摘要：　污泥沉降速率即單位時間內(nèi)污泥沉降的體積數(shù)，一般5～10min內(nèi)的污泥沉降體積數(shù)更能真實(shí)的反應(yīng)污泥的沉降性能。為添加不同離子對污泥沉降速度的影響。各反應(yīng)器內(nèi)SV30基本保持在40%左右，但全過程沉降速率卻明顯不同:K+對沉降速率的影響與K+濃度有關(guān)，較低濃度K+(40mg/L時)會降低污泥的沉降速率、較高濃度K+(100mg/L時)能提高污泥的沉降速率;由圖3(b)可知，Ca2+整體上降低了污泥的沉降速率，到200mg/L時污泥沉降速率下降明顯，但COD和氨氮去除效果沒有因此變差，這表明Ca2+對污泥沉降速率的影響與MLSS的增加有關(guān)而不是污泥性能變差引起的;從圖3(c)可看到Mg2+能有效地改善污泥的沉降速率，5min左右即完成了約60%的沉降，其原因可能是Mg2+的添加強(qiáng)化了污泥的生物絮凝作用，由于細(xì)胞表面和胞外聚合物通常帶負(fù)電荷，而帶正電荷的Mg2+可以降低細(xì)胞表面電荷，同時增加胞外聚合物中多糖的含量，使細(xì)胞易于聚合，促進(jìn)了顆粒污泥的形成和污泥密實(shí)度的增加，從而使污泥具有更好的沉降性，LiX.M.等在研究Mg2+對SBR中好氧顆粒污泥培養(yǎng)的影響時也得出了類似的結(jié)論。

　　關(guān)鍵詞：廢水處理,污水管理,環(huán)境保護(hù)

　　K+、Ca2+和Mg2+的添加對肝素廢水中高濃度鈉鹽的抑制有一定的緩解作用。K+、Ca2+和Mg2+分別為40、50和150mg/L時COD去除率較高，差值分別為2.8%、8.0%和3.8%，但多數(shù)情況下效果不明顯;K+、Ca2+和Mg2+分別為100、200和20mg/L時氨氮去除率則明顯提高，差值分別達(dá)39.8%、9.8%和28.4%，對氨氮降解的促進(jìn)能力K+>Mg2+>Ca2+。此外，COD和氨氮的去除效果還可能與運(yùn)行周期和金屬離子的添加方式有關(guān)。

　　在最佳添加濃度下，K+為40mg/L時能促進(jìn)污泥濃度的增加、100mg/L時能加速污泥沉降;Ca2+在促進(jìn)MLSS、MLVSS增大的同時會降低污泥的沉降速率;而Mg2+使MLSS、MLVSS增大的的同時能最有效地改善污泥的沉降性能。

　　廢水取自成都某肝素鈉車間的生產(chǎn)廢水，水質(zhì)指標(biāo)如下:COD15800～25500mg/L，氨氮1320～2650mg/L，NaCl25000～35000mg/L，TN1450～2500mg/L，TP350～500mg/L，pH6.5～7.5。為避免廢水中高濃度有機(jī)物和氨氮的干擾，將原水稀釋至COD2330～2450mg/L、氨氮205～210mg/L，通過添加NaCl使鹽濃度保持在32000mg/L備用。為提高馴化速率，從該肝素鈉生產(chǎn)廠污水處理站2號曝氣池取污泥接種，經(jīng)49d馴化后COD去除率約穩(wěn)定為80%～85%、氨氮去除率約穩(wěn)定為30%～50%。

　　采用7個有效容積為1L的SBR反應(yīng)器，編號1#～7#，其中1#作為空白對照組，其余分別加入不同濃度的K+、Ca2+和Mg2+。實(shí)驗(yàn)所選藥劑應(yīng)具有溶解度好、二次干擾小和價格合理等特點(diǎn)，綜合考慮后確定K+、Ca2+和Mg2+3種金屬離子分別由KCl、CaCl2和MgCl2•6H2O提供。根據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，各金屬離子的添加濃度(單位為mg/L)。SBR反應(yīng)器每周期運(yùn)行12h，其中進(jìn)水10min、曝氣10h、沉淀1h、排水10min、閑置40min，控制MLSS約為9000mg/L，DO約為3mg/L，溫度約為25℃，每組實(shí)驗(yàn)至少運(yùn)行9個周期，每周期進(jìn)/排水各500mL。單數(shù)周期結(jié)束時測試出水COD、氨氮、污泥沉降速率及MLSS、MLVSS。為使結(jié)果更直觀，將2#～7#反應(yīng)器的COD和氨氮去除率與1#空白對照組相減，得到去除率差值曲線來分析試驗(yàn)結(jié)果。

　　COD采用改進(jìn)的重鉻酸鉀法;氨氮采用納氏試劑分光光度法;Cl-濃度采用DIONEXICS-900離子色譜儀;Na+濃度采用塞曼Z-5000原子吸收分光光度計(jì);MLSS和MLVSS采用重量法。所有樣品均至少進(jìn)行3次平行測試，取平均值作分析用。

