| 崔有为 王淑莹 于德爽 祝贵兵 彭永臻
给水排水 Ｖｏｌ 29 Ｎｏ 6 200357
提要 采用ＳＢＲ工艺处理含盐生活污水,研究了进水的盐度、ＤＯ浓度和有机物降解过程三者之间的关系,验证以ＤＯ作为ＳＢＲ工艺处理含盐污水有机物降解过程中反应时间和过程控制参数的可行性。分别对经过无机盐驯化稳定运行的活性污泥系统和盐度冲击期间非稳定运行的活性污泥系统进行试验。结果表明:在稳定运行期间,无论进水的盐度变化,还是进水的ＣＯＤ或曝气量变化,ＤＯ和有机物的降解都有很好的相关性。根据这种相关规律可以用ＤＯ间接地指示出有机物降解的程度并可以对反应进程进行预测,从而实现对反应过程进行控制。但是,在盐度冲击期间,ＤＯ与有机物降解不具有相关性。所以,要实现ＤＯ作为ＳＢＲ处理含盐污水的计算机控制参数,必须保证盐度的稳定。
关键词 含盐污水 ＳＢＲ工艺 控制参数 盐度 ＤＯ
国家十五科技攻关项目(2001ＢＡ610Ａ-09),北京市自然科学基金资助项目(编号:8002005)。 含盐废水主要来源于工业废水,大型船舰废水,异常地区地下水和海水直接利用过程中产生的废水等。国内外利用各种反应器对含盐废水进行了研究。在国外,Ｈａｍｏｄａ和ＡＬ-Ａｔａｒ[1]利用完全混合式反应器研究了盐度对活性污泥处理效率的影响;Ｌａｗｔｏｎ和Ｅｇｇｅｒｔ[2]利用滴滤池研究盐度对生物膜的影响;Ｍｉｌｌｓ和Ｗｈｅａｔｌａｎｄ[3]使用渗滤器处理含盐生活污水;Ｓｔｅｗａｒｄ[4]等用延时曝气系统处理含盐废水。在国内,安林和顾国维[5]研究了盐度对二段接触氧化处理工艺的影响。但是,少见有利用间歇反应器进行含盐污水处理的研究,对含盐污水ＳＢＲ法处理自动控制的研究就更未见报道。由于ＳＢＲ法操作上的特点,须对其实行自动控制。而实现ＳＢＲ的高层次计算机在线控制,必须寻找既能反映有机物降解程度,又能在线检测的控制参数,这是深化ＳＢＲ法自动控制的重要课题。ＤＯ,ＯＲＰ,ｐＨ这些可以在线检测的参数,一直是污水处理自动控制系统研究的热点。尽管已有研究指出将ＤＯ,ＯＲＰ作为间歇式活性污泥法的控制参数,但都是在对非含盐废水进行研究得到的结论[6]。对于含盐污水,由于盐度对活性污泥微生物处理系统有重大的影响,所以有必要进一步探讨与验证ＤＯ作为ＳＢＲ工艺反应时间控制参数和过程控制参数的可行性,从而实现ＳＢＲ处理含盐污水的自动控制。
1 试验材料和方法
试验采用化粪池出水作为处理对象(水质见表1),用ＮａＣｌ调配盐度。试验研究了不同盐度下稳定运行系统和盐度冲击期间的ＤＯ浓度与有机物降解的相关性。在反应过程中,在线检测ＤＯ,并根据ＤＯ的变化在一定的时间取样,测量ＣＯＤ以及混合液污泥浓度。由于氯离子影响ＣＯＤ的检测,所以必须加掩蔽剂[7]。为了防止无机盐对ＭＬＳＳ测定的影响,在过滤后至少要用100ｍＬ的蒸馏水进行冲洗滤纸,防止无机盐结晶影响测定。温控仪与加热器控制水温至20±2℃,将污泥浓度控制在2 5ｇ/Ｌ。ＳＢＲ法试验装置见图1。试验取样和检测在各盐度驯化结束且处理效果稳定后进行。
表1 试验用水水质 | 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 | 总氮（mg/L） | 41.6 | | 总磷（mg/L） | 2.75 | | |
 2 试验结果与分析
2．1 稳定运行期间
2．1．1 相同进水有机物浓度相同曝气量不同盐度
试验原水ＣＯＤ浓度为320ｍｇ/Ｌ左右,反应过程中平均ＭＬＳＳ为2 5ｇ/Ｌ,曝气量控制在0 3ｍ3/ｈ,从无盐稳定运行系统开始,逐次调节进水盐度至10ｇ/Ｌ,15ｇ/Ｌ,20ｇ/Ｌ,25ｇ/Ｌ,30ｇ/Ｌ和35ｇ/Ｌ等几个梯度水平。在每个盐度梯度系统驯化结束运行稳定后进入下一个盐度水平的研究。
试验结果(见图2和图3)表明在整个反应过程中,尽管盐度不同但是有机物变化的时间曲线和ＤＯ的时间曲线都有很好的规律性,而且两个曲线有很好的相关联系。
由于生活污水中含有易被微生物降解和难于降解的两类有机物,所以在ＣＯＤ变化曲线(见图2)上会出现两个阶段,在反应初期有机物快速降解然后其降解速度大大降低最后甚至几乎停止。而无机盐的浓度主要影响了有机物的降解速度和降解程度。随着盐度的增加,易降解有机物降解速度逐渐降低,而且剩余难降解有机物浓度逐渐增加。
 
