含鹽廢水處理工藝

海水利用的途徑主要是海水淡化和海水直接利用。直接利用包括海水沖廁、洗浴、空調(diào)等生活用水〔1〕。隨著我國海水利用的大幅度發(fā)展，海水被用于景觀、消防、海水源熱泵等居民生活方面〔2〕。但海水利用后的處理問題也隨之而來。由于廢水的鹽度較高，傳統(tǒng)的生化法常規(guī)處理工藝處理效率降低〔3〕。固定化微生物技術(shù)使用化學(xué)或物理的手段將游離微生物定位于限定的載體空間領(lǐng)域，并使其保持活性，反復(fù)利用〔4〕。目前，固定化生物技術(shù)應(yīng)用于高濃度有機(jī)〔5〕、*廢水〔6〕、養(yǎng)殖廢水〔7〕、含油廢水〔8〕等污水處理。

在循環(huán)式活性污泥工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合固定化微生物技術(shù)，在循環(huán)式活性污泥工藝（CAST）反應(yīng)器內(nèi)投加固定化生物硅藻土小球，對比傳統(tǒng)CAST工藝運行情況，考察包埋固定化生物硅藻土小球處理含鹽污水的性能。

1 試驗部分
 
1.1 儀器和試劑
 
儀器：UV-2102PC型紫外可見分光光度計，美國Unico公司；PL2002型電子天平，瑞士Mettler Toledo公司；HCA-100 COD消解儀，江蘇姜堰市愛爾儀器有限公司；生物安全柜，美國Thermo公司。

試劑：重鉻酸鉀、葡萄糖、*、硫酸銀等試劑均為天津市江天化工科技有限公司生產(chǎn)，分析純。

1.2 試驗用水水質(zhì)和污泥
 
試驗所用海水取自天津市塘沽海岸。污水中海水的體積分?jǐn)?shù)為40%，添加一定量的葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4等調(diào)節(jié)污染物濃度，含鹽污水（鹽度12‰～14‰）水質(zhì)指標(biāo)：COD 286.50～335.35 mg/L，氨氮19.35～26.77 mg/L，TP 1.04～2.79 mg/L，濁度10.2～36.9 NTU，pH 7.42～8.08，含鹽質(zhì)量濃度12 000～14 000 mg/L。

試驗中CAST反應(yīng)器中使用的活性污泥取自天津市紀(jì)莊子污水處理廠污泥回流池，經(jīng)過鹽度馴化后作為接種污泥。

1.3 試驗用固定化生物硅藻土小球的制備
 
菌種：包埋所用的復(fù)合菌群篩選自天津市塘沽區(qū)泥灘采回的樣品。

固定化生物硅藻土小球的制備：先將離心收集混合菌群菌泥中加入0.5% CaCO3和2%硅藻土，攪拌均勻后與等體積的9%*溶液（含0.5%海藻酸鈉）混合，攪拌均勻后用注射器滴入2% CaCl2的硼酸飽和溶液（NaCO3調(diào)節(jié)pH到6.7）中交聯(lián)，4 ℃交聯(lián)成型后，取出用生理鹽水沖洗2～3次，再用1 mol/L的磷酸二氫鉀溶液硬化，備用〔9〕，小球直徑在3 mm左右。

1.4 試驗裝置
 
循環(huán)式活性污泥裝置由有機(jī)玻璃材料制作，反應(yīng)器總?cè)莘e20 L，主反應(yīng)區(qū)底部設(shè)置曝氣管路，空氣擴(kuò)散裝置曝氣頭采用鈦合金材質(zhì)，整個過程采用PLC編程控制。反應(yīng)器運行周期8 h，其中進(jìn)水/曝氣/攪拌/污泥回流4 h，靜置2 h，排水10 min，閑置110 min。試驗裝置如圖 1所示。

圖 1 試驗裝置

1.5 CAST試驗裝置的啟動
 
將接種的活性污泥投入到主反應(yīng)池中并加入部分污水后悶曝24 h，待系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，控制進(jìn)水COD在250～350 mg/L內(nèi)，逐步加大進(jìn)水中海水的比例，培養(yǎng)、馴化活性污泥，直至生物相重新恢復(fù)正常。

試驗分為兩個階段，*階段是接種活性污泥后CAST工藝對含鹽污水處理，第二階段按好氧區(qū)體積的20%投加活化后固定化生物硅藻土小球后處理含鹽污水，測定這兩個階段進(jìn)水和出水的COD、NH3-N等指標(biāo)。

1.6 測定項目及方法
 
COD采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用納氏試劑光度法測定〔10〕，pH采用電極法測定。

