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(guò)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(guò)程中反應(yīng)時(shí)間和過(guò)程控制參數(shù)的可行性。分別對(duì)經(jīng)過(guò)無(wú)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(wú)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(duì)反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行預(yù)測(cè),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)過(guò)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　ＳＢＲ工藝　控制參數(shù)　鹽度　ＤＯ
　　國(guó)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(hào):8002005)。　　

　　含鹽廢水主要來(lái)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(guò)程中產(chǎn)生的廢水等。國(guó)內(nèi)外利用各種反應(yīng)器對(duì)含鹽廢水進(jìn)行了研究。在國(guó)外,Ｈａｍｏｄａ和ＡＬ-Ａｔａｒ[1]利用完全混合式反應(yīng)器研究了鹽度對(duì)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(duì)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(guó)內(nèi),安林和顧國(guó)維[5]研究了鹽度對(duì)二段接觸氧化處理工藝的影響。但是,少見(jiàn)有利用間歇反應(yīng)器進(jìn)行含鹽污水處理的研究,對(duì)含鹽污水ＳＢＲ法處理自動(dòng)控制的研究就更未見(jiàn)報(bào)道。由于ＳＢＲ法操作上的特點(diǎn),須對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)非含鹽廢水進(jìn)行研究得到的結(jié)論[6]。對(duì)于含鹽污水,由于鹽度對(duì)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(guò)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(duì)象(水質(zhì)見(jiàn)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(guò)程中,在線檢測(cè)ＤＯ,并根據(jù)ＤＯ的變化在一定的時(shí)間取樣,測(cè)量ＣＯＤ以及混合液污泥濃度。由于氯離子影響ＣＯＤ的檢測(cè),所以必須加掩蔽劑[7]。為了防止無(wú)機(jī)鹽對(duì)ＭＬＳＳ測(cè)定的影響,在過(guò)濾后至少要用100ｍＬ的蒸餾水進(jìn)行沖洗濾紙,防止無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶影響測(cè)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(jiàn)圖1。試驗(yàn)取樣和檢測(cè)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(guò)程中平均ＭＬＳＳ為2 5ｇ/Ｌ,曝氣量控制在0 3ｍ3/ｈ,從無(wú)鹽穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)開(kāi)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(jiàn)圖2和圖3)表明在整個(gè)反應(yīng)過(guò)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(jiàn)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(wú)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(guò)程以及鹽度對(duì)降解的影響特性在ＤＯ時(shí)間曲線(見(jiàn)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(tái),兩個(gè)平臺(tái)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(kāi)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(tái)。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(tái)的ＤＯ水平值降低,且這個(gè)平臺(tái)持續(xù)的時(shí)間也變長(zhǎng)。因此可以通過(guò)此特點(diǎn)預(yù)測(cè)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(tái)。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(hào)。和第一個(gè)平臺(tái)相似,第二個(gè)平臺(tái)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(duì)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(zhǎng)。而且,經(jīng)過(guò)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(lái)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(lái)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(duì)細(xì)胞酶系統(tǒng)的抑制,微生物只能通過(guò)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(tái)結(jié)束伴隨著ＤＯ的大幅跳躍,進(jìn)入第二個(gè)平臺(tái),宣告著易降解有機(jī)物的降解完成。
　　ＤＯ曲線第一個(gè)平臺(tái)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(tái)的ＤＯ水平值越高。而且,第一個(gè)平臺(tái)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(zhǎng)。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(zhǎng)。根據(jù)第一平臺(tái)的ＤＯ變化特點(diǎn)可以對(duì)進(jìn)水ＣＯＤ進(jìn)行預(yù)測(cè),通過(guò)ＤＯ在第二個(gè)平臺(tái)到達(dá)穩(wěn)定時(shí)中止曝氣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiàn)圖5)。曝氣量與第一平臺(tái)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(duì)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(wú)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,　ＤＯ與ＣＯＤ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(duì)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(cè)ＤＯ與ＣＯＤ。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(wú)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(duì)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(shì)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(wú)法作為反應(yīng)時(shí)間的控制參數(shù),也無(wú)法對(duì)鹽度和進(jìn)水有機(jī)物濃度等進(jìn)行預(yù)測(cè)。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(duì)系統(tǒng)的沖擊,保持進(jìn)水鹽度的相對(duì)穩(wěn)定。
3　結(jié)語(yǔ)
　　(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(tái),ＤＯ這一變化特點(diǎn)可以作為有機(jī)物基本被去除的信號(hào)。而且ＤＯ在有機(jī)物降解過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)平臺(tái),可以根據(jù)第一個(gè)平臺(tái)段的ＤＯ水平值對(duì)鹽度、曝氣量和進(jìn)水有機(jī)物濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)。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(wú)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(duì)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(cè)裝置,加強(qiáng)對(duì)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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修回日期:2003－1－22