有机物降解过程以及盐度对降解的影响特性在ＤＯ时间曲线(见图3)上得到了很好的反映。在不同盐度驯化系统内,ＤＯ在各个反应周期的变化规律基本相同,ＤＯ时间曲线大体上会出现两个跳跃和两个平台,两个平台和两个跳跃交替排列。在反应的初期,ＤＯ大幅度升高,出现第一个跳跃。这是因为反应刚刚开始的时候,反应器内的ＤＯ基本为零,此时供氧速率远远大于耗氧速率所致。之后进入有机物快速降解阶段,由于生物降解有机物需要耗费大量氧,所以ＤＯ有所下降并趋于平缓,称之为第一个平台。盐度不同,该水平段的ＤＯ水平值也不同。随着盐度的增大,此平台的ＤＯ水平值降低,且这个平台持续的时间也变长。因此可以通过此特点预测进水的盐度和在该盐度下的反应时间。当易降解有机物降解完,剩余的难降解有机物难于进一步被利用时,有机物降解的耗氧速率也接近于零,由于曝气量恒定,供氧速率远远大于耗氧速率,致使ＤＯ大幅度上升,之后由于ＤＯ浓度的增加,氧转移速率即供氧速率也逐渐减少,当微生物的内源呼吸的耗氧速率与供氧速率相等时,ＤＯ又出现新的平衡,即第二个平台。ＤＯ时间曲线所呈现的这一特点可以作为曝气结束的控制信号。和第一个平台相似,第二个平台的ＤＯ水平值随着盐度的增高,ＤＯ值下降。造成这种现象的原因可能是高盐对微生物的抑制作用导致的微生物呼吸作用加强的缘故。Ｌｕｄｚａｃｋ和Ｎｏｒａｎ[8]的研究表明,随着盐度的增加,处理系统的比耗氧速率也增长。而且,经过盐度驯化的活性污泥系统的比耗氧速率高于相同条件下未经驯化的污泥系统。在高盐条件下,微生物为了平衡高盐产生的渗透压,会产生一些可溶性的物质并调节自身机能来适应恶劣环境。因此可以假设,在高盐条件下,微生物受到高能渗透压的侵袭,为了保持细胞质膜内的离子浓度均衡,微生物提高了耗氧速率来增强活性。而且,随着盐度在细胞内的积累,细胞体内的酶会受到抑制,为了消除盐度对细胞酶系统的抑制,微生物只能通过增加呼吸的方法。
2．1．2 相同曝气量相同盐度不同进水有机物浓度
保持曝气量为0 3ｍ3/ｈ,将进水ＣＯＤ调整为320ｍｇ/Ｌ和740ｍｇ/Ｌ两个水平进行试验。研究了三个典型盐度驯化系统不同进水ＣＯＤ浓度下,ＤＯ与ＣＯＤ随时间的变化规律,验证ＤＯ作为处理含盐生活污水控制参数的可行性。
从图4ａ～ｃ可以看出,在相同的盐度和曝气量下,ＤＯ时间曲线的形状基本和图3相同。第一个平台结束伴随着ＤＯ的大幅跳跃,进入第二个平台,宣告着易降解有机物的降解完成。
ＤＯ曲线第一个平台的水平值和进水ＣＯＤ浓度呈现负相关性。进水ＣＯＤ浓度越低,第一个平台的ＤＯ水平值越高。而且,第一个平台的历时与进水浓度呈现正相关性,进水浓度越高,历时越长。这一点很好理解,因为进水ＣＯＤ浓度越高,其所含有易降解的有机物也越多,而反应控制污泥浓度相同,因此降解的时间会相应的变长。根据第一平台的ＤＯ变化特点可以对进水ＣＯＤ进行预测,通过ＤＯ在第二个平台到达稳定时中止曝气可以实现对反应时间的控制。
  
图4 不同进水有机物浓度下ＤＯ与ＣＯＤ随时间变化曲线
2 1 3 相同盐度相同进水有机物浓度不同曝气量
试验采用进水ＣＯＤ为320ｍｇ/Ｌ,曝气量采用0 2ｍ3/ｈ,0 3ｍ3/ｈ和0 4ｍ3/ｈ三个水平。此处列出一个20ｇ/Ｌ的盐度下的曲线(见图5)。曝气量与第一平台段的ＤＯ水平值呈现正相关性。第一水平段持续的时间和曝气量呈现负相关性。但是曝气量对第二段的水平值的影响很小。
图5 20ｇ/Ｌ盐度不同曝气量下ＤＯ与ＣＯＤ随时间变化曲线
从上面的分析可以看出,由于ＤＯ在含盐污水的处理中,同时受到盐度、曝气量和进水浓度等三个主要变化因素的限制,所以用ＤＯ作为含盐污水处理的控制参数比用其作为无盐污水处理的控制参数要复杂得多。但是ＤＯ与有机物的降解具有很好的相关性,表明在稳定运行期间用ＤＯ作为控制参数是可行的。
2．2 盐度冲击期间
在实际处理污水时盐度时刻都在发生变化。因此,要判断能否以ＤＯ作为含盐污水处理的控制参数,必须考虑在盐度冲击期间, ＤＯ与ＣＯＤ降解是否具有相关性。
在试验中,以在20ｇ/Ｌ盐度下稳定运行的活性污泥系统为冲击对象,在保持曝气量和进水有机物浓度不变的前提下,突然增加和减少盐度负荷,检测ＤＯ与ＣＯＤ。试验结果见图6。
图6 盐度冲击期间ＤＯ与ＣＯＤ随时间变化曲线
