鹽度對(duì)DMBR處理養(yǎng)殖廢水脫氮效能的影響

盧芳芳，洪俊明，尹娟，薛秀玲

（華僑大學(xué) 化工學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021）

鹽度對(duì)DMBR處理養(yǎng)殖廢水脫氮效能的影響

盧芳芳，洪俊明，尹娟，薛秀玲

（華僑大學(xué) 化工學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021）

采用動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器（DMBR）處理養(yǎng)殖廢水，考察鹽度為0～3 000mg·L－1時(shí)動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器的脫氮效能.結(jié)果表明：DMBR對(duì)養(yǎng)殖廢水的CODMn和NH3－N的去除效果保持穩(wěn)定，分別為93%，87%左右；在鹽度提高到1 000mg·L－1后，DMBR內(nèi)反硝化速率明顯提高，對(duì)NO3－N的去除率提高到97%，總氮去除率也達(dá)到94%.在鹽度為0～3 000mg·L－1下，DMBR處理養(yǎng)殖廢水的出水水質(zhì)達(dá)到SC／T 9101－2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

養(yǎng)殖廢水；鹽度；動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器；脫氮效能

隨著世界淡水資源的日益減少，開(kāi)發(fā)和利用海水資源成了必然之需.淡水養(yǎng)殖行業(yè)中含鹽餌料的使用，產(chǎn)生了大量的含鹽養(yǎng)殖廢水.這部分污水不僅含有C，N等污染物，還存在一定的鹽度，若直接排放將嚴(yán)重影響周邊海域和地表水環(huán)境［1］.膜生物反應(yīng)器（MBR）作為一種新型的污水處理工藝，是傳統(tǒng)活性污泥法和膜分離技術(shù)的有機(jī)結(jié)合.雖然MBR是一項(xiàng)較為成熟的處理技術(shù)，但仍存在一些問(wèn)題，如膜組件的價(jià)格較高，初期建設(shè)投資較大；膜與污水、污泥直接接觸導(dǎo)致膜污染問(wèn)題突出，由此引發(fā)的膜通量降低使得膜組件的運(yùn)行周期縮短，限制了MBR技術(shù)的推廣［2－3］.采用價(jià)格低廉的大孔徑濾布材料代替膜生物反應(yīng)器的微濾膜（或超濾膜）制作膜組件，利用微生物及其代謝產(chǎn)物在膜材料表面形成動(dòng)態(tài)膜，組成動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器（DMBR）.它在保留MBR工藝優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，可以大幅度降低膜組件造價(jià)，并具有出水水質(zhì)好、通量大、污染控制容易和清洗簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)［4－6］.本文運(yùn)用動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器（DMBR）處理含鹽養(yǎng)殖廢水，研究在一定的鹽度下，DMBR對(duì)含鹽養(yǎng)殖廢水中有機(jī)物和氮的去除規(guī)律.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

圖1為試驗(yàn)裝置［7］.動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器由生物反應(yīng)器和浸沒(méi)式膜組件組成，污水從原水桶由蠕動(dòng)泵提升進(jìn)入動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器，采用錯(cuò)流微孔曝氣.生物反應(yīng)器的有效容積為17.5L，反應(yīng)器中裝有1個(gè)膜組件 .它由PVC板、濾布自制而成，尺寸為0.17m×0.25m，組件內(nèi)為PP填料支撐層，所用膜片為孔徑37μm的滌綸濾布，有效膜面積為0.085m2.反應(yīng)器采用重力流出水，當(dāng)膜過(guò)濾壓差達(dá)到一定時(shí)用清水反沖洗膜組件.反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為4h，運(yùn)行期間混合污泥質(zhì)量濃度（MLSS）維持在4.0g·L－1左右.試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行排泥.

