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      K+對肝素鈉廢水厭氧生物處理中污泥性能的影響

      2013-10-22 08:07:02楊紅薇張建強(qiáng)
      化工環(huán)保 2013年3期
      關(guān)鍵詞:氨化鹽濃度活性污泥

      何 娟,楊紅薇,張建強(qiáng),陳 佼

      (西南交通大學(xué) 地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,四川 成都 610031)

      高鹽有機(jī)廢水中既含有大量的鹽分,又含有高濃度的有機(jī)污染物[l-5],是較難處理的廢水之一。生物法由于具有經(jīng)濟(jì)、高效、無害的特點,成為首選的廢水處理方法。而生物法處理高鹽有機(jī)廢水時,廢水中的高濃度NaCl會對微生物的生長產(chǎn)生抑制作用[6-8]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),K+可以減輕高鹽對微生物生長的抑制作用。趙傳芳等[9]研究發(fā)現(xiàn),厭氧處理系統(tǒng)中的Na+質(zhì)量濃度達(dá)7~8 g/L時會嚴(yán)重抑制厭氧微生物的生長,而加入適量K+后微生物生長情況明顯改善。周培瑾[10]發(fā)現(xiàn)嗜鹽菌細(xì)胞內(nèi)的K+濃度是細(xì)胞外的100倍左右,而胞外Na+濃度是胞內(nèi)的4倍。陶衛(wèi)平[11]研究了嗜鹽菌的嗜鹽機(jī)制后指出,嗜鹽菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和細(xì)胞內(nèi)K+等離子濃度的維持均需要高鹽濃度。何?。?2]研究發(fā)現(xiàn)K+能激活游離氨基酸和季銨化合物的合成,保持反應(yīng)器中較高的K+質(zhì)量濃度(50 mg/L以上)可以減輕Na+對微生物的抑制作用,即K+對Na+具有拮抗效應(yīng)。洪青等[13]與信欣[14]分別研究了BYS-1菌和V430菌,發(fā)現(xiàn)它們均通過積累K+來調(diào)節(jié)胞內(nèi)外的滲透壓平衡。

      目前在高鹽廢水生物處理中關(guān)于K+對微生物影響的研究均是在某種嗜鹽菌或耐鹽菌的純培養(yǎng)物的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,而在實際生物處理中K+對整個污泥系統(tǒng)的影響尚未見報道。肝素鈉生產(chǎn)廢水具有高鹽、高有機(jī)物、高氨氮的特點,極難處理。

      本工作研究了K+在肝素鈉生產(chǎn)廢水厭氧生物處理中對污泥的解抑作用。

      1 實驗部分

      1.1 原料、試劑和儀器

      實驗用廢水取自成都某肝素鈉生產(chǎn)廠,水質(zhì)如下:COD 11 800~20 500 mg/L,ρ(NaCl)

      28 000~32 000 mg/L,TN 1 450~2 500 mg/L,TP 350~500 mg/L,ρ(NH3-N)1 320~2 350 mg/L,pH 6.5~7.5。將廢水稀釋至COD約為4 000 mg/L備用。實驗用污泥采用城市污水處理廠的消化污泥,培養(yǎng)馴化后使用。分別取僅活化未馴化的污泥即零鹽濃度污泥和馴化后穩(wěn)定于不同鹽濃度的耐鹽污泥進(jìn)行實驗,其中耐鹽污泥的鹽濃度(以NaCl質(zhì)量濃度計)分別為8 000,16 000,24 000 mg/L。

      NaCl和KCl均為分析純。

      ICS-900型離子色譜儀:戴安中國有限公司;Agilent 7890A型氣相色譜儀:安捷倫科技有限公司。

      1.2 實驗方法

      取1 500 mL污泥,加廢水750 mL,混勻后取上清液測定COD和ρ0(NH3-N),記為進(jìn)水濃度,然后分裝至7個厭氧反應(yīng)器中,各約300 mL,編號1#~7#。1#作為空白對照組,其余6個按表1的配比加入KCl,連接好排水法產(chǎn)氣測量裝置,放入振蕩器中,室溫下,以相同的速率振蕩,5 d后記錄總產(chǎn)氣量,并測定氣體中的甲烷體積分?jǐn)?shù),測定出水COD及ρ1(NH3-N)。各反應(yīng)器中m(KCl)∶m(NaCl)見表1。分別取不同鹽濃度的污泥進(jìn)行上述實驗,零鹽濃度的污泥不再調(diào)節(jié)廢水鹽濃度,其他均需通過添加NaCl將廢水鹽濃度調(diào)節(jié)為當(dāng)前耐鹽污泥的鹽濃度。

