姜海鳳，周 豪，于宗然，王洪聲，畢 飛，周志軍，張 林，4

（1. 浙江大學(xué) 化學(xué)工程與生物工程學(xué)院 膜與水處理教育部工程中心，浙江 杭州 310027；

2. 滄州綠源水處理有限公司，河北 滄州 061100；3. 北京中環(huán)膜材料科技有限公司，北京 100082；4. 浙江之江經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略研究院，浙江 杭州310016）

0 引言

垃圾滲濾液是一種含鹽量高、氨氮高、污染物濃度高、成分復(fù)雜且可生化性差的有機廢水［1-3］，該類廢水的有效處理是目前水處理行業(yè)公認(rèn)的難題［4］。膜生物反應(yīng)器（MBR）是一種結(jié)合生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)的新型處理工藝。它以超濾或微濾膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理系統(tǒng)的二沉池，利用膜對微生物的高效分離從而實現(xiàn)水力停留時間（HRT）和污泥齡的完全分離，在處理難降解有機廢水和高濃度氨氮廢水方面具有廣闊的應(yīng)用前景［5-9］。

MBR 工藝是處理難降解有機廢水和高濃度氨氮廢水的有效方法，但當(dāng)其用于處理高含鹽滲濾液時，因無機鹽對微生物的抑制作用，很難達(dá)到預(yù)期效果。耐鹽微生物和嗜鹽微生物在高含鹽廢水處理中可發(fā)揮積極的作用，利用耐鹽菌或嗜鹽菌接種是改進好氧活性污泥處理含鹽廢水的最佳方法。張文武［10］采用耐鹽菌強化活性污泥處理精細(xì)化工行業(yè)產(chǎn)生的廢水，硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)38%時體系化學(xué)需氧量（COD）去除率仍大于95%。郭立［11］采用選擇性培養(yǎng)基分離、篩選針對高鹽垃圾滲濾液中COD的降解菌種，開發(fā)研制出以優(yōu)勢菌為特征的生物強化技術(shù)。趙緒光［12］采用Fenton（芬頓）氧化+生化處理組合工藝處理高鹽難降解的羧甲基纖維素鈉廢水，研究結(jié)果表明系統(tǒng)出水可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中的三級標(biāo)準(zhǔn)，具有很高的可行性。大量研究表明，耐鹽菌或嗜鹽菌強化技術(shù)是提高生物處理技術(shù)對高含鹽廢水處理效率的有效途徑。

筆者重點探討耐鹽菌強化MBR 工藝在高含鹽滲濾液處理中的應(yīng)用，考察耐鹽菌強化前后MBR工藝對進水鹽含量的耐受性能，研究進水COD 及其組成、污泥質(zhì)量濃度（MLSS）和水力停留時間（HRT）等參數(shù)對高含鹽模擬滲濾液處理效果的影響，旨在探索出一種高效、穩(wěn)定的垃圾滲濾液處理工藝。

1 實驗部分

1.1 污泥和菌種來源

實驗用好氧污泥取自杭州市七格污水處理廠二沉池進水端。蠟狀芽孢桿菌由合作單位滄州綠源水處理有限公司提供。

1.2 實驗藥品

葡萄糖（分析純）、氯化銨（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.5%）、磷酸二氫鉀（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.5%）、苯胺（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.5%）、乙酸鈣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.5%）、無水硫酸錳（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%）、五水硫酸銅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%）、六水合氯化鈷（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞97%）、二水鉬酸鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%）、七水硫酸鋅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%）、七水硫酸鎂（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%）、重鉻酸鉀（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.8%）、硫酸汞（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98.5%）、濃硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98%）、硫酸銀（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%）、六水合硫酸亞鐵銨（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.5%）和試亞鐵靈（分析純）購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司，苯磺酸鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞97%）購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，酵母粉購自O(shè)XOID公司。

1.3 實驗裝置

圖1 膜生物反應(yīng)器示意圖

實驗所用MBR 裝置為自行設(shè)計的小型一體式膜生物反應(yīng)器，見圖1。膜生物反應(yīng)池材質(zhì)為聚丙烯，尺寸為直徑130 mm、高450 mm，有效容積3.6 L。膜組件為中空纖維超濾膜組件，超濾膜由北京中環(huán)膜材料科技有限公司提供，材質(zhì)PVDF（聚偏氟乙烯），孔徑20 nm，有效長度230 mm，有效過濾面積0.96 m2。

