1实验材料与方法
1．1废水及污泥来源
废水取自成都某肝素钠车间的生产废水，水质指标如下:COD15800～25500mg/L，氨氮1320～2650mg/L，NaCl25000～35000mg/L，TN1450～2500mg/L，TP350～500mg/L，pH6．5～7．5。为避免废水中高浓度有机物和氨氮的干扰，将原水稀释至COD2330～2450mg/L、氨氮205～210mg/L，通过添加NaCl使盐浓度保持在32000mg/L备用。为提高驯化速率，从该肝素钠生产厂污水处理站2号曝气池取污泥接种，经49d驯化后COD去除率约稳定为80%～85%、氨氮去除率约稳定为30%～50%。
1．2实验装置与方法
采用7个有效容积为1L的SBR反应器，编号1#～7#，其中1#作为空白对照组，其余分别加入不同浓度的K+、Ca2+和Mg2+。实验所选药剂应具有溶解度好、二次干扰小和价格合理等特点，综合考虑后确定K+、Ca2+和Mg2+3种金属离子分别由KCl、CaCl2和MgCl2•6H2O提供。根据前期预实验的结果，各金属离子的添加浓度(单位为mg/L)。SBR反应器每周期运行12h，其中进水10min、曝气10h、沉淀1h、排水10min、闲置40min，控制MLSS约为9000mg/L，DO约为3mg/L，温度约为25℃，每组实验至少运行9个周期，每周期进/排水各500mL。单数周期结束时测试出水COD、氨氮、污泥沉降速率及MLSS、MLVSS。为使结果更直观，将2#～7#反应器的COD和氨氮去除率与1#空白对照组相减，得到去除率差值曲线来分析试验结果。
1．3分析方法
COD采用改进的重铬酸钾法;氨氮采用纳氏试剂分光光度法;Cl－浓度采用DIONEXICS-900离子色谱仪;Na+浓度采用塞曼Z-5000原子吸收分光光度计;MLSS和MLVSS采用重量法。所有样品均至少进行3次平行测试，取平均值作分析用。
2结果与讨论
2．1对COD去除率的影响
第1周期K+为40mg/L时COD去除率最高，说明此浓度下K+能最有效地促进COD的降解，但去除率差值仅为2．8%;从第7周期开始，COD去除率差值全部呈现负值，最低达－9．3%，可见继续添加K+将不利于COD的去除，随着K+在系统中的累积，负效应开始体现。反映了添加不同浓度Ca2+后的COD去除情况，可以看到除第9周期出现2个负差值点外，其余全部为正值，表明Ca2+的添加不同程度上改善了COD的去除效果。从运行周期来看，第3周期和第5周期的COD平均去除率较高，到第5周期Ca2+为50mg/L时COD去除效果最好，比对照组提高了8.0%;从第7周期起去除率差值开始减小，最大仅为2．1%，到第9周期时开始出现负差值。Mg2+在较低浓度下往往不能改善COD的去除效果，到150mg/L时才出现3．8%的较大增幅。为验证是否由于Mg2+含量过低而不能满足微生物需求，在同等条件下将Mg2+浓度提高到200mg/L，结果第1周期即出现负差值，随着运行周期的延长Mg2+对COD去除效果的影响仍较小，可能由于污泥本身对有机物的去除效果已经较好，难以去除的有机物即使在微生物活性改良的情况下依然难以去除，所以继续增加Mg2+浓度的意义并不大。综合来看，K+、Ca2+和Mg2+对COD去除率的提高并不显著，提升幅度大部分集中在2%～4%之间，尤其是多数情况下K+和Mg2+对COD的降解会产生负效应。这些金属离子在运行初期或低浓度条件下可能对Na+有一定的拮抗作用，从而削弱了Na+对微生物的毒性，促进了微生物的生长代谢，进而有利于COD的降解。随着运行周期的增加，这些金属离子在系统中积累到一定浓度后超过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，但部分菌体又会通过各种生理代谢机制维持所需金属离子在体内的动态平衡，经过一段时间后可以恢复原有的活性，使COD去除率有所回升。
2．2对氨氮去除率的影响