      氨化率=[ρ1(NH3-N)-ρ0(NH3-N)]/ρ0(NH3-N)×100%。

      表1 各反應(yīng)器中m(KCl)∶m(NaCl)

      1.3 分析方法

      采用重鉻酸鉀法測定COD[15];采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定ρ(NH3-N)和VSS[16];采用離子色譜儀測定Cl-的質(zhì)量濃度,再換算成NaCl的質(zhì)量濃度;采用氣相色譜儀測定甲烷體積分?jǐn)?shù);采用排水法測產(chǎn)氣量。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 K+加入量對零鹽濃度污泥性能的影響

      零鹽濃度污泥VSS為9 g/L,進(jìn)水ρ(NaCl)為5 000 mg/L,進(jìn)水COD為1 000 mg/L,ρ0(NH3-N)為250.3 mg/L,按表1的配比加入KCl后1#~7#反應(yīng)器中K+質(zhì)量濃度分別為0,2,3,7,12,17,33 mg/L。K+加入量對零鹽濃度污泥COD去除率和氨化率的影響見圖1。K+加入量對零鹽濃度污泥產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響見圖2。

      由圖1可見:COD去除率在47%~60%間上下波動;氨化率在28%~40%間上下波動。由圖2可見:不同K+加入量條件下產(chǎn)氣量均在70~80 mL間上下波動,與空白對照組沒有明顯的差異;甲烷體積分?jǐn)?shù)在6.0%~8.0%間上下波動,也沒有顯著變化??梢?,低鹽濃度下K+加入量對污泥性能沒有明顯影響,原因可能是在低鹽濃度下,NaCl的抑制效應(yīng)并不顯著,因而K+的解抑效應(yīng)未能體現(xiàn)。

      圖1 K+加入量對零鹽濃度污泥COD去除率和氨化率的影響

      圖2 K+加入量對零鹽濃度污泥產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響

      2.2 K+加入量對ρ(NaCl)為8 000 mg/L活性污泥性能的影響

      ρ(NaCl)為8 000 mg/L的活性污泥VSS為8 g/L,進(jìn)水ρ(NaCl)為8 000 mg/L,進(jìn)水COD為2 897.5 mg/L,ρ0(NH3-N)為261.0 mg/L,按表1的配比加入KCl后1#~7#反應(yīng)器中K+質(zhì)量濃度分別為0,5,10,20,35,50,100 mg/L。此實驗條件下K+加入量對ρ(NaCl)為8 000 mg/L的活性污泥COD去除率和氨化率的影響見圖3。K+加入量對ρ(NaCl)為8 000 mg/L的活性污泥產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響見圖4。

      圖3 K+加入量對ρ(NaCl)為8 000 mg/L的活性污泥COD去除率及氨化率的影響

      圖4 K+加入量對ρ(NaCl)為8 000 mg/L的活性污泥產(chǎn)氣量及甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響

      由圖3可見:隨著K+加入量的增加,COD去除率略有提高;K+加入量為50 mg/L時,COD去除率最高,為62.8%;繼續(xù)增加K+加入量,COD去除率不再提高;K+加入量為5 mg/L時,氨化率最高,為58.2%;K+加入量大于5 mg/L后,氨化率均低于空白對照組,且沒有明顯的變化規(guī)律。由圖4可見,隨著K+加入量的增加,產(chǎn)氣量在60~72 mL間上下波動,甲烷體積分?jǐn)?shù)在7.5%~10.0%間上下波動,產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)均沒有明顯的變化規(guī)律??梢?,在此鹽濃度下K+對活性污泥性能的影響不明顯,原因可能是鹽濃度仍然不高,K+的解抑效應(yīng)還未能體現(xiàn)。

