（环境科学专业论文）ao工艺处理高盐度废水脱氮性能的试验研究.pdf

硝化反硝化阶段。从生物学角度分析，低温不仅使活性污泥中的微生物有效数量减 少、活性降低，而且也使微生物的种群组成发生了变化，水温低于1 0 时，对污水 中氨氮起去除效果的主要是耐冷菌，并且污泥的沉降性能变差。 关键词：海水盐度；a o ；生物脱氮；短程硝化反硝化；低温 a b s t r a c t a or e a c t o rw a su s e df o rt h et r e a t m e n to fs i m u l a t e dh i g hs a l i n i t yw a s t e w a t e ri nt h i s p a p e r a ne x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt os t u d yt h ed o m e s t i c a t i o na n dt r a i n i n go f s a l t - r e s i s t a n ta c t i v a t e ds l u d g e , t h ee f f e c to fd i f f e r e n ts e a w a t e rs a l i n i t yo l ，a m m o n i a r e m o v a le f f i c i e n c y , m i c r o o r g a n i s mn i t r i f i c a t i o nr a t e ，a sw e l la s t h ec o n f i g u r a t i o na n d p e r f o r m a n c eo fa c t i v a t e ds l u d g ea tn o r m a lt e m p e r a t u r e t h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c et h e d e n i t r i f y i n ge f f i c i e n c yw e r ei n v e s t i g a t e da n dt h ef e a s i b i l i t ya n ds t a b i l i t yo fs h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a t i o ni n t h eh i 【g h s a l i n i t yc o n d i t i o nw a se x p l o r e d a l lo ft h e s e r e s e a r c h e sw e r ep r o m o t i v ef o rt h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n to fh i g hs a l i l l i t yw a s t e w a t e r t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ea m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yo fa o s y s t e md e c r e a s e dg r a d u a l l yw h e nt h es e a w a t e rp r o p o r t i o nw a si n c r e a s e df r o m 10 t o 7 0 a n dt h ed e c r e a s i n ge x t e n tw a sd i f f e r e n t t h ee x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r sw e r ei n f l u e n t c o d c o n c e n t r a t i o n ：8 0 0 9 0 0 m g l ，n h 3 - nc o n c e n t r a t i o n ：8 0 9 0 m g l ，p h ：7 肚8 0 ，d o ： 2 o 3 o m g l ，m l s s ：3 0 0 0 m g l ，i n t e r n a lr e c i r c u l a t i o nf l o wr a t e ：2 - 3a n ds l u d g e r c c i r c u l a t i o nf l o wr a t e ：0 8 - 1 w h e ns e a w a t e rp r o p o r t i o nw a sb e l o w3 0 ，t h ea m m o n i a r e m o v a le f f i c i e n c yw a sm o r et h a n9 0 a n dt h es a l i n i t yh a dl i t t l ee f f e c to nt h er