　　第1周期K+為40mg/L時COD去除率最高，說明此濃度下K+能最有效地促進(jìn)COD的降解，但去除率差值僅為2.8%;從第7周期開始，COD去除率差值全部呈現(xiàn)負(fù)值，最低達(dá)-9.3%，可見繼續(xù)添加K+將不利于COD的去除，隨著K+在系統(tǒng)中的累積，負(fù)效應(yīng)開始體現(xiàn)。反映了添加不同濃度Ca2+后的COD去除情況，可以看到除第9周期出現(xiàn)2個負(fù)差值點(diǎn)外，其余全部為正值，表明Ca2+的添加不同程度上改善了COD的去除效果。從運(yùn)行周期來看，第3周期和第5周期的COD平均去除率較高，到第5周期Ca2+為50mg/L時COD去除效果最好，比對照組提高了8.0%;從第7周期起去除率差值開始減小，最大僅為2.1%，到第9周期時開始出現(xiàn)負(fù)差值。Mg2+在較低濃度下往往不能改善COD的去除效果，到150mg/L時才出現(xiàn)3.8%的較大增幅。為驗(yàn)證是否由于Mg2+含量過低而不能滿足微生物需求，在同等條件下將Mg2+濃度提高到200mg/L，結(jié)果第1周期即出現(xiàn)負(fù)差值，隨著運(yùn)行周期的延長Mg2+對COD去除效果的影響仍較小，可能由于污泥本身對有機(jī)物的去除效果已經(jīng)較好，難以去除的有機(jī)物即使在微生物活性改良的情況下依然難以去除，所以繼續(xù)增加Mg2+濃度的意義并不大。綜合來看，K+、Ca2+和Mg2+對COD去除率的提高并不顯著，提升幅度大部分集中在2%～4%之間，尤其是多數(shù)情況下K+和Mg2+對COD的降解會產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。這些金屬離子在運(yùn)行初期或低濃度條件下可能對Na+有一定的拮抗作用，從而削弱了Na+對微生物的毒性，促進(jìn)了微生物的生長代謝，進(jìn)而有利于COD的降解。隨著運(yùn)行周期的增加，這些金屬離子在系統(tǒng)中積累到一定濃度后超過了微生物的最高需求，使其活性受到抑制而不利于COD的降解，但部分菌體又會通過各種生理代謝機(jī)制維持所需金屬離子在體內(nèi)的動態(tài)平衡，經(jīng)過一段時間后可以恢復(fù)原有的活性，使COD去除率有所回升。

　　從的氨氮去除率來看，第1周期相比對照組增幅超過35%，能最大程度緩解鹽分對氨氮轉(zhuǎn)化的抑制，其中K+為100mg/L時去除率差值達(dá)39.8%，其余添加濃度下差別不大;第5周期的氨氮去除率差值有所下降，到第7周期時下降幅度較大，可能經(jīng)過多個周期的累積后K+在污泥中達(dá)到一定量反而抑制了硝化細(xì)菌的活性，從而影響了氨氮的降解，建議運(yùn)行5個周期后停止添加K+，待吸附-釋放平衡后再考慮是否繼續(xù)添加。添加Ca2+后的氨氮去除率差值大部分集中在1%～4%之間，第9周期添200mg/LCa2+時氨氮去除率最高，比對照組提高了9.8%，其余情況下效果并不明顯，可能是原有污泥系統(tǒng)內(nèi)參與氨氮降解的微生物總量較少，這些微生物在鹽分抑制下活性較差，添加Ca2+只能略微起到改善作用或不起作用。從圖2(c)的氨氮去除效果來看，去除率差值大部分為正值，氨氮的平均去除效果基本隨運(yùn)行周期的增加而增大，可見經(jīng)過多個運(yùn)行周期后微生物開始逐漸適應(yīng)外來Mg2+的刺激并開始利用它們參與生長代謝、作為酶的激活劑等來抵御高鹽環(huán)境的脅迫，因此氨氮的去除效果越來越好，到第9周期時Mg2+僅20mg/L即使氨氮去除率提高28.4%。氨氮的去除主要依靠微生物的硝化與反硝化作用，其基本條件是存在大量活性較好的硝化菌、反硝化菌以及適合這些微生物生長的環(huán)境條件。在高鹽條件下，NH+4與Na+之間由于毒性的協(xié)同效應(yīng)可能對硝化微生物的活性產(chǎn)生了更大的抑制作用，因此，金屬離子的添加恰好緩解了這種抑制作用，其中K+對鹽分抑制作用的解除效果最好，Ca2+相對最差，這可能與鉀對鈉的拮抗效應(yīng)表現(xiàn)更為強(qiáng)烈有關(guān)，這與KugelmanI.J.等研究的在厭氧廢水處理中陽離子的毒性和促進(jìn)作用研究結(jié)果一致。

　　列出了K+、Ca2+和Mg2+分別在最佳添加量下的污泥濃度，從宏觀角度體現(xiàn)了活性污泥內(nèi)微生物群體在應(yīng)對鹽抑制時做出的反應(yīng)。從表中數(shù)據(jù)可以看到，K+為40mg/L時MLVSS有明顯增長，其中增長的活性微生物很可能促進(jìn)了COD的降解，K+為100mg/L時MLSS有所降低，但MLVSS/MLSS從82.5%上升到87.4%，K+的添加提高了污泥中活性微生物的比重，因而對氨氮的處理效果也隨之提高;隨著進(jìn)水中Ca2+濃度的增加，活性污泥中無機(jī)鹽的含量也成比例增加，綜合出水效果來看，Ca2+為50mg/L時更有利于降解COD的微生物生長，Ca2+為200mg/L時更能促進(jìn)降解氨氮的微生物的生長或活性的恢復(fù);Mg2+的累積造成了MLVSS/MLSS的降低，但MLSS和MLVSS均隨Mg2+濃度升高而增大，可見無機(jī)物的增長速度略大于有機(jī)物，污泥濃度的增加可能促進(jìn)了微生物數(shù)量增加與微生物相的豐富，從而保證了良好的出水效果。