1.4 實驗方法

1.4.1 污泥馴化

將采自七格污水處理廠的活性污泥接種到MBR中，悶曝24 h，靜置30 min，排出上清液后，采用w（鹽）0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.1%的進水對其進行馴化使其適應(yīng)高鹽度滲濾液的進水條件。進水采用葡萄糖（Glu）、NH4Cl 和KH2PO4分別作為碳源、氮源和磷源，m（C）∶m（N）∶m（P）為100∶5∶1，ρ（COD）為500 mg/L，pH范圍7.0 ～7.5（NaHCO3調(diào)節(jié)），溫度30 ℃，同時加入微量元素促進微生物生長，具體成分如表1所示。采用蠕動泵間歇式進水，進水周期10 min，抽停時間比8 ∶2。

表1 進水微量元素組成 %

1.4.2 耐鹽菌強化

將馴化好的活性污泥置入3個相同的膜生物反應(yīng)器中進行培養(yǎng)，并編號MBR-1、MBR-2、MBR-3。當(dāng)MLSS 達(dá)到4 g/L 時，開始往MBR-2 和MBR-3 中接種蠟狀芽孢桿菌耐鹽菌，接種量為4 g/L （濕重）。MBR-1、MBR-2 和MBR-3 的進水分別為w（鹽）0.004 0%的高鹽度苯胺模擬液、w（鹽）0.008 0%的高鹽度苯胺模擬液和w（鹽）0.008 0%的高鹽度苯磺酸鈉模擬液，模擬液ρ（COD）均為500 mg/L。

1.4.3 MBR運行

MBR 采用不間斷曝氣，水體溶解氧維持在5 ～6 mg/L，水力停留時間為12 h，溫度為30 ℃，起始出水跨膜壓差為0 kPa，容積負(fù)荷為0.5 kg/（m3·d），污泥負(fù)荷（單位質(zhì)量的活性污泥在單位時間內(nèi)所去除的COD）為0.327 g/（g·d）。

1.5 檢測方法

苯胺、苯磺酸鈉濃度的測定采用紫外分光光度法，檢測波長分別為280 nm 和263 nm。COD 采用重鉻酸鉀法檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性污泥馴化

耐鹽菌強化前，筆者對常規(guī)活性污泥進行馴化，使其適應(yīng)高鹽度滲濾液的進水條件。采用逐步提高進水鹽濃度的方法，逐步地強化馴化條件，直至活性污泥完全適應(yīng)起始w（鹽）為1.1%的滲濾液水質(zhì)要求。以COD 去除率為指標(biāo)，當(dāng)COD 去除率達(dá)到90%以上時，判定活性污泥已適應(yīng)該鹽度。COD去除率隨鹽度變化見圖2。

圖2 COD去除率隨鹽度變化

從圖2中可以看出，活性污泥能快速適應(yīng)較低的鹽度（w（鹽）＜0.4%），馴化時間為4 ～5 d；當(dāng)進水鹽度w（鹽）為0.8%時，馴化時間為7 d；當(dāng)進水鹽度進一步增加，馴化時間呈現(xiàn)出相反的變化趨勢，從7 d 減少到4 ～5 d。主要原因如下：廢水水質(zhì)是活性污泥直接接觸的外部環(huán)境，當(dāng)其鹽度變化幅度較小時，原有活性污泥微生物群落可以適應(yīng)這一變化，馴化時間較短；當(dāng)進水鹽度進一步提高，活性污泥中耐鹽菌群增長，但這一過程需要較長時間；當(dāng)耐鹽菌群成為活性污泥中的優(yōu)勢種群后，可以較快適應(yīng)高鹽度進水條件，表現(xiàn)為馴化時間的縮短。

2.2 耐鹽菌強化

活性污泥馴化后，可以有效適應(yīng)高鹽度水質(zhì)。為了進一步提高活性污泥對鹽度的耐受性，采用接種馴化的方法在活性污泥中引入蠟狀芽孢桿菌耐鹽菌落，強化MBR 系統(tǒng)對鹽度的耐受性。實驗中考察不同鹽度下耐鹽菌強化前后MBR 出水COD 的變化。不同鹽度下3 組MBR 出水COD 及COD 去除率變化見圖3。