e m o v a l e f f i c i e n c y w h e ns e a w a t e rp r o p o r t i o nw a s5 0 ，t h em n m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yw a s s l i g l l t l yr e d u c e db u ta l s oc o u l db ea c h i e v e da b o u t8 6 a f t e rs l u d g ed o m e s t i c a t i o n w h e r e a st h ea m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yd r o pt o7 6 s h a r p l yw h e ns e a w a t e rp r o p o r t i o n w a si n c r e a s e dt o7 0 t h ea v e r a g en i t r i f i c a t i o nr a t ew a sr e d u c e da l o n gw i t ht h ei n c r e a s e o fs e a w a t e rp r o p o r t i o nf r o m1 51m g n ( g m l s s h ) t o1 0 2m g n ( g m l s s h ) a ss e a w a t e r p r o p o r t i o nw a si n c r e a s e df r o m10 t o7 0 n ei i i t r i t eo x i d i z e rb a c t e r i aw e r ee a s i l y i n f l u e n c e db ys a l i n i t yt h a na m m o n i ao x i d i z e rb a c t e r i a t h es y s t e mc o u l da c h i e v es h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a t i o nb yc o n t r o l l i n gs e a w a t e rp r o p o r t i o na b o v e3 0 t h en i t r i t e g r o w t hr a t ew a s2 6 5m g ( l h ) ，a n dt h en i t r o s a t i o nr a t ec o u l ds t a ya t9 7 w h e ns e a w a t e r p r o p o r t i o nw a s5 0 t h eh i g hs a l i n i t yh a da d v a n t a g e st ot h es e t t l i n gp e r f o r m a n c eo f a c t i v a t e ds l u d g e ，a n ds v id r o pf r o m8 0t o4 0a l o n gw i t ht h es e a w a t e rp r o p o r t i o n i n c r e a s e df r o m10 t o7 0 t h ef i l a m e n t o u sb a c t e r i ad e c r e a s e dg r a d u a l l ya n ds l u d g e f l o c c u l a t i o nc h a n g e dt oc l o s e da n dc o m p a c tf r o mo p e na n dl o o s ea l o n gw i t ht h ei n c r e a s e o fs e a w a t e rs a l i n i t y t h ee x p e r i m e n ta l s os t u d i e dt h ee f f e c to fs e v e r a lp a r a m e t e r so nt h en i t r o g e nr e m o v a l i nt h ec o n d i t i o no f5 0 s e a w a t e rs a l i n i t ya tn o r m a lt e m p e r a t u r e ，s u c ha st h ei n f l u e n tp h ， a m m o n i al o a d , h r t , s l u d g er e c i r c u l a t i o nf l o wr a t e ( r ) a n di n t e r n a lr e c i r c u l a t i o nf l o w r a t e , r ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh i g h e ri n f l u e n tp h ( 8 0 - 8 5 ) w a sa d v a n t a g e o u si n e n h a n c i n gt h ea c t i v i t yo fa m m o n i a o x i d i z e rb a c t e r i aa n dt h ea m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c y al o n g e rh r tw a sn e e d e dt oe n s u r et h eb e t t e ra m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yi nt h e c o n d i t i o no fh i g hs a l i n i t y , a n dt h ea n n n o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yc o u l dr e a c h e da t8 7 8 a s f o rt h ei n f l u e n tp ha t8 0a n dh r ta t15 h t h ea m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c ya n dt h e e f f l u e n tn i t r i t ec o n c e n 心a f i o nd r o pa n di n c r e a s e dr e s p e c t i v e l ya l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo f i n f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o n t h ea m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yb e g a nt ob eu n d e r8 0 w h e nt h ei n f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o nw a sa b o v e10 0 m g l i n c r e a s i n gt h es l u d g e r c c i r c u l a t i o nf l o wr a t e ( r ) w a sa d v a n t a g e o u si ne n h a n c i n ga m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c y t h ea m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yc o u l db er e a c h e da t8 8 6 7 b yc o n t r o l l i n gra t1 0i n t h ec o n d i t i o no fh i g hs a l i n i t y t h en i t r i t ec o n c e n t r a t i o ni nt h ee n do ft h ea n o x i ca g e ac o u l d b eu n d e r0 2 m g l ，a n dt h ec o m p l e t ed e n i t r i f i c a t i o nc o u l db er e a l i z e db yc o n t r o l l i n g i n t e r n a lr e c i r c u l a t i o nf l o wr a t e ( r ) a t3 5 , - 4i nt h es y s t e m t h eh i 曲s a l i n i t ya n dl o wt e m p e r a t u r eh a di m p o r t a n ti n f l u e n c e0 1 1t h ed e n i t r i f y i n g e f f i c i e n c y t h ea m m o n i ar e m o v a le f f i c i e n c yw a sr e d u c e da l o n gw i t ht h et e m p e r a t u r ed r o p ( 2 0 c - 4 c ) t h ea m m o n i ae f f i c i e n c ya t1 8 2 0 ，1 5 a n d4 cw a sa b o v e8 5 ，8 0 a n d5 6 4 r e s p e c t i v e l yf o r5 0 s e a w a t e rp r o p o r t i o n b e i n ga f f