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1實驗材料與方法
1．1廢水及污泥來源
廢水取自成都某肝素鈉車間的生產廢水，水質指標如下: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，從該肝素鈉生產廠污水處理站2號曝氣池取污泥接種，經49d馴化后COD去除率約穩定為80%～85%、氨氮去除率約穩定為30%～50%。
1．2實驗裝置與方法
采用7個有效容積為1L的SBR反應器，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+。實驗所選藥劑應具有溶解度好、二次干擾小和價格合理等特點，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。根據前期預實驗的結果，各金屬離子的添加濃度(單位為mg/L)。SBR反應器每周期運行12h，其中進水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℃，每組實驗至少運行9個周期，每周期進/排水各500mL。單數周期結束時測試出水COD、氨氮、污泥沉降速率及MLSS、MLVSS。為使結果更直觀，將2#～7#反應器的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結果。
1．3分析方法
COD采用改進的重鉻酸鉀法;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;MLSS和MLVSS采用重量法。所有樣品均至少進行3次平行測試，取平均值作分析用。
2結果與討論
2．1對COD去除率的影響
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負值，最低達－9．3%，可見繼續添加K+將不利于COD的去除，隨著K+在系統中的累積，負效應開始體現。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2個負差值點外，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周期時開始出現負差值。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3．8%的較大增幅。為驗證是否由于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，結果第1周期即出現負差值，隨著運行周期的延長Mg2+對COD去除效果的影響仍較小，可能由于污泥本身對有機物的去除效果已經較好，難以去除的有機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，尤其是多數情況下K+和Mg2+對COD的降解會產生負效應。這些金屬離子在運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，促進了微生物的生長代謝，進而有利于COD的降解。隨著運行周期的增加，這些金屬離子在系統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制維持所需金屬離子在體內的動態平衡，經過一段時間后可以恢復原有的活性，使COD去除率有所回升。
2．2對氨氮去除率的影響
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化的抑制，其中K+為100mg/L時去除率差值達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，可能經過多個周期的累積后K+在污泥中達到一定量反而抑制了硝化細菌的活性，從而影響了氨氮的降解，建議運行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內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行周期的增加而增大，可見經過多個運行周期后微生物開始逐漸適應外來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境條件。在高鹽條件下，NH+4與Na+之間由于毒性的協同效應可能對硝化微生物的活性產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表現更為強烈有關，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作用研究結果一致。
2．3對污泥濃度的影響
列出了K+、Ca2+和Mg2+分別在最佳添加量下的污泥濃度，從宏觀角度體現了活性污泥內微生物群體在應對鹽抑制時做出的反應。從表中數據可以看到，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;隨著進水中Ca2+濃度的增加，活性污泥中無機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時更能促進降解氨氮的微生物的生長或活性的恢復;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，可見無機物的增長速度略大于有機物，污泥濃度的增加可能促進了微生物數量增加與微生物相的豐富，從而保證了良好的出水效果。
2．4對污泥沉降速率的影響
污泥沉降速率即單位時間內污泥沉降的體積數，一般5～10min內的污泥沉降體積數更能真實的反應污泥的沉降性能。為添加不同離子對污泥沉降速度的影響。各反應器內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，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+的添加強化了污泥的生物絮凝作用，由于細胞表面和胞外聚合物通常帶負電荷，而帶正電荷的Mg2+可以降低細胞表面電荷，同時增加胞外聚合物中多糖的含量，使細胞易于聚合，促進了顆粒污泥的形成和污泥密實度的增加，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的影響時也得出了類似的結論。
3結論
(1)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39.8%、9．8%和28．4%，對氨氮降解的促進能力K+＞Mg2+＞Ca2+。此外，COD和氨氮的去除效果還可能與運行周期和金屬離子的添加方式有關。
(2)在最佳添加濃度下，K+為40mg/L時能促進污泥濃度的增加、100mg/L時能加速污泥沉降;Ca2+在促進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。
作者：楊紅薇 陳佼 張建強 單位：西南交通大學地球科學與環境工程學院