Cr（VI）的添加对活性污泥法的影响外文翻译资料

Cr（VI）的添加对活性污泥法的影响

原文作者 Athanasios S. Stasinakisa, Nikolaos S. Thomaidisa, Daniel Mamaisb,Evangelia C. Papanikolaoua, Angeliki Tsakona, Themistokles D. Lekkasa

摘要：评估六价铬添加到不同的活性污泥法运行过程中产生的影响。要做到这一点，需要在两个平行的实验室规模的连续流活性污泥反应器中进行操作。一个用作对照，而另一个添加0.5，1，3和5 mgL^-1的Cr（VI）。0.5 mgL^-1的Cr（VI）的浓度引起硝化过程的显著抑制（氨去除率减少至74%）。相反，在浓度高达5 mg L^-1时Cr（VI）对有机基质去除的影响较小，表明异养微生物对Cr（VI）的敏感程度小于硝化细菌。活性污泥絮凝物的大小和结构特征表明，Cr（VI）的浓度高于1 mgL^-1降低了丝状物丰度，引发絮凝物和自由分散细菌的外观差异。此外，原生动物和轮虫的变异性也降低。因此，絮体增长，出水水质恶化，之后大量悬浮固体随出水流出。终止Cr（VI）的添加使硝化过程（高达57%）的部分恢复。类似的复苏迹象并没有对活性污泥絮体的大小和结构产生影响。最后，对于对照组持续2天5 mgL^-1的Cr（VI）的冲击负荷表明其对硝化作用产生了显著抑制，同时丝状微生物丰度减少。

关键词：毒性；废水；硝化；COD去除率；污泥沉降

1 引言

当前，污水处理厂中接收的工业和市政废水日益增加，可能是因为污水处理厂在处理污水时金属离子的污染。虽然其中重金属影响生物处理工艺的机理没有确切的说法，但有据可查的是相对低浓度的重金属可能刺激生物系统，而浓度增加可部分降低系统性能^[1-3]。

铬在环境中通常以（VI）和（III）氧化态的形式出现。它随钢厂电镀铬，皮革鞣制及化学制品制造业污水排出。这些氧化态具有不同的生物和毒理学特性。积聚在细胞膜上的Cr（III）毒性较低。相反，Cr（VI）被输送到细胞中，在那里它被还原成三价形式，并与细胞内^[4]物质反应。

Cr（VI）对基质去除的影响，活性污泥系统的呼吸活性和细菌的生长已取得一些进展，但大多数情况下结果是有争议的。特别是Barth和Morre等人[6]早期的文章。在基质去除上，10-50mgL-1的范围内的Cr（VI）的浓度中，在处理效率上没有显著损失，需氧生物处理过程可以维持。另外，Moore等人[6]表明，Cr（VI）的浓度为5 mgL-1时，运行单元的性能比控制反应器更好。然而，Lamb和Tollefson [7]报道，5mgL-1的活性污泥冲击负荷使CrO42有机基质去除率减少50%。 Vankova等人[8]研究Cr（VI）生物呼吸作用的影响，并报道，1hEC50值在40~90 mgL-1的范围内。而Madoni等人[9]报道，活性污泥暴露1h溶解的Cr（VI）的浓度是83 mgL-1，特定的氧吸收速率（含硫）只减少了21.5%。最后，Gokcay和Yetis等人[11]表明，活性污泥在Cr（VI）的存在下受到刺激。他们观察到了约两倍的最大的比生长率对25 mgL-1 Cr（VI）的生物量的刺激作用。与此相反，Mazierski[12]和Stasinakis等人[3]观察到在10 mgL-1的Cr（VI）的存在显著抑制异养增长。硝化生物可能比异养生物对重金属敏感得多[5,13]。此外，Cr（VI）对在活性污泥絮凝物尺寸和形态的的影响，稳定的容量和更高的微生物的存在还没有研究。

从上述文献可以看出，活性污泥微生物的Cr（VI）的毒性仍有待研究。因此，本研究的目的是调查Cr（VI）连续和冲击负荷对去除有机负荷的并在硝化过程的影响。另外，调查了Cr（VI）对活性污泥工艺的各个次级操作参数的影响，如活性污泥絮凝物的粒径分布，沉降性能，丝状微生物的丰度和原生动物和轮虫的存在。

2材料和方法

2.1活性污泥中试装置

本研究应用两个平行的连续流活性污泥处理器，一个系统用作控制，只接受模拟废水（A反应器），而其他（B反应器）添加Cr（VI）来调查其毒性。好氧反应器呈圆柱形，连续进水，反应器内液体体积为6L。曝气和高效混合介质用多孔陶瓷扩散器提供。活性污泥单元内的温度保持在20plusmn;1℃，溶解氧（DO）维持在4.0 mgL^-1以上。在日常的基础上，实现的8天泥龄，好氧反应器内供给适当数量的混合液悬浮固体。

2.2实验过程

活性污泥取自市政污水厂。重铬酸钾溶液（K₂Cr₂O₇, Merck）被添加到活性污泥系统中的模拟废水，以提供0.5 mg L^-1 Cr（VI）浓度（反应器B），从第15天开始进添加Cr（VI）的模拟废水，进水周期为24天。在第39，第61和第85天，Cr（VI）浓度分别提高到1，3，5 mg L^-1。实验期结束后，不添加Cr（VI）反应器B运行12天，以便考察系统的恢复能力。此外，控制系统（反应器A）中加入5 mgL^-1的Cr（VI）进行48h冲击试验，用于调查非驯化活性污泥系统中的Cr（VI）的影响。

Table 1.