2 結(jié)果與討論
 
2.1 活性污泥鹽度馴化
 
CAST試驗裝置成功啟動后，調(diào)整進(jìn)水中海水的體積分?jǐn)?shù)，由10%逐漸增加到40%，對活性污泥進(jìn)行鹽度馴化。結(jié)果表明：當(dāng)進(jìn)水中海水體積分?jǐn)?shù)增加時，鹽度對活性污泥中微生物的活性沖擊較大，COD去除率出現(xiàn)降低→恢復(fù)→穩(wěn)定的波動過程，且隨著海水體積分?jǐn)?shù)的增加，微生物活性恢復(fù)需要的時間也越長。當(dāng)海水體積分?jǐn)?shù)為40%，運行至第17天時，COD去除率僅70.71%。與不含鹽生活污水相比，在同一工藝條件下COD去除率下降，從90%減少到77%左右。

鹽度變化影響微生物生長特性。當(dāng)反應(yīng)器中進(jìn)水鹽度升高時，微生物必須通過調(diào)節(jié)自身的滲透壓來平衡細(xì)胞內(nèi)的滲透壓或保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)。在筆者實驗中，通過逐步提高進(jìn)水中海水體積分?jǐn)?shù)對活性污泥進(jìn)行鹽度馴化，微生物對鹽度的變化具有較長適應(yīng)時間，因此，鹽度的升高未對反應(yīng)器的運行造成本質(zhì)上的傷害，但微生物用于生長繁殖的能量相對減少，這直接影響了微生物對有機(jī)物的降解速率，導(dǎo)致COD去除率有所下降。

2.2 固定化生物硅藻土對CAST的生物強(qiáng)化作用
 
2.2.1 對COD的去除效果
 
進(jìn)水COD控制在300 mg/L左右，考察每個階段馴化穩(wěn)定后對含鹽污水的處理效果，不同階段對含鹽污水中COD的去除效果如圖 2所示。

圖 2 不同階段COD的去除效果

由圖 2可見，*階段CAST工藝經(jīng)過耐鹽馴化后，出水COD較為穩(wěn)定，在62.88～90.5 mg/L之間，去除率在70.5%～77.2%之間；第二階段，在反應(yīng)池中添加20%的生物硅藻土小球后，COD的去除率明顯提高，在85.5%～90.9%之間，出水COD為30 mg/L左右。由此可見，添加固定化小球可強(qiáng)化CAST工藝對含鹽污水的COD的處理效果。

與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，添加固定化微生物強(qiáng)化CAST工藝對有機(jī)污染物具有更高更穩(wěn)定的去 除效果。這是因為微生物包埋技術(shù)能zui大程度提高反應(yīng)器中微生物的濃度，且固定化小球中的微孔能提供微生物良好的生長環(huán)境，使反應(yīng)器內(nèi)同時存在附著和懸浮兩相微生物，維持反應(yīng)器中的微生物濃度穩(wěn)定。同時，固定化小球中包埋的微生物從海洋土壤中直接篩選出來，能適應(yīng)進(jìn)水的鹽度變化，有助于提高出水水質(zhì)及穩(wěn)定性。

2.2.2 對氨氮的去除效果
 
CAST工藝不同階段對含鹽污水中氨氮的去除效果如圖 3所示。

圖 3 不同階段氨氮的去除效果

由圖 3可見，*階段未投添加固定化生物硅藻土小球時，CAST工藝對氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮在2.7～4.3 mg/L之間；第二階段添加固定化生物硅藻土小球后，CAST對氨氮的去除率上升，出水氨氮在1.5 mg/L左右。這說明在循環(huán)式活性污泥工藝添加固定化生物硅藻土小球可以穩(wěn)定、地去除含鹽污水中COD的同時，還具有脫氮功能。

這是因為固定化生物技術(shù)包埋顆粒能將繁殖緩慢、對環(huán)境變化敏感的硝化細(xì)菌包埋在高分子聚合物中，維持整個系統(tǒng)中硝化細(xì)菌的濃度，減少硝化細(xì)菌的流失。同時固定化顆粒內(nèi)部的載體為硝化細(xì)菌提供較為安定的生長環(huán)境，在一定程度上能抵御外界變化條件的影響，對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、處理效果的性都非常有利〔11〕

3 結(jié)論
 
在CAST工藝中投加固定化生物硅藻土小球?qū)}污水進(jìn)行深度處理，研究結(jié)果表明：在固定化小球投加體積分?jǐn)?shù)為20%，進(jìn)水pH為7.42～8.08的條件下，系統(tǒng)對COD、氨氮均有較好的去除效果，對COD和氨氮去除率基本維持在88%和90%以上，與未添加固定化生物硅藻土小球相比，分別提高了15%和10%左右，且出水COD和氨氮分別保持在30、1.5 mg/L左右。因此，向傳統(tǒng)活性污泥工藝中添加固定化菌有利于維持好氧區(qū)微生物穩(wěn)定，提高出水的水質(zhì)及穩(wěn)定性。