K+對肝素鈉廢水厭氧生物處理中污泥性能的影響

何 娟，楊紅薇，張建強，陳 佼

（西南交通大學 地球科學與環境工程學院，四川 成都 610031）

高鹽有機廢水中既含有大量的鹽分，又含有高濃度的有機污染物［l-5］，是較難處理的廢水之一。生物法由于具有經濟、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廢水時，廢水中的高濃度NaCl會對微生物的生長產生抑制作用［6-8］。有學者發現，K+可以減輕高鹽對微生物生長的抑制作用。趙傳芳等［9］研究發現，厭氧處理系統中的Na+質量濃度達7～8 g/L時會嚴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］發現嗜鹽菌細胞內的K+濃度是細胞外的100倍左右，而胞外Na+濃度是胞內的4倍。陶衛平［11］研究了嗜鹽菌的嗜鹽機制后指出，嗜鹽菌細胞結構的穩定和細胞內K+等離子濃度的維持均需要高鹽濃度。何健［12］研究發現K+能激活游離氨基酸和季銨化合物的合成，保持反應器中較高的K+質量濃度（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。洪青等［13］與信欣［14］分別研究了BYS-1菌和V430菌，發現它們均通過積累K+來調節胞內外的滲透壓平衡。

目前在高鹽廢水生物處理中關于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物的基礎上進行的，而在實際生物處理中K+對整個污泥系統的影響尚未見報道。肝素鈉生產廢水具有高鹽、高有機物、高氨氮的特點，極難處理。

本工作研究了K+在肝素鈉生產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廠，水質如下：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定于不同鹽濃度的耐鹽污泥進行實驗，其中耐鹽污泥的鹽濃度（以NaCl質量濃度計）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），記為進水濃度，然后分裝至7個厭氧反應器中，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后記錄總產氣量，并測定氣體中的甲烷體積分數，測定出水COD及ρ1（NH3-N）。各反應器中m（KCl）∶m（NaCl）見表1。分別取不同鹽濃度的污泥進行上述實驗，零鹽濃度的污泥不再調節廢水鹽濃度，其他均需通過添加NaCl將廢水鹽濃度調節為當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］；采用國家標準方法測定ρ（NH3-N）和VSS［16］；采用離子色譜儀測定Cl-的質量濃度，再換算成NaCl的質量濃度；采用氣相色譜儀測定甲烷體積分數；采用排水法測產氣量。

2 結果與討論

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，進水ρ（NaCl）為5 000 mg/L，進水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#反應器中K+質量濃度分別為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氣量和甲烷體積分數的影響見圖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；甲烷體積分數在6.0%～8.0%間上下波動，也沒有顯著變化。可見，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的抑制效應并不顯著，因而K+的解抑效應未能體現。

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氣量和甲烷體積分數的影響

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，進水ρ（NaCl）為8 000 mg/L，進水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#反應器中K+質量濃度分別為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的活性污泥產氣量和甲烷體積分數的影響見圖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的活性污泥產氣量及甲烷體積分數的影響

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律。由圖4可見，隨著K+加入量的增加，產氣量在60～72 mL間上下波動，甲烷體積分數在7.5%～10.0%間上下波動，產氣量和甲烷體積分數均沒有明顯的變化規律。可見，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+的解抑效應還未能體現。

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，進水ρ（NaCl）為16 000 mg/L，進水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#反應器K+質量濃度分別為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的活性污泥產氣量和甲烷體積分數的影響見圖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的活性污泥產氣量及甲烷體積分數的影響

由圖5和圖6可見：隨著K+加入量的增加，COD去除率、產氣量和甲烷體積分數均先升高后降低；K+加入量為20 mg/L時，COD去除率、產氣量和甲烷體積分數均達到最大值，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。可見，在此鹽濃度條件下，K+的添加對活性污泥性能有所改善，污泥中一定質量濃度的K+提高了COD的去除率、產氣量及甲烷體積分數，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，進水ρ（NaCl）為24 000 mg/L，進水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#反應器K+質量濃度依次為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的活性污泥產氣量和甲烷體積分數的影響見圖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的活性污泥產氣量及甲烷體積分數的影響

由圖7可見：隨著K+加入量的增加，COD去除率、產氣量和甲烷體積分數均先升高后降低；K+的加入量為60 mg/L時，COD去除率、產氣量和甲烷體積分數均達到最大值，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。可見，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。

3 結論

a）在肝素鈉生產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、反應器的產氣量和產氣中甲烷體積分數，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、產氣量和甲烷體積分數均達到最大值，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、產氣量和甲烷體積分數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。

［1］張勇，祁恩成，張守誠，等.黃姜-皂素廢水綜合處理技術的探討［J］.環境科學與技術，2004，27（8）：124-125.

［2］劉大銀，畢亞凡，李慶新，等.皂素生產廢水綜合治理技術研究I.實用治理技術框架［J］.武漢化工學院學報，2003，25（4）：33-36.

［3］劉鋒，吳建華，馬向華，等.上流式厭氧生物濾池處理高含鹽廢水的實驗研究［J］.蘇州科技學院學報：工程技術版，2003，16（2）：34-35.

［4］王曉霞，吳生，烏錫康.鐵炭-生化法處理高含鹽染料廢水的研究［J］.環境化學，2002，21（6）：594-598.

［5］馬國斌，儲金宇，張波.活性污泥法+接觸氧化法工藝處理高鹽度環氧丙烷生產廢水的實驗研究［J］.四川環境，2004，23（6）：1-3.

［6］安立超.嗜鹽菌的特性與高鹽廢水生物處理的進展［J］.環境污染與防治，2002，24（5）：293-296.

［7］Belkin S，Brenner A.Biology treatment of a high salinity chemical wastewater［J］.Water Sci Technol，1993，31（9）：61-72.

［8］Wen C G.Effect of salinity on removal coeffi cient of receiving waters［J］.Water Sci Technol，1984，16（1）：139-154.

［9］趙傳芳，黃志龍，卿素華.有機污水的生物化學處理［M］.成都：四川科學技術出版社，1986：45-48.

［10］周培瑾.嗜鹽細菌［J］.微生物學通報，1989，16（l）：31-34.

［11］陶衛平.嗜鹽菌的嗜鹽機制［J］.生物學通報，1996，31（l）：23-24.

［12］何健.高鹽難降解工業廢水微生物處理的污泥馴化研究與應用［D］.南京：南京農業大學，2000.

［13］洪青，張國順，張忠輝，等.中度嗜鹽菌Halomonassp.BYS-1的滲透調節［J］.微生物學通報，2004，31（5）：71-75.

［14］信欣.耐鹽菌株特性及其在高鹽有機廢水生物處理中的應用［D］.武漢：中國地質大學，2007.

［15］張翠粉.COD測定中硫酸汞去除氯離子干擾的探討［J］.內蒙古環境保護，2005，17（1）：26-27.

［16］魏復盛.水和廢水監測分析方法.4版［M］.北京：中國環境科學出版社，2002：105-107，276-279.