从的氨氮去除率来看，第1周期相比对照组增幅超过35%，能最大程度缓解盐分对氨氮转化的抑制，其中K+为100mg/L时去除率差值达39．8%，其余添加浓度下差别不大;第5周期的氨氮去除率差值有所下降，到第7周期时下降幅度较大，可能经过多个周期的累积后K+在污泥中达到一定量反而抑制了硝化细菌的活性，从而影响了氨氮的降解，建议运行5个周期后停止添加K+，待吸附-释放平衡后再考虑是否继续添加。添加Ca2+后的氨氮去除率差值大部分集中在1%～4%之间，第9周期添200mg/LCa2+时氨氮去除率最高，比对照组提高了9．8%，其余情况下效果并不明显，可能是原有污泥系统内参与氨氮降解的微生物总量较少，这些微生物在盐分抑制下活性较差，添加Ca2+只能略微起到改善作用或不起作用。从图2(c)的氨氮去除效果来看，去除率差值大部分为正值，氨氮的平均去除效果基本随运行周期的增加而增大，可见经过多个运行周期后微生物开始逐渐适应外来Mg2+的刺激并开始利用它们参与生长代谢、作为酶的激活剂等来抵御高盐环境的胁迫，因此氨氮的去除效果越来越好，到第9周期时Mg2+仅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与反硝化作用，其基本条件是存在大量活性较好的硝化菌、反硝化菌以及适合这些微生物生长的环境条件。在高盐条件下，NH+4与Na+之间由于毒性的协同效应可能对硝化微生物的活性产生了更大的抑制作用，因此，金属离子的添加恰好缓解了这种抑制作用，其中K+对盐分抑制作用的解除效果最好，Ca2+相对最差，这可能与钾对钠的拮抗效应表现更为强烈有关，这与KugelmanI．J．等研究的在厌氧废水处理中阳离子的毒性和促进作用研究结果一致。
2．3对污泥浓度的影响
列出了K+、Ca2+和Mg2+分别在最佳添加量下的污泥浓度，从宏观角度体现了活性污泥内微生物群体在应对盐抑制时做出的反应。从表中数据可以看到，K+为40mg/L时MLVSS有明显增长，其中增长的活性微生物很可能促进了COD的降解，K+为100mg/L时MLSS有所降低，但MLVSS/MLSS从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，因而对氨氮的处理效果也随之提高;随着进水中Ca2+浓度的增加，活性污泥中无机盐的含量也成比例增加，综合出水效果来看，Ca2+为50mg/L时更有利于降解COD的微生物生长，Ca2+为200mg/L时更能促进降解氨氮的微生物的生长或活性的恢复;Mg2+的累积造成了MLVSS/MLSS的降低，但MLSS和MLVSS均随Mg2+浓度升高而增大，可见无机物的增长速度略大于有机物，污泥浓度的增加可能促进了微生物数量增加与微生物相的丰富，从而保证了良好的出水效果。
2．4对污泥沉降速率的影响
污泥沉降速率即单位时间内污泥沉降的体积数，一般5～10min内的污泥沉降体积数更能真实的反应污泥的沉降性能。为添加不同离子对污泥沉降速度的影响。各反应器内SV30基本保持在40%左右，但全过程沉降速率却明显不同:K+对沉降速率的影响与K+浓度有关，较低浓度K+(40mg/L时)会降低污泥的沉降速率、较高浓度K+(100mg/L时)能提高污泥的沉降速率;由图3(b)可知，Ca2+整体上降低了污泥的沉降速率，到200mg/L时污泥沉降速率下降明显，但COD和氨氮去除效果没有因此变差，这表明Ca2+对污泥沉降速率的影响与MLSS的增加有关而不是污泥性能变差引起的;从图3(c)可看到Mg2+能有效地改善污泥的沉降速率，5min左右即完成了约60%的沉降，其原因可能是Mg2+的添加强化了污泥的生物絮凝作用，由于细胞表面和胞外聚合物通常带负电荷，而带正电荷的Mg2+可以降低细胞表面电荷，同时增加胞外聚合物中多糖的含量，使细胞易于聚合，促进了颗粒污泥的形成和污泥密实度的增加，从而使污泥具有更好的沉降性，LiX．M．等在研究Mg2+对SBR中好氧颗粒污泥培养的影响时也得出了类似的结论。
3结论
(1)K+、Ca2+和Mg2+的添加对肝素废水中高浓度钠盐的抑制有一定的缓解作用。K+、Ca2+和Mg2+分别为40、50和150mg/L时COD去除率较高，差值分别为2．8%、8．0%和3．8%，但多数情况下效果不明显;K+、Ca2+和Mg2+分别为100、200和20mg/L时氨氮去除率则明显提高，差值分别达39.8%、9．8%和28．4%，对氨氮降解的促进能力K+＞Mg2+＞Ca2+。此外，COD和氨氮的去除效果还可能与运行周期和金属离子的添加方式有关。
(2)在最佳添加浓度下，K+为40mg/L时能促进污泥浓度的增加、100mg/L时能加速污泥沉降;Ca2+在促进MLSS、MLVSS增大的同时会降低污泥的沉降速率;而Mg2+使MLSS、MLVSS增大的的同时能最有效地改善污泥的沉降性能。
作者：杨红薇 陈佼 张建强 单位：西南交通大学地球科学与环境工程学院