圖1 一體式動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of a submerged dynamic membrane bioreactor

1.2 原水水質(zhì)

根據(jù)福建省廈門(mén)市某水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)情況，人工配制含鹽養(yǎng)殖廢水，其組成主要包括葡萄糖、淀粉、氯化銨、磷酸二氫鉀、硝酸鉀等 .進(jìn)水的水質(zhì)指標(biāo)：CODMn為42.0～66.9mg·L－1；氨氮（NH3－N）為0.5～1.0mg·L－1；硝氮為2.5～3.8mg·L－1；總氮（TN）為4.1～5.0mg·L－1；總磷（TP）為2.37～3.28mg·L－1；pH 值為6.5～7.5.此外，用海鹽將進(jìn)水配成0，500，1 000，1 500，2 000，2 500和3 000mg·L－1等鹽度水平.

動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器的進(jìn)水為人工模擬養(yǎng)殖廢水，未馴化的污泥取自城市污水處理廠的曝氣池 .污泥經(jīng)過(guò)篩后，裝入DMBR，加入模擬養(yǎng)殖廢水，開(kāi)始曝氣，溶解氧控制在1.0～2.0mg·L－1，待反應(yīng)器內(nèi)的污泥馴化完成，出水的水質(zhì)穩(wěn)定后，開(kāi)始反應(yīng)器的運(yùn)行過(guò)程；然后，按逐漸升高的鹽度對(duì)DMBR反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行鹽度馴化.在每個(gè)鹽度水平馴化結(jié)束后的穩(wěn)定運(yùn)行期間進(jìn)行試驗(yàn)，每天定期取反應(yīng)器的進(jìn)水、出水，每個(gè)條件穩(wěn)定運(yùn)行后，分析其中的CODMn、氨氮、總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度.

1.3 分析方法

CODMn測(cè)定采用堿性高錳酸鉀法，氨氮的測(cè)定采用次溴酸鹽氧化法，硝酸鹽氮的測(cè)定采用鋅－鎘還原法，總氮的測(cè)定采用過(guò)硫酸鉀氧化分光光度法，亞硝酸鹽氮的測(cè)定采用萘乙二胺分光光度法.

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽度對(duì)NH3-N去除效果的影響

在不同鹽度下，DMBR出水NH3－N的質(zhì)量濃度（ρ（NH3－N））和去除率與時(shí)間的關(guān)系，如圖2所示.由圖2可知：當(dāng)鹽度為0～3 000mg·L－1時(shí)，NH3－N的去除率波動(dòng)不大，穩(wěn)定保持在85%～87%之間.這可能是由于動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器內(nèi)動(dòng)態(tài)膜的高效截留作用，將世代周期較長(zhǎng)的硝化菌截留在反應(yīng)器中，使得硝化菌有充足的時(shí)間適應(yīng)含鹽環(huán)境.當(dāng)鹽度低于3 000mg·L－1時(shí)，對(duì)硝化菌的抑制作用不明顯，對(duì)硝化菌生理功能的影響小.

圖2 在不同的鹽度下進(jìn)出水NH3－N質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系Fig.2 Variation of NH3－N influent and effluent concentration over time under different salinity

2.2 鹽度對(duì)去除效果的影響

2.3 鹽度對(duì)TN去除效果的影響

在不同鹽度下，DMBR出水TN的質(zhì)量濃度（ρ（TN））和去除率，如圖4所示.由圖4可知：當(dāng)鹽度低于1 000mg·L－1時(shí)，TN的去除率為77%左右；當(dāng)鹽度提高到1 000mg·L－1后，TN去除率提高到94%；繼續(xù)提高鹽度，TN的去除率幾乎保持不變.這是由于在DMBR工藝中，NH3－N去除率隨著鹽度提高波動(dòng)不大，而在反應(yīng)器內(nèi)又無(wú)亞硝酸鹽積累，所以TN去除率的變化趨勢(shì)取決于的反硝化過(guò)程.在鹽度為0～3 000mg·L－1范圍內(nèi)，反硝化效果良好.

