K+对肝素钠废水厌氧生物处理中污泥性能的影响

何 娟，杨红薇，张建强，陈 佼

（西南交通大学 地球科学与环境工程学院，四川 成都 610031）

高盐有机废水中既含有大量的盐分，又含有高浓度的有机污染物［l-5］，是较难处理的废水之一。生物法由于具有经济、高效、无害的特点，成为首选的废水处理方法。而生物法处理高盐有机废水时，废水中的高浓度NaCl会对微生物的生长产生抑制作用［6-8］。有学者发现，K+可以减轻高盐对微生物生长的抑制作用。赵传芳等［9］研究发现，厌氧处理系统中的Na+质量浓度达7～8 g/L时会严重抑制厌氧微生物的生长，而加入适量K+后微生物生长情况明显改善。周培瑾［10］发现嗜盐菌细胞内的K+浓度是细胞外的100倍左右，而胞外Na+浓度是胞内的4倍。陶卫平［11］研究了嗜盐菌的嗜盐机制后指出，嗜盐菌细胞结构的稳定和细胞内K+等离子浓度的维持均需要高盐浓度。何健［12］研究发现K+能激活游离氨基酸和季铵化合物的合成，保持反应器中较高的K+质量浓度（50 mg/L以上）可以减轻Na+对微生物的抑制作用，即K+对Na+具有拮抗效应。洪青等［13］与信欣［14］分别研究了BYS-1菌和V430菌，发现它们均通过积累K+来调节胞内外的渗透压平衡。

目前在高盐废水生物处理中关于K+对微生物影响的研究均是在某种嗜盐菌或耐盐菌的纯培养物的基础上进行的，而在实际生物处理中K+对整个污泥系统的影响尚未见报道。肝素钠生产废水具有高盐、高有机物、高氨氮的特点，极难处理。

本工作研究了K+在肝素钠生产废水厌氧生物处理中对污泥的解抑作用。

1 实验部分

1.1 原料、试剂和仪器

实验用废水取自成都某肝素钠生产厂，水质如下：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。将废水稀释至COD约为4 000 mg/L备用。实验用污泥采用城市污水处理厂的消化污泥，培养驯化后使用。分别取仅活化未驯化的污泥即零盐浓度污泥和驯化后稳定于不同盐浓度的耐盐污泥进行实验，其中耐盐污泥的盐浓度（以NaCl质量浓度计）分别为8 000，16 000，24 000 mg/L。

NaCl和KCl均为分析纯。

ICS-900型离子色谱仪：戴安中国有限公司；Agilent 7890A型气相色谱仪：安捷伦科技有限公司。

1.2 实验方法

取1 500 mL污泥，加废水750 mL，混匀后取上清液测定COD和ρ0（NH3-N），记为进水浓度，然后分装至7个厌氧反应器中，各约300 mL，编号1#～7#。1#作为空白对照组，其余6个按表1的配比加入KCl，连接好排水法产气测量装置，放入振荡器中，室温下，以相同的速率振荡，5 d后记录总产气量，并测定气体中的甲烷体积分数，测定出水COD及ρ1（NH3-N）。各反应器中m（KCl）∶m（NaCl）见表1。分别取不同盐浓度的污泥进行上述实验，零盐浓度的污泥不再调节废水盐浓度，其他均需通过添加NaCl将废水盐浓度调节为当前耐盐污泥的盐浓度。

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

表1 各反应器中m（KCl）∶m（NaCl）

1.3 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD［15］；采用国家标准方法测定ρ（NH3-N）和VSS［16］；采用离子色谱仪测定Cl-的质量浓度，再换算成NaCl的质量浓度；采用气相色谱仪测定甲烷体积分数；采用排水法测产气量。

2 结果与讨论

2.1 K+加入量对零盐浓度污泥性能的影响

零盐浓度污泥VSS为9 g/L，进水ρ（NaCl）为5 000 mg/L，进水COD为1 000 mg/L，ρ0（NH3-N）为250.3 mg/L，按表1的配比加入KCl后1#～7#反应器中K+质量浓度分别为0，2，3，7，12，17，33 mg/L。K+加入量对零盐浓度污泥COD去除率和氨化率的影响见图1。K+加入量对零盐浓度污泥产气量和甲烷体积分数的影响见图2。