e c t e da d v e r s e l yb yl o w t e m p e r a t u r ea n dh i g hs a l i n i t y , t h ee f f l u e n tn i t r a t ec o n c e n t r a t i o nw a sa l w a y si na l o wl e v e l a l t h o u g ht h en i t r i t ec o n c e n t r a t i o nw a sr e d u c e dc o n t i n u a l l ya l o n gw i t ht h et e m p e r a t u r e d r o p ，t h es y s t e mw a sa tt h es h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n - d e n i t r i f i c a t i o ns t a g et h r o u g h o u t i nt h e v i e wo fb i o l o g y , n o to n l yt h ee f f e c t i v eq u a n t i t ya n da c t i v i t yo fm i c r o o r g a n i s mw a sd r o p b u ta l s ot h ec o m m u n i t yc o n f i g u r a t i o no fm i c r o o r g a n i s mw a sc h a n g e d ，a f f e c t e db yt h el o w t e m p e r a t u r e a st h ew a s t e w a t e rt e m p e r a t u r ew a sb e l o wi o c ，t h ec o l d a d a p t e db a c t e r i a w e 陀t h em a i nm i c r o o r g a n i s mt od e c o m p o s ea m m o n i ai nw a s t e w a t e ra n dt h es e t t l i n g p e r f o r m a n c eo fa c t i v a t e ds l u d g eb e c a m ew o r s e k e yw o r d s ：s e a w a t e rs a l i n i t y ；a o ；b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a l ；s h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ；l o wt e m p e r a t u r e 青岛人学硕士学位论文 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：内眦) 日期叩年钼，佣 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密 ( 请在以上方框内打“巾) 论文作者签名：刎1 导师签名： ( 本声明的版权归青岛大学所有， 日期：驰哆年厂月- v 日 日期：弘1 年二月n e t 未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 5 3 青岛大学硕士学位论文 1 1 高盐度废水概述 1 1 1 高盐度废水的来源 第一章绪论 高盐度废水是指总含盐量( 以n a c l 含量计) 至少为1 的废水，根据废水的来源 可以将其分为以下几类： ( 1 ) 含盐生活废水 在沿海地区，由于海水渗透进入地下水系统，带来高浓度的氯化物和硫酸盐【l 】， 从而产生了大量的含盐生活废水。另外，沿海城市大多都是淡水资源紧缺，而海水 资源却很丰富。随着淡水的短缺，海水的直接利用已广泛的应用于冲洗厕所、冲洗 道路、消防及游泳娱乐等生活各方面，以缓解用水矛盾，由此造成了高浓度无机盐 进入生活污水系统【2 捌。其中，对海水的直接利用以海水冲厕应用最广。海水冲厕在 香港已经运用了很多年，自5 0 年代起，规模和范围逐渐扩大，至u 1 9 9 5 年已达至1 j 4 5 万 m 3 d 。目前天津、青岛、厦门、深圳等城市己开始进行利用海水冲厕的试点工作， 其中青岛成为大生活用海水技术示范城市，预计至u 2 0 1 0 年，青岛利用海水冲厕的建 筑物总面积将达至l j 2 0 0 x1 0 4 m 2 左右。 ( 2 ) 工业废水 海水被用作工业冷却水会产生大量高浓度的含盐废水。在我国，海水作为工业 冷却水历史较早，但到目前为止，我国海水的年利用量仅为6 0 亿m 3 ，远远低于发达 国家水平，随着工业的发展和水资源的紧缺，该部分水量会逐渐增加。另一方面， 一些工业行业在生产过程中会排放出大量含盐有机废水，包括化学试剂的生产，印 染，腌制和造纸等行业。