Composition of wastewater solution fed to the continuous-flow pilot plants

^aMicronutrients were supplied using tap water as diluent.

2.3分析方法

每两天进行的进、出水COD（溶解的，总CODdis,CODtot），悬浮物，和混合液悬浮固体的分析，根据标准方法^[15]通过0.45mu;m孔径的玻璃纤维过滤器（用Whatman GF/C）过滤后，得到的悬浮物的样品。氨氮、硝酸盐和磷酸盐浓度取决于过滤流入和流出样品的测定浓度（微孔滤膜，0.45mu;m孔径）。铵离子是由碘量法来测定，而硝酸盐和磷酸盐通过离子色谱法测定。溶解氧（DO），分别在两个系统中每天测量温度和pH值。使用测定DO和温度的WTW OXI 96便携式仪器，同时用Crison micro pH2001测定pH值。

污泥体积指数（SVI）和沉降速度根据标准方法在1L量筒中测定。采用Mastersizer E粒度分布仪（Malvern）测定活性污泥絮体大小分布。这种仪器采用光散射和体积给出的频率的数据^[16]。使用莱卡显微镜用来研究活性污泥絮凝物的形态、高等微生物的存在和丝状微生物的丰度。根据Jenkins等人的分析来研究活性污泥样品的丝状微生物的鉴定方法^[17]。

3结果与讨论

3.1启动程序

在实验的开始也就是在第14天，这两个系统在不含Cr（VI）的前提下利用模拟基质积累生物量，在这两个试验反应器获得的各种参数类似。特别是溶解的COD的去除率大于96%，氨氮的去除率再93%以上，所述SVI值介于60和65 mL g^-1之间，曝气池中絮凝物的尺寸分布相似，丝状微生物的丰度为1.5和2 ^[17]之间，并观察到微生物具有相同的属。为了研究Cr（VI）连续冲击对活性污泥工艺的影响，在第15天，Cr（VI）开始添加到到实验系统（B反应器），浓度为0.5 mgL^-1。在第39天，Cr（VI）增加至1 mg L^-1，在第61天至3 mgL^-1，并在第85天至5 mg L^-1。

3.2 Cr（VI）对硝化作用的影响

在整个试验过程中，在不添加Cr（VI）的控制系统中，几乎所有的NH₄ -N被硝化作用去除（A反应器，平均氨氮去除率96.7％，具有的标准偏差为1.6%）。相反，添加0.5 mgL^-1Cr（VI）到反应器中显著影响了硝化过程。例如，B反应器在第25和第37天，氨氮去除率分别为（图1）减少到74%和45%。Cr（VI）的浓度提升至1和3 mg L^-1则进一步增加抑制硝化过程。最后，5 mg L^-1的Cr（VI）的添加导致氨氮去除速率的进一步下降到小于30%（图1）。一旦停止Cr（VI）添加到B反应器（109天），系统便开始恢复。停止添加Cr（VI）的12天，氨氮去除率从30%（109天）提高到57%（120天），这表明从Cr（VI）的毒性系统恢复是一个相当慢的过程。

图.1活性污泥处理厂的氨氮去除率A（对照组）和B（实验），实验期间。

为了探讨急性Cr（VI）的毒性，对从未添加任何铬的控制系统进行48h 5 mg L-1的Cr（VI）的冲击试验（117天，118天）。氨氮去除率减少到45%以下（图1）。

硝化过程的抑制也被定义为硝化速率，在不同的操作阶段进行评价。在20℃时，假设所需的细胞生长（N_synthesis）的氮氮作为NH₄ -N被获得，并且是总进水氮的约15%的确定的（NH₄ -N _influent）平均硝化速率数值^[18]：

q_NT=

q_NT=q_N20exp[0.116(T-20)]

其中，q_NT是在T℃下的硝化率（mg N g VSS^-1 H^-1），q_N20在20℃（mg N g VSS^-1 h^-1），NH₄ -N/N_nitrified =（NH₄ -N/N_influent）-（NH₄ -N/N_effluent）-N_synthesis(kg d^-1)，NH₄ -N/N_influent（kg^-1），N_synthesis为细胞生长所需的氮（kg^-1），V表示需氧反应器体积（L）。

如表2所示，加入0.5 mg L^-1Cr（VI）的系统q_N20平均减少了27%，从5.83 mg N g VSS^-1 h^-1中的控制系统（A反应器）至4.24 maNgVSS^-1 h^-1在实验系统（B反应器）。

Table 2.

Mean nitrification rate, q_N20, during the experiment