，充分体现了氧化沟耐冲击负荷、运行稳定的特点。
3存在问题及分析
①进水污染物浓度高、变化幅度大，特别是进水呈酸性（常年进水的pH值为6.5左右，最低pH值为3～4），严重影响生物处理系统的运行并降低了设备的使用寿命，如进厂管道就曾因腐蚀而塌陷。
污染物浓度高、变化幅度大反映了排放废水工厂的内部预处理没有达到要求。
②有时出水中氨氮浓度仍偏高，氨氮去除率低，不能满足现行的《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中的二级标准要求。
其原因主要有二，一是进水NH3-N浓度高（为100mg/L左右）而pH值和碱度低（为200mg/L左右）。
进水NH3-N与碱度的比值过低导致了NH3-N的硝化难以完成，从而不能完全发挥该工艺全时反硝化的特点；二是该工程全部采用了国产设备，其故障率高,因而影响了工艺的正常运行。
针对上述问题，采取的对策是严格控制工业废水的排放和提高设备的质量。
首先应重点控制排水呈酸性的和排放含高浓度NH3-N废水的企业，对前者严格要求其进行厂内预处理至中性后方能排入城市排水管网，对后者要求其进行厂内脱氮（可采用吹脱等经济的方法）；其次，对曝气转刷等关键设备应优先选用国外产品。
③一期工程的进水磷含量较低（1～3mg/L），其大部分被微生物同化利用，出水磷含量可稳定在0.5mg/L以下。
但随着城市生活污水接入量的增加则进水BOD
5/P的比例有减小的趋势，故仅依靠微生物的同化作用不能满足出水磷的排放要求。
五沟式氧化沟同三沟式氧化沟一样，没有一个绝对的厌氧段，因而生物除磷的能力有限。
此外，在一期工程的运行过程中也发现，增加曝气量会导致出现大量泡沫，其带动污泥上浮而造成污泥流失。
再者，五沟式氧化沟中的污泥浓度也分布不均，其边沟污泥浓度为中间沟的1倍左右。
上述问题需通过对五沟式氧化沟进行改进来加以解决。
4 结语
五沟式氧化沟耐冲击负荷，出水水质稳定。
其容积利用率高达75%，因而可节省大量投资。
五沟式氧化沟能实现全时反硝化脱氮，故可获得更高的脱氮效率。
但同时它也存在需进一步提高除磷效率、各沟中污泥浓度分布不均等问题，有待进一步完善。
窗体底端
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