同样，在治理火力发电场高浓度二氧化硫尾气时，用湿式 石灰石膏法烟气脱硫技术，从吸收塔中排出的吸收液，不仅含有高浓度的氯离子， 还含有高浓度硫酸盐【4 】。另外，石油和天然气的开采过程中也会产生高盐废水【5 1 。 ( 3 ) 其他含盐废水 某些地下水异常地区的天然水比一般淡水的含盐量还多，如河北平原部分地区 浅层地下水为咸水，总溶解固体浓度可达5 m g l 左右。大型船舰上的污水也是高含 盐生活污水。另外，废水最少化也可能产生大量含盐废水，虽然废水最少化主张从 源头减少废物量，但其过程无法控制废物的产生，结果废物总体积减少了，但其中 的有机物和无机物浓度升高了。 第章绪论 1 1 2 高盐对废水生物处理的影响 目前国内外在盐度的引入对生物处理系统影响的利弊以及高盐度下的处理效果 的研究结论还很不统一。主要是由于所处理的污水水质不同，盐度环境有差别，以 及接种污泥不同而造成的。 大多数人认为，高盐环境对生化处理有抑制作用。高盐下，微生物的代谢酶活 性受阻，生物增长缓慢，产率系数降低，水体密度增大，污泥絮凝性变差。盐浓度 剧增或剧减会导致细胞组分的分解，对生物处理有较大的影响，其中盐度剧减比增 加盐度对微生物的影响更大。 有些学者持相反观点，他们认为，高盐环境下微生物生长没有受到抑制，相反 促进了一些嗜盐菌的生长，使反应微生物浓度增加，降低了有机负荷，从而提高了 污泥的絮凝性；还有人认为，高盐不会长时期影响微生物的特性，当微生物适应了 高盐环境后，对废水中的氨氮能达到较高的去除率。 另外，在不同的因素下( 如驯化方式、污染物负荷、温度和p h 等) ，生物处理 效果受盐度的影响也有所不同。 1 1 3 高盐度废水的生物处理国内外研究动态 国内外对含盐废水的研究多集中在以下几个方面：盐度对不同处理工艺的影响； 盐度对括性污泥性能和活性污泥微生物的影响；盐度对去除有机物及脱氮除磷效果 的影响。 1 1 3 1 高盐度废水生物处理工艺研究 目前处理含盐废水的生物法主要有： m b r 、u a s b 、厌氧滤池和a o 工艺等。 结论也不近相同。 s b r 、两段接触氧化、传统活性污泥法、 盐度对不同处理工艺有不同的影响，所得 杨健采用序批式活性污泥法( s b r ) 处理高盐度石油发酵废水，废水含盐浓度为 5 0 - - 6 5 9 l ，c o d e r 为3 0 0 0 - - - 6 0 0 0 m g l 。污泥经过驯化后，高盐度未对污泥产生明 显的抑制作用，在该处理系统中废水中的有机物获得较好的去除效果。c o d e r 有机 负荷为1 0 k g c o d ( k g v s s d ) 时，c o d c r 去除率一般可达到9 0 ，b o d s 去除率一般 达到9 5 t 6 1 。 梁晨辉等采用s b b r 法处理了偶氮二甲酰胺生产企业的缩合废水，废水平均 c o d 浓度为1 2 6 6 1 m g l ，同时还含有大啭的盐类。在经预处理后c o d 去除约3 0 ， 达至u s 6 0 0 m g l 左右，总溶解固体去除e j 5 2 ，达到1 7 5 0 0 0 m g l 左右，然后采用s b b r 青岛大学硕士学位论文 法处理，c o d 的去除率达到7 9 6 t 。 尤作亮等采用两段接触氧化法处理盐度为2 5 9 l 和3 5 9 l 的有机废水时发现， 经过驯化的微生物系统，当进水b o d 5 2 3 0 0 0 m g l 盐度的污水时发现，污泥外观由深褐色逐渐变为浅 棕黄色，沉淀性能优异，生物相方面，钟虫、盾纤虫和丝状菌均消失【1 8 】。 张雨山，王静等人研究了海水盐度对污泥沉降性能的影响，研究结果表明盐度 提高有利于增加污泥的沉降性能：当污水中海水比例占3 6 时，s v i 值一般在3 ( h n l g 左右；研究中发现处理系统中存在丝状菌，当s v i 值达至1 5 0 m l g 时会出现污泥膨胀的 现象；该试验结果说明含盐量较高时，污泥出现膨胀的s v i l 缶界点明显降低【l 哪。 k a r g if 采用s b r 工艺研究了不同盐浓度( o 6 ) 的废水，对污泥沉降性能的 影响发现，盐度升高，污泥沉降性能变差，s v i 值由盐度为0 5 时的5 0 m l g 上升到 盐度为6 的9 7 m l g 。高盐下系统内生物量减少破坏了污泥的沉降性能 2 0 l 。 c a m p o s 等在研究高盐进水条件下的反硝化活性污泥反应器时发现，在进水盐浓 度达到5 2 5 m m 时，s v l 值与低盐度试验中的数据相似，盐度升高对污泥的物理性能 并没有负面的影响i z 。 d a h l 等采用驯化活性污泥研究硝化反硝化时发现，污泥的沉降性能虽好，但出 水的s s 很高，表明絮凝性能较差：在c l 。浓度在l o g l 以下时，未发现有明显的抑制 作用，活性反而增加，在c l 浓度在1 6 、2 0 9 l 时，降低5 0 c l 。时，活性增加约4 0 ， 增大约2 0 - 3 0 的c l 时，活性降低5 0 t 4 1 。 综上所述，污泥在高盐环境中沉降性的研究结果存在较大差异，主要有以下两 种观点：( 1 ) 盐度抑制了微生物的活性及其生长；( 2 ) 盐度不仅没有抑制生物活性，适 当的盐度反倒提高了污泥的絮凝性能，对微生物系统起到稳定作用。