      2.3 K+加入量對ρ(NaCl)為16 000 mg/L活性污泥性能的影響

      ρ(NaCl)為16 000 mg/L的活性污泥VSS為5.4 g/L,進(jìn)水ρ(NaCl)為16 000 mg/L,進(jìn)水COD為2 000 mg/L,ρ0(NH3-N)為253.0 mg/L。按表1的配比加入KCl后,1#~7#反應(yīng)器K+質(zhì)量濃度分別為0,10,20,40,70,100,200 mg/L。此實驗條件下K+加入量對ρ(NaCl)為16 000 mg/L的活性污泥COD去除率和氨化率的影響見圖5。K+加入量對ρ(NaCl)為16 000 mg/L的活性污泥產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響見圖6。

      圖5 K+加入量對ρ(NaCl)為16 000 mg/L的活性污泥COD去除率及氨化率的影響

      圖6 K+加入量對ρ(NaCl)為16 000 mg/L的活性污泥產(chǎn)氣量及甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響

      由圖5和圖6可見:隨著K+加入量的增加,COD去除率、產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)均先升高后降低;K+加入量為20 mg/L時,COD去除率、產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)均達(dá)到最大值,分別為62.1%、122 mL和10.0%,相比空白對照組分別提高了39.5%,10.9%,14.9%;而氨化率變化不大,均在35%左右??梢?,在此鹽濃度條件下,K+的添加對活性污泥性能有所改善,污泥中一定質(zhì)量濃度的K+提高了COD的去除率、產(chǎn)氣量及甲烷體積分?jǐn)?shù),對氨化率沒有明顯影響。

      2.4 K+加入量對ρ(NaCl)為24 000 mg/L活性污泥性能的影響

      ρ(NaCl)為24 000 mg/L的活性污泥VSS為5.5 g/L,進(jìn)水ρ(NaCl)為24 000 mg/L,進(jìn)水COD為1 800 mg/L,ρ0(NH3-N)為306.2 mg/L,按表1的配比加入KCl后,1#~7#反應(yīng)器K+質(zhì)量濃度依次為0,15,30,60,105,150,300 mg/L。此實驗條件下K+加入量對ρ(NaCl)為24 000 mg/L的活性污泥COD去除率和氨化率的影響見圖7。K+加入量對ρ(NaCl)為24 000 mg/L的活性污泥產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響見圖8。

      圖7 K+加入量對ρ(NaCl)為24 000 mg/L的活性污泥COD去除率及氨化率的影響

      圖8 K+加入量對ρ(NaCl)為24 000 mg/L的活性污泥產(chǎn)氣量及甲烷體積分?jǐn)?shù)的影響

      由圖7可見:隨著K+加入量的增加,COD去除率、產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)均先升高后降低;K+的加入量為60 mg/L時,COD去除率、產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)均達(dá)到最大值,分別為72.5%、139 mL和17.5%,相比空白對照組分別提高了17.1%、43.3%和71.8%,氨化率變化不大,均在32%左右??梢?,在此鹽濃度條件下,K+改善了活性污泥的性能,K+的解抑作用得以體現(xiàn)。

      3 結(jié)論

      a)在肝素鈉生產(chǎn)廢水的厭氧生物處理中,在ρ(NaCl)小于8 000 mg/L的低鹽濃度條件下,K+對污泥的解抑作用不明顯;在ρ(NaCl)大于16 000 mg/L的高鹽濃度條件下,K+對污泥表現(xiàn)出解抑作用。

      b)在高鹽濃度下,加入K+可提高廢水的COD去除率、反應(yīng)器的產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣中甲烷體積分?jǐn)?shù),氨化率沒有明顯變化。ρ(NaCl)為16 000 mg/L、K+加入量為20 mg/L時,COD去除率、產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)均達(dá)到最大值,相比對照組分別提高了39.5%,10.9%,14.9%;氨化率變化不大,均在35%左右。ρ(NaCl)為24 000 mg/L、K+加入量為60 mg/L時,COD去除率、產(chǎn)氣量和甲烷體積分?jǐn)?shù)相比對照組分別提高了17.1%、43.3%和71.8%,氨化率變化不大,均在32%左右。

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