圖3 不同鹽度下進(jìn)出水濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系Fig.3 Variation of influent and effluent concentration over time under different salinity

圖4 不同鹽度下進(jìn)出水TN隨時(shí)間的變化關(guān)系Fig.4 Variation of TN influent and effluent concentration over time under different salinity

2.4 鹽度對(duì)CODMn的去除效果影響

在不同鹽度下，DMBR出水CODMn的質(zhì)量濃度（ρ（CODMn））和去除率，如圖5所示.由圖5可知：當(dāng)鹽度在0～3 000mg·L－1時(shí)，鹽度的改變對(duì)CODMn的去除效果幾乎沒(méi)有影響，系統(tǒng)CODMn的去除率都穩(wěn)定在93%左右，出水澄清透明.DMBR內(nèi)維持了污泥濃度，鹽度的提高對(duì)DMBR中污泥中異養(yǎng)菌的活性影響不大.這是由于有機(jī)物的降解主要靠活性污泥中大量的異養(yǎng)菌共同作用完成［10－12］，鹽度的增加對(duì)活性污泥中微生物種類(lèi)與數(shù)量變化影響不大.盡管鹽度的提高對(duì)反硝化菌的生理生化反應(yīng)產(chǎn)生了一定的刺激作用，反硝化菌只是異養(yǎng)菌中的一部分，反硝化菌的增殖減少了以有機(jī)物為底物的異養(yǎng)菌數(shù)量，因此，DMBR中鹽度的變化對(duì)有機(jī)物的處理效果幾乎沒(méi)有影響.

圖5 不同鹽度下進(jìn)出水CODMn隨時(shí)間的變化關(guān)系Fig.5 Variation of CODMninfluent and effluent concentration over time under different salinity

運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)反應(yīng)器中的污泥鏡檢，觀察到鐘蟲(chóng)數(shù)量較多，污泥生長(zhǎng)較好，因此有機(jī)物的去除效率較高，從而保證了良好的CODMn處理效果.

3 結(jié)論

1）在鹽度在0～3 000mg·L－1時(shí)，對(duì)DMBR的NH3－N的去除影響不大，去除率約為85%～87%；一定的鹽度有利于促進(jìn)反硝化過(guò)程，當(dāng)鹽度提高到1 000mg·L－1后，的去除率超過(guò)97%，TN去除率高達(dá)94%.

2）DMBR對(duì)含鹽養(yǎng)殖廢水的CODMn去除率保持在90%以上.運(yùn)行過(guò)程中，反應(yīng)器的出水水質(zhì)可達(dá)到SC／T 9101－2007《淡水池塘養(yǎng)殖水排放要求》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，DMBR是一種有效的處理含鹽養(yǎng)殖廢水工藝.

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Effect of Salinity to Nitrogen Removal in DMBR for Aquaculture Wastewater Treatment

LU Fang－fang，HONG Jun－ming，YIN Juan，XUE Xiu－ling

（College of Chemical Engineering，Huaqiao Univeisity，Xiamen，361021，China）

CODMnand nitrogen removal efficiency from salt－bearing aquaculture wastewater were investigated at different salinity varying from 0to 3 000mg·L－1using dynamic membrane bioreactor（DMBR）.The experimental results show that the removal rates of CODMnand NH3－N in DMBR kept stable，which are 91%and 87%respectively.When salinity is 1 000mg·L－1，the denitrification rate is improved obviously，the removal rate of NO－3－N increases to 97%and total nitrogen removal rate reaches 94%.The effluent quality meet the first grade discharge standard of requirement for water discharge from freshwater aquaculture pond（SC／T 9101－2007）.

aquaculture wastewater；salinity；dynamic membrane bioreactor；nitrogen removal efficiency

X 703

A

1000－5013（2012）03－0300－04

2011－04－13

洪俊明（1974－），男，副教授，博士，主要從事水污染控制工程及清潔生產(chǎn)的研究.E－mail：jmhong＠hqu.edu.cn.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51078157）；福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2009J05124）

（責(zé)任編輯：錢(qián)筠 英文審校：劉源崗）