圖3 3組MBR出水COD及COD去除率

由圖3可以看出，耐鹽菌強化后，在高鹽度進水條件下，MBR 出水水質(zhì)得到顯著提高。隨著鹽度的增加，MBR-2和MBR-3的COD去除率雖有降低，但仍然保持在較高的水平（70%～80%）；相較于耐鹽菌強化后MBR 系統(tǒng)的高COD 去除率，MBR-1的COD去除率僅有40%左右。

如前所述，筆者采用高鹽度苯胺溶液模擬滲濾液高鹽高氨氮的水質(zhì)特點，考察不同進水鹽度下，耐鹽菌強化前后MBR 系統(tǒng)的氨氮去除率。當(dāng)進水w（鹽）由1.0%增加到2.0%時，MBR-1的氨氮去除率從90%下降至70%左右；進水鹽度進一步增加，氨氮去除率明顯降低，當(dāng)進水w（鹽）為5%時，氨氮去除率＜45%。相比于MBR-1，耐鹽菌強化后的MBR-2系統(tǒng)具有較高的氨氮去除率，當(dāng)進水w（鹽）高達(dá)5%時，MBR-2系統(tǒng)的氨氮去除率仍＞70%。這也與圖3a.中的出水COD 變化趨勢一致。這一結(jié)果說明蠟狀芽孢桿菌耐鹽菌落的引入，可以顯著提高MBR工藝的穩(wěn)定性。

另外，筆者采用高鹽度苯磺酸鈉溶液模擬滲濾液高鹽高有機酸的水質(zhì)特點，考察不同進水鹽度下，耐鹽菌強化前后的MBR 系統(tǒng)的有機酸去除率。從結(jié)果可以看出，當(dāng)活性污泥接種耐鹽菌后，w（鹽）高達(dá)5.0%時有機酸去除率能維持在90%左右。結(jié)合MBR-2 系統(tǒng)的實驗結(jié)果，筆者發(fā)現(xiàn)耐鹽菌強化后的MBR 系統(tǒng)對氨氮和有機酸都有很好的去除效果，這為該系統(tǒng)在高鹽度滲濾液處理中的實際應(yīng)用提供了保障。

在完成鹽度探究后，筆者利用平板菌落計數(shù)法對3組MBR的活性污泥進行活菌數(shù)量檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然3組MBR的活菌數(shù)量均少于未馴化的活性污泥，但是MBR-2和MBR-3的活菌數(shù)量為MBR-1的3倍左右。以上結(jié)果說明，蠟狀芽孢桿菌可以在高鹽環(huán)境下存活，成為活性污泥里的優(yōu)勢菌株，顯著增強普通活性污泥對高含鹽滲濾液的處理效果。

2.3 模擬污染物（SP）及COD組成對出水水質(zhì)的影響

滲濾液因受降水、場齡等因素影響，水質(zhì)水量變化較大，為了提高該系統(tǒng)在實際體系中的可應(yīng)用性，筆者研究了高負(fù)荷條件下MBR 系統(tǒng)的出水水質(zhì)情況。不同污染物濃度下3組MBR出水情況見圖4。從圖4 中可以看出，當(dāng)進水ρ（COD）從500 mg/L 增加到1 000 mg/L，MBR-1、MBR-2 和MBR-3的出水ρ（COD）分別從280、160、175 mg/L 上升至315、190、220 mg/L。雖然出水COD 值有所增加，但由于進水COD增加了1倍，COD去除率反而得到顯著提升，MBR-1、MBR-2和MBR-3的出水COD 去除率分別從43%、67%和64%增加到68%、80%和77%。MBR-2 和MBR-3 的出水水質(zhì)明顯優(yōu)于MBR-1，這一現(xiàn)象說明強化后的MBR 系統(tǒng)對進水水質(zhì)具有更高的耐負(fù)荷性。