从图6可看出,ＤＯ曲线形状完全改变,总体上一直攀升,只是上升的速度不同。且有机物降解时间曲线与ＤＯ时间曲线毫无相关性。随ＤＯ的攀升,有机物的降解始终在缓慢地进行。造成这种现象的原因可能是由于盐度冲击造成大量活性污泥流失而导致耗氧量减少,同时在冲击期间有机物降解速率和耗氧速率急剧下降所致。但还可能由于活性污泥系统中存在大量不同种属的微生物,这些微生物对盐度冲击的耐受性不同,能适应恶劣环境的微生物还未发展成为优势菌属,所以有机物降解一直在缓慢进行,但耗氧量很少。这种结果表明,在盐度冲击期,ＤＯ无法作为反应时间的控制参数,也无法对盐度和进水有机物浓度等进行预测。故要使用ＤＯ作为含盐污水生物处理的自动控制参数,必须排除盐度对系统的冲击,保持进水盐度的相对稳定。
3 结语
(1)采用ＳＢＲ法处理含盐污水,在系统稳定运行期间,当易降解有机物降解完成时,ＤＯ迅速大幅度升高后进入一个平台,ＤＯ这一变化特点可以作为有机物基本被去除的信号。而且ＤＯ在有机物降解过程中会出现两个平台,可以根据第一个平台段的ＤＯ水平值对盐度、曝气量和进水有机物浓度进行预测。因此,以ＤＯ作为ＳＢＲ法处理海水冲厕污水反应时间的计算机控制参数是可行的。 (2)在盐度冲击期间,由于ＤＯ与有机物降解不再具有良好的相关性,所以ＤＯ无法作为ＳＢＲ处理含盐污水的自动控制参数。 (3)要实现以ＤＯ作为ＳＢＲ法处理含盐污水的计算机控制参数,必须保证进水盐度的相对稳定。建议在ＳＢＲ前设置调节池,在调节池的进水口和出水口分别设盐度检测装置,加强对盐度变化的监控,使盐浓度的波动控制在一定的范围。
参考文献
1 Hamoda M.F. and Al-Atlar.（1995） Effect on High Sodium Chloride Concentrations on Activated Sludge Treatment. Wat.Sci.Tech., 31(9):61~72。
2 Lawton G.W.and Eggert E.V.,(1966)Some Effect of High Sodium Chloride Concentrations on Trickling Filter Slimes .Sewage Ind.Wastes,29.121-128.
3 E.V.Mills and A.B.Wheatland,(1962).Effect of Saline Sewage on the Performance of Percolating Filters .Water Waste Treatment,9.170-172.
4 J.Stewart,H.F.Ludwing, and W.H.Kearns, (1962)Effect of Varying Salinity on Extended Aeration Process. J.Water Pollution Control Federation,34,1131-1177.
5 An Li and Gu Guowei . (1993).The Treatment of Saline Wastewater Using a Two-Stage Contact Oxidation Method. Water Sci.Tech., 28(7):31-37.
6 王淑莹等，用溶解氧浓度作为SBR法过程控制和反应时间控制参数，中国环境科学，Vol.18, No.5, 1998. P415-418.
7 于令第，李绍英。含海水的废水COD的测定方法实验。环境保护，1990，13（4）：20－22.
８Ludzack F.J.and Noran D.K.(1965) Tolerance of High Salinities by Conventional Wastewater Treatment Process .J.Wat.Pollut.Cont.Fed.37,1404-1416.
作者通讯处:100022北京朝阳区平乐园100号北京工业大学环境与能源学院 电话:(010)67392627 67393667
Ｅ ｍａｉｌ:ｅｎｖｉｒｏｔｔｏ@163．ｃｏｍ 王淑莹 彭永臻150090哈尔滨工业大学
修回日期:2003－1－22
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