由图1可见：COD去除率在47%～60%间上下波动；氨化率在28%～40%间上下波动。由图2可见：不同K+加入量条件下产气量均在70～80 mL间上下波动，与空白对照组没有明显的差异；甲烷体积分数在6.0%～8.0%间上下波动，也没有显著变化。可见，低盐浓度下K+加入量对污泥性能没有明显影响，原因可能是在低盐浓度下，NaCl的抑制效应并不显著，因而K+的解抑效应未能体现。

图1 K+加入量对零盐浓度污泥COD去除率和氨化率的影响

图2 K+加入量对零盐浓度污泥产气量和甲烷体积分数的影响

2.2 K+加入量对ρ（NaCl）为8 000 mg/L活性污泥性能的影响

ρ（NaCl）为8 000 mg/L的活性污泥VSS为8 g/L，进水ρ（NaCl）为8 000 mg/L，进水COD为2 897.5 mg/L，ρ0（NH3-N）为261.0 mg/L，按表1的配比加入KCl后1#～7#反应器中K+质量浓度分别为0，5，10，20，35，50，100 mg/L。此实验条件下K+加入量对ρ（NaCl）为8 000 mg/L的活性污泥COD去除率和氨化率的影响见图3。K+加入量对ρ（NaCl）为8 000 mg/L的活性污泥产气量和甲烷体积分数的影响见图4。

图3 K+加入量对ρ（NaCl）为8 000 mg/L的活性污泥COD去除率及氨化率的影响

图4 K+加入量对ρ（NaCl）为8 000 mg/L的活性污泥产气量及甲烷体积分数的影响

由图3可见：随着K+加入量的增加，COD去除率略有提高；K+加入量为50 mg/L时，COD去除率最高，为62.8%；继续增加K+加入量，COD去除率不再提高；K+加入量为5 mg/L时，氨化率最高，为58.2%；K+加入量大于5 mg/L后，氨化率均低于空白对照组，且没有明显的变化规律。由图4可见，随着K+加入量的增加，产气量在60～72 mL间上下波动，甲烷体积分数在7.5%～10.0%间上下波动，产气量和甲烷体积分数均没有明显的变化规律。可见，在此盐浓度下K+对活性污泥性能的影响不明显，原因可能是盐浓度仍然不高，K+的解抑效应还未能体现。

2.3 K+加入量对ρ（NaCl）为16 000 mg/L活性污泥性能的影响

ρ（NaCl）为16 000 mg/L的活性污泥VSS为5.4 g/L，进水ρ（NaCl）为16 000 mg/L，进水COD为2 000 mg/L，ρ0（NH3-N）为253.0 mg/L。按表1的配比加入KCl后，1#～7#反应器K+质量浓度分别为0，10，20，40，70，100，200 mg/L。此实验条件下K+加入量对ρ（NaCl）为16 000 mg/L的活性污泥COD去除率和氨化率的影响见图5。K+加入量对ρ（NaCl）为16 000 mg/L的活性污泥产气量和甲烷体积分数的影响见图6。

图5 K+加入量对ρ（NaCl）为16 000 mg/L的活性污泥COD去除率及氨化率的影响

图6 K+加入量对ρ（NaCl）为16 000 mg/L的活性污泥产气量及甲烷体积分数的影响

由图5和图6可见：随着K+加入量的增加，COD去除率、产气量和甲烷体积分数均先升高后降低；K+加入量为20 mg/L时，COD去除率、产气量和甲烷体积分数均达到最大值，分别为62.1%、122 mL和10.0%，相比空白对照组分别提高了39.5%，10.9%，14.9%；而氨化率变化不大，均在35%左右。可见，在此盐浓度条件下，K+的添加对活性污泥性能有所改善，污泥中一定质量浓度的K+提高了COD的去除率、产气量及甲烷体积分数，对氨化率没有明显影响。