原因可能是所 研究废水成分、污泥种类及驯化方法不同等因素造成的。 4 青岛大学硕士学位论文 1 1 3 3 高盐度废水有机物去除效率研究 由于高盐度对微生物生长的严重影响，含盐废水中对有机物的处理难度大大增 加。普遍认为，采用驯化活性污泥能够筛选出适宜处理含盐水的微生物，并能取得 较高的去除率，并且在一定的范围内，能忍受盐度的冲击，但超过这个范围，盐度 的冲击对有机物去除的影响是巨大的，严重的甚至能使这个系统完全失效。 崔有为、王淑莹，甘湘庆等通过对含盐污水的试验发现，随着盐度的升高，有 机物降解速率下降。盐度对有机物降解的抑制作用属于非竞争性抑制，试验数据得 出盐抑制系数k y 为2 3 3 3 m g l t 2 2 j 。 深圳市某生物技术有限公司处理含高浓度无机盐的肝素钠废水时，培养驯化出 能适应盐度为3 的菌种，使废水中c o d 去除率达到9 0 以_ e t z 3 】。 何健等采用接种污泥，以盐份作为选择压力，逐步加压驯化活性污泥，在进水 盐度4 5 0 0 0 m g l ，容积负荷为1 6 k g c o d m 3 - d 条件下，c o d 的去除率达到9 6 6 t 2 4 1 。 冯叶成等研究了盐度对生活污水处理系统的冲击，结果表明在n a c i 浓度为 0 i g l 、0 5 9 l 时，n a c i 的冲击不会影响活性污泥处理系统的运行；n a c i 冲击小于5 9 l 时，污泥的氧摄入速率( o u r ) 和t o c 的去除率能保持正常，当冲击大于l o g l 时，o u r 降低约3 5 ，t o c 去除率降低约3 0 ，对系统产生了严重的影响【2 5 】。 刘洁玲采用两段式接触法处理高含盐环氧丙烷皂化废水。结果表明，在含盐量 为2 ，变化幅度小于2 5 时，不需要专门的耐盐菌种，c o d 总去除率为8 0 - 8 6 ， 处理后的出水达到g b 8 9 7 8 19 9 6 排放标准m j 。 于德爽在研究高含盐量活性污泥系统启动方式时发现，污水中含海水比例小于 3 5 时，海水的盐度对活性污泥系统微生物的生长没有明显影响，经过驯化以后的 活性污泥系统c o d 去除率仍可以保持在8 5 以上【2 7 】。 w o o l a r d 等在研究苯的降解时，采用从大盐湖分离出的好盐细菌，在s b r 反应器 中接种培养，在为期7 个月的研究中，反应器运行的盐度维持在1 5 ，平均苯的去除 率超过9 9 5 t 蹦j 。 b a l s l e v o l e s e n 利用厌氧滤池和厌氧流化床处理海产品加工废水得出：废水含盐 浓度为2 0 一- 4 0 9 l 时，有机负荷从2 6 k g c o d m 3 - d 增加到1 2 5 k g c o d m 3 d ( 厌氧滤池) 和1 5 k g c o d m 3 - d ( 厌氧流化床) 时，生物处理未受到抑制，反应过程中气体产量和污 泥量均变化不大【2 刿。 a l i r d i n c e r 等人对含盐废水的有机物去除进行了大量的试验研究。通过接种嗜 盐菌( h a l o b a c t e r i a ) 并采用生物转盘反应器( r b c ) 研究t a q l = 匕率、反应器构造、入流 c o d 负荷以及盐度( o 1 0 ) 等因素对c o d 去除效率的影响，结果发现，在牛物转 ；c 反应器中，c o d 去除效率随着a q 比率增加而增加；随着入流c o d 和盐度n 勺埒 弧l n j 5 第一章绪论 下降，并在此基础上建立了较为完整的含盐废水有机物去除动力学模型，为含盐废 水的有机物去除理论作了大量的贡斛1 0 】【划。 h a m o d a 等采用完全混合式反应器，在生物固体停留时间( b s t r ) 为3 2 0 天，有 机负荷在0 5 - - 2 0 k g c o d k g v s s d 的条件运行下，结果表明，在n a c i 硷度达至j j 3 0 9 l 后处理系统并没恶化，当b s t r 增加时，c o d 的去除率升高，并稳定在9 3 , - - , 9 9 1 1 。 1 1 3 4 高盐度废水脱氮除磷的研究 虽然针对淡水的脱氮除磷已经有众多的学者做了大量的研究，并且取得了一定 的成果，但针对高盐度废水脱氮除磷的研究却并不多，许多方面的研究甚至刚刚起 步，相关文献资料也非常有限，对于嗜盐菌群在含盐废水中氮、磷的去除效果及规 律的结论还未形成共识。 叶柳、彭永臻、崔有为等选用革新m u c t - e 艺在稳定盐度下对淡水污泥进行驯 化后，对盐度约为1 0 9 l 的实际含盐污水进行处理。结果表明，盐度冲击对有机物和 氮的去除影响较小，而对磷的去除影响较大，高盐度的冲击影响远大于低盐度的冲 击影响【川。 鲍鹰、相建海在研究温度、盐度和p h 对生物过滤器去除氨氮效率影响时，发 现盐度和p h 值对硝化细菌代谢的影响不明显，温度对硝化细菌的代谢有明显的影 响，而且2 5 时的氨氮去除率晟高【3 2 】。 