圖4 不同污染物濃度下3組MBR出水情況

在相同的COD 條件下，筆者考察了COD 組成對MBR的出水水質(zhì)的影響。從圖4可以看出，隨著模擬物在滲濾液中占比增加，MBR 的出水水質(zhì)變差。主要原因是模擬物苯胺和苯磺酸鈉對活性污泥具有生物毒性，隨著其濃度的增加對活性污泥生化過程的抑制作用增加，導(dǎo)致出水COD 值增加、COD去除率下降和模擬物含量增加。雖然出水模擬物含量有所增加，但由于進水COD增加了2倍，模擬物去除率無明顯變化。

2.4 MLSS對出水水質(zhì)的影響

MLSS是MBR系統(tǒng)的一個關(guān)鍵因素，為了確定最佳MLSS，采用添加酵母粉和不排泥的方式使MLSS 快速增加，考察不同MLSS 條件下，出水水質(zhì)的變化。該實驗中采用的進水w（鹽）為5%、ρ（COD）為1 000 mg/L。不同污泥濃度下3 組MBR的出水情況見圖5。從圖5中可以看出，隨著MLSS的增加，MBR 出水COD 先降低后基本保持不變。MLSS對氨氮與有機酸去除率的影響較小。雖然污泥濃度升高對出水水質(zhì)無顯著改善，但在一定MLSS范圍內(nèi)，污泥濃度越高，MBR的污泥負(fù)荷越低，耐有機負(fù)荷沖擊能力越強，因此在本節(jié)實驗探究的污泥濃度中，最佳MLSS為12 g/L。

圖5 不同污泥濃度下3組MBR的出水情況

2.5 HRT對出水水質(zhì)的影響

HRT 是MBR 系統(tǒng)的另一關(guān)鍵因素，在進水w（鹽）為5%，進水ρ（COD）為1 000 mg/L、MLSS為12 g/L的條件下，探究HRT分別為12 h、18 h或24 h時，三組MBR 出水水質(zhì)的差異，結(jié)果如圖6 所示。由圖6 可以看出，當(dāng)HRT 從12 h 上升至24 h 時，3組MBR 的出水COD 無明顯變化。氨氮去除率、有機酸去除率比較穩(wěn)定，苯磺酸鈉去除率略有上升。當(dāng)HRT 增加時，3 組MBR 的出水水質(zhì)沒有明顯變化，而HRT 越短，MBR 在單位時間內(nèi)的污水處理量越大，因此選擇最優(yōu)HRT 為12 h。

另外，我們對比3組MBR出水水質(zhì)（圖5和圖6）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)w（鹽）高達(dá)5%條件下，耐鹽菌引入后（MBR-2 和MBR-3），MBR 的出水水質(zhì)明顯優(yōu)于常規(guī)MBR 工藝，且對COD、氨氮和有機酸均有較好的去除。

圖6 不同HRT時3組MBR的出水情況

3 結(jié)論

采用耐鹽菌強化MBR 工藝處理模擬滲濾液，強化前對普通活性污泥進行耐鹽度的馴化，使其適應(yīng)高含鹽的進水條件。耐鹽菌強化MBR 工藝對進水鹽度耐受性顯著提高，當(dāng)進水w（鹽）為5%時，其出水COD 去除率與氨氮去除率仍保持在較高水平，分別為71%和90%。進水COD 值增加，MBR 工藝出水COD 也增加，但COD 去除率增加，MBR-1、MBR-2和MBR-3的出水COD去除率分別從43%、67%和64%增加到68%、80%和77%；耐鹽菌強化MBR 工藝的出水水質(zhì)明顯優(yōu)于常規(guī)MBR工藝，MBR 系統(tǒng)對進水COD 具有更高的耐負(fù)荷性。模擬污染物占比增加，耐鹽菌強化MBR 工藝對COD、氨氮和有機酸的去除率均高于常規(guī)MBR工藝。隨著MLSS的增加，MBR出水COD先降低后基本保持不變；MLSS 對氨氮與有機酸去除率的影響較小。當(dāng)HRT 增加時，MBR 系統(tǒng)的出水水質(zhì)基本不變。相同COD 占比、MLSS、HRT 條件下，耐鹽菌強化MBR 工藝的出水水質(zhì)均優(yōu)于常規(guī)MBR工藝。