2.4 K+加入量对ρ（NaCl）为24 000 mg/L活性污泥性能的影响

ρ（NaCl）为24 000 mg/L的活性污泥VSS为5.5 g/L，进水ρ（NaCl）为24 000 mg/L，进水COD为1 800 mg/L，ρ0（NH3-N）为306.2 mg/L，按表1的配比加入KCl后，1#～7#反应器K+质量浓度依次为0，15，30，60，105，150，300 mg/L。此实验条件下K+加入量对ρ（NaCl）为24 000 mg/L的活性污泥COD去除率和氨化率的影响见图7。K+加入量对ρ（NaCl）为24 000 mg/L的活性污泥产气量和甲烷体积分数的影响见图8。

图7 K+加入量对ρ（NaCl）为24 000 mg/L的活性污泥COD去除率及氨化率的影响

图8 K+加入量对ρ（NaCl）为24 000 mg/L的活性污泥产气量及甲烷体积分数的影响

由图7可见：随着K+加入量的增加，COD去除率、产气量和甲烷体积分数均先升高后降低；K+的加入量为60 mg/L时，COD去除率、产气量和甲烷体积分数均达到最大值，分别为72.5%、139 mL和17.5%，相比空白对照组分别提高了17.1%、43.3%和71.8%，氨化率变化不大，均在32%左右。可见，在此盐浓度条件下，K+改善了活性污泥的性能，K+的解抑作用得以体现。

3 结论

a）在肝素钠生产废水的厌氧生物处理中，在ρ（NaCl）小于8 000 mg/L的低盐浓度条件下，K+对污泥的解抑作用不明显；在ρ（NaCl）大于16 000 mg/L的高盐浓度条件下，K+对污泥表现出解抑作用。

b）在高盐浓度下，加入K+可提高废水的COD去除率、反应器的产气量和产气中甲烷体积分数，氨化率没有明显变化。ρ（NaCl）为16 000 mg/L、K+加入量为20 mg/L时，COD去除率、产气量和甲烷体积分数均达到最大值，相比对照组分别提高了39.5%，10.9%，14.9%；氨化率变化不大，均在35%左右。ρ（NaCl）为24 000 mg/L、K+加入量为60 mg/L时，COD去除率、产气量和甲烷体积分数相比对照组分别提高了17.1%、43.3%和71.8%，氨化率变化不大，均在32%左右。

［1］张勇，祁恩成，张守诚，等.黄姜-皂素废水综合处理技术的探讨［J］.环境科学与技术，2004，27（8）：124-125.

［2］刘大银，毕亚凡，李庆新，等.皂素生产废水综合治理技术研究I.实用治理技术框架［J］.武汉化工学院学报，2003，25（4）：33-36.

［3］刘锋，吴建华，马向华，等.上流式厌氧生物滤池处理高含盐废水的实验研究［J］.苏州科技学院学报：工程技术版，2003，16（2）：34-35.

［4］王晓霞，吴生，乌锡康.铁炭-生化法处理高含盐染料废水的研究［J］.环境化学，2002，21（6）：594-598.

［5］马国斌，储金宇，张波.活性污泥法+接触氧化法工艺处理高盐度环氧丙烷生产废水的实验研究［J］.四川环境，2004，23（6）：1-3.

［6］安立超.嗜盐菌的特性与高盐废水生物处理的进展［J］.环境污染与防治，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］赵传芳，黄志龙，卿素华.有机污水的生物化学处理［M］.成都：四川科学技术出版社，1986：45-48.

［10］周培瑾.嗜盐细菌［J］.微生物学通报，1989，16（l）：31-34.

［11］陶卫平.嗜盐菌的嗜盐机制［J］.生物学通报，1996，31（l）：23-24.

［12］何健.高盐难降解工业废水微生物处理的污泥驯化研究与应用［D］.南京：南京农业大学，2000.

［13］洪青，张国顺，张忠辉，等.中度嗜盐菌Halomonassp.BYS-1的渗透调节［J］.微生物学通报，2004，31（5）：71-75.

［14］信欣.耐盐菌株特性及其在高盐有机废水生物处理中的应用［D］.武汉：中国地质大学，2007.

［15］张翠粉.COD测定中硫酸汞去除氯离子干扰的探讨［J］.内蒙古环境保护，2005，17（1）：26-27.

［16］魏复盛.水和废水监测分析方法.4版［M］.北京：中国环境科学出版社，2002：105-107，276-279.