于德爽等采用s b r 工艺，通过控制f a 浓度，实现了含海水污水的短程硝化反硝 化脱氮，结果表明，大生活用水范围内的海水盐度情况下，仍可实现短程硝化反硝 化，但不同的海水盐度情况下的n h 3 - n 的去除率与n h 3 - n 负荷有关，随着海水比例 的增加，n h 3 - n 负荷应逐渐降低，当n h 3 - n 负荷小于0 1 s k g ( k g d ) 时，n h 3 n 的去除 率仍可达到9 0 以上i j 。 王淑莹等采用s b r 反应器分别在5 9 l 、7 s g l 和io g l n a c l 盐度下，研究了盐度 对硝化过程和反硝化过程的影响。结果表明：反硝化菌比硝化菌有更强的盐度耐受 力，随盐度的升高，活性污泥的比反硝化速率下降，5 9 l 和7 5 9 l n a c l 盐度系统运行 一段时间后，比反硝化速率升高并趋于稳定，1 0 9 l n a c i 盐度系统的比反硝化速率趋 于稳定d 4 1 。 n i n t r a s u n g k h a 等采用s b r 反应器将进水盐度由低逐渐升高研究了盐度对氮磷 去除的影响。在进水盐度3 0 0 - - 一2 0 0 0 m g l ，氮的去除不受盐度的影响，能保持良好 的去除率。而盐度大于5 9 l 时，磷的去除率大幅度下降，无法进行生物除磷【3 5 1 。 m s m o u s s a 等采用s b r 工艺研究了不同n a c l 盐度对硝酸菌和亚硝酸菌活性和 污泥沉降性能的影响。研究表明，硝酸菌比亚硝酸i 肖对舱度的变化更敏感，在c 1 浓度达到4 0 l 时，两种微生物种群的活性儿同： 乏扪j ：叫。企一定盐度范围内，当 6 青岛大学硕士学位论文 微生物适应了盐度的变化后，与无盐条件相比，氨氮去除效果差别不大【3 6 】。 c h a r l e sg l a s s 利用序批式反应器研究了高盐高氨氮污水的处理。在p h 值为7 5 、 9 时，逐步将硝酸盐的浓度从2 7 0 0 m g l 增加到8 2 0 0 m g l ，同时t d s 从5 、1 6 增加到1 8 。试验结果如下：在p h 值为9 时，硝酸盐氮浓度为8 2 0 0 m g l ，t d s 为 1 8 条件下，污泥经过驯化能够达到理想的脱氮效果；而未经驯化的污泥在硝酸盐 氮浓度为5 4 0 0 m g l 时，即完全停止反硝化反应。在p h 为7 5 时，即使是驯化污泥， 硝酸盐氮浓度为5 4 0 0 m g l 反硝化反应也完全停止。同时试验结果表明盐度增加导 致了脱氮效率下降p 7 1 。 p a n s w a d 等人采用a 2 or 艺研究了高盐度对废水中磷的去除影响。试验表明当 n a c l 浓度从0 9 l 增加为3 0 9 l 时，磷的去除率分别从4 8 降到3 6 ( 污泥未驯化) 与 1 0 ( 污泥经过驯化) 。作者认为在含盐环境中，盐度在聚磷菌细胞内累积，导致细胞 内渗透压急剧增加，使得聚磷菌失去吸收磷的能力【2 】。 m a r c o 等运用s b b r 反应器，采用厌氧好氧缺氧好氧的运行条件，在长达6 1 5 天的运行中，系统对磷和氨氮的去除率分别为7 5 + 1 5 和8 7 + 1 0 ，作者把这样高效 的脱氮除磷归因于硝化菌和聚磷菌之间所建立的稳定联系，并且指出，要实现完全 的硝化，需要将有机负荷控制在3 9 c o d m 3 d 以下和每周期不少于1 1 个小时的好氧时 间；同时在好氧段还发现了同步硝化反硝化的存在【3 引。 m f r o s a 等人研究了淹没式曝气生物滤池处理系统内，含盐水硝化过程中的生 物膜生长情况及氨氮的去除，发现经过1 0 天运行后，生物膜活性开始稳定，氨氮去 i 2 9 n h 3 m 3 h ，当系统连续运行，水力停留时间为1 5 d x 时，无盐条件下氨氮去 除率为9 4 ，而5 0 9 n a c l 条件下，去除率为4 8 ，认为盐份严重影响了微生物活性【3 9 】。 1 2 生物脱氮概述 1 2 1 氮的污染及其危害 随着经济的发展和环境资源的改变，大量的含氮污水被排放到自然水体中，氮 营养物质对环境所造成的影响也逐渐引起人们的注意。据统计，我国主要湖泊因氮、 磷污染而导致富营养化的占统计湖泊的5 6 之多。含氮污染物的来源较广，排放量 较大，除大量的生活污水、动物排泄物外，大量的工业废水( 如炼油废水，某些制 药废水和食品工业废水，以及垃圾填埋场渗漏水等) 都含大量的氨态氮。美国环保 局对旧金山海湾盆地的调查得出，城市污水、工业废水和农业( 养殖) 污水是水体 氮素污染物的丰要来源，分别占总量的4 9 o 、3 0 o 和1 1 1 。在新鲜的生活污水 中，有机氮约t i i6 0 氨氮约占4 0 。在陈腐的生活污水中，因受生物分解，有机 氮所占的比例卜断铤氮所- i 的比例升耐删。 7 第一章绪论 氮污染会带来以下危害： ( 1 ) 含氮污染物持续进入水体，可引起水体富营养化，造成水生植物和藻类过度 生长，并由此衍生出一系列不良的后果。如：水生植物和藻类大量繁殖，覆盖水面， 影响景观；藻类密度过高，阻塞鱼腮和贝类水孔，影响呼吸作用；藻类产生毒素， 如c y a u l a xc a t e n e l l a 产生石房蛤毒素( 剧烈的神经毒素) ，可引起鱼、贝中毒；藻类 产生气味物质，使水体散发异常气味，如土腥味、霉腐昧、鱼腥味等；如果以富营 养化水体为水源，藻体可堵塞滤池而影响水厂生产【4 。 ( 2 ) 氨对水生生物产生毒害作用。氨是水生植物和藻类的营养物质，同时也是鱼 类和其他水生动物的毒性物质。在水中，氨以离子o m n 和分子q m 3 ) 的形态存在， 引起毒害作用的主要是n h 3 。由于p h 和温度可影响n h 3 的分配，升高p h 或温度， 可明显增强氨氮的毒性。夏天，在一些富营养化程度高的水体中，光合作用很强， c 0 2 消耗很大，p h 上升很快，极易诱发水生生物的氨中毒【4 2 1 。 ( 3 ) 硝化作用引起水体缺氧。氨氮是硝化细菌的能源，硝化细菌通过硝化作用会 消耗大量氧气，因此如果水体中氨氮含量过高，会造成水中的溶氧降低，从而对水 生生态系统造成严重影响。 ( 4 ) 硝酸盐和亚硝酸盐危害人类健康。婴儿吸入含有硝酸盐的饮品后，会在胃和 唾液中还原成亚硝酸盐，并与血红蛋白反应生成高铁血红蛋白，而高铁血红蛋白没 有输氧能力，当后者在血液中的含量超过7 0 时，就会导致婴儿窒息，皮肤变成淡 蓝色，即所谓的高铁血红蛋g a i t 症【4 3 1 。另外，硝酸盐还原产生亚硝酸盐，可与胺或 酰胺反应生成亚硝胺或亚硝酸胺，而两者都有致癌作用。流行病学研究表明，硝酸 盐摄入量大的人群，胃癌发生率也高。 因此，经济有效地控制水体中的氮污染已成为当今环境工作者所面临的一个重 大课题。 1 2 2 生物脱氮基本原理 生物脱氮技术已经被证明是一种经济、可靠的处理方法，其基本原理为：在传 统的二级生物处中，通过生物化学反应将污水中的有机氮转化为氨氮，然后在好氧 条件下通过硝化菌将氨氮氧化为硝态氮，最后通过反硝化作用将硝化过程产生的硝 态氮转化为氮气等气体形式产物排入大气，从而达到废水脱氮的目的m l ，同时部分 氨氮通过同化作用合成新细胞并最终以剩余污泥形式排放。因此，完整的生物脱氮 过程包括氨化、硝化和反硝化三个过程。 1 2 2 1 氨化作用 8 青岛大学硕士学位论文 氨化作用是指含氮化合物经微生物降解释放出氨氮( n h 3 - n ) 的过程。污水中 的有机氮首先在微生物产生的水解酶作用下逐步水解为氨基酸，然后水解形成的氨 基酸在氨化细菌脱氨基酶的作用下产生氨氮。很多细菌、真菌和放线菌都能分解蛋 白质及其含氮衍生物，其中分解能力强并释放出氨氮的微生物称为氨化微生物。氨 化微生物无论在好氧还是厌氧，中性、酸性还是碱性环境中都能进行，只是作用的 微生物种类不同、作用的强弱不一m 】。由于氨化反应速度很快，在一般的生物处理 设备中均能完成，城市污水在管道收集传输过程中可完成大部分的氨化作用，通常 在生物脱氮工艺中不将其作为控制步骤。 1 2 2 2 硝化作用 氨氮( n h 3 n ) 在有氧条件下，经亚硝化单胞菌属( n i t r o s o m o n a s ) 和硝化菌属 ( n i t r o b a c t e r ) 作用转化为硝态氮( n 0 3 - n ) 的过程，称为硝化作用。硝化作用有两类 菌属参与，亚硝化单胞菌属将氨氮氧化为亚硝态氮( n 0 2 - n ) ，硝化菌属将亚硝态氮 氧化为硝态氮( n 0 3 - n ) 。这两类菌属都属于化能自养菌，而且形态相似，革兰氏染 色皆为阴性，都严格好氧，但它们却是两种截然不同的菌属，硝化菌属的世代时间 远远大于亚硝化单胞菌属【4 5 1 。硝化反应方程式可表示如下： n h ：+ 2 0 2 + 2 h c o ；n o ；+ 3 h 2 0 + 2c 0 2 硝化反应受一系列环境因素的影响，包括温度，p h ，d o ，c n 和污泥龄等。 ( 1 ) 温度 硝化反应的最适宜温度范围是3 0 - 3 5 ，温度不但影响硝化菌的比增长速率， 而且影响硝化菌的活性。在5 - 3 5 的范围内，硝化反应速率随温度的升高而加快， 但到3 0 时增加幅度减少，这是因为当温度超过3 0 时，蛋白质的变性降低了硝化 菌的活性。当温度低于5 时，硝化细菌的生命活动几乎停止。低温对硝化菌的抑 制作用较亚硝化菌更为强烈，因此在低温1 2 1 4 c 时常出现亚硝酸盐的积累m 】。 ( 2 ) p h 值 在硝化作用中，反应器中溶液的p h 值对硝化菌和亚硝化菌的生长繁殖有很大 影响。在一定的温度下，为了达到最大的比生长速率，硝化菌和亚硝化菌分别有一 最佳的p h 值，在最佳p h 值的环境下，硝化速度可达最大值。普遍认为：硝化菌适 宜的p h 为6 0 - - 7 5 ，而亚硝化菌适宜的p h 为7 0 - - 8 5 【4 1 7 1 。根据氨氮氧化的反应式 可知，硝化反应中每消耗l g 氮氮要消耗碱度7 1 4 9 。一般污水对于硝化反应来说，碱 度往往是不够的，因此应投加必要的碱量以维持适宜的p h 值，保证硝化反应的正 常进行。 ( 3 ) 溶解氧( d o ) 9 第一章绪论 氧是生物硝化作用中的电子受体，反应器中溶解氧浓度的大小必将影响着硝化 反应的速率。n a g e l 和h o r t h 早于1 9 6 9 年就已发现当反应器中溶解氧( d o ) 浓度超 过l m l 时，随着溶解浓度增加，相应氨氮