本發明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種低溫下好氧生化處理高鹽廢水的方法。
背景技術：
高鹽有機廢水由于含有一定的鹽濃度使得生物處理面臨挑戰，在低溫條件下顯得更為嚴峻。廢水中高濃度的鹽在一定程度上會對微生物產生毒害作用，抑制其活性，導致污水生物處理效率降低，這是因為水中鹽濃度越高，溶液的水勢就會越低，細胞內的自由水就會從高水勢的細胞內流向低水勢的細胞外，造成細胞質壁分離和細胞死亡；另一方面，低溫引起酶活性下降，對微生物的活性帶來很大影響，導致在一定程度上影響系統的穩定。總的來說，在低溫條件下，溫度和鹽度沖擊的耦合作用會進一步降低出水水質。
目前肝素鈉廢水和榨菜生產廢水由于含高濃度的鹽和生產的不穩定性帶來的鹽度突變導致生物處理效果不太理想，加上冬季污水處理系統運行時好氧段面臨的低溫沖擊，導致氨氮、磷酸鹽等指標去除率更低。肝素鈉是抗凝血、降血脂和抗炎的常用藥劑，但在其常用的酶解法生產過程中往往會產生高鹽、高有機物、高氨氮濃度的“三高”廢水，而榨菜生產工藝中一般只有腌制環節產生的廢水被用來蒸發進行鹽的回收，考慮到成本問題，后續環節產生的高鹽有機廢水混合廠區生活污水一起進行生物處理。這兩種高鹽有機廢水(以下統稱“高鹽廢水”)用普通物化法難以達到預期的凈化效果，還易造成二次污染，現有的主流生物處理工藝以“厭氧+好氧”模式為主，處理成本相對較低，處理過程對溫度、pH等指標要求較為嚴格，特別是在低溫條件下，微生物不僅受到鹽度的脅迫，還同時受到低溫的不利影響，導致處理效率在冬季極其不穩，效率很低，運行難度很大。因而，針對這一情況，尋求一種在生物處理中能快速、有效緩解低溫和鹽毒性的負面效應的途徑成為本領域值得探究的重要問題之一。
外源保護劑是一種微生物的保護劑，其在高鹽條件下能被微生物吸收進入細胞內部，平衡內外滲透壓，抑制鹽和低溫等不利因素對微生物的毒害作用。經研究發現，這類保護劑的原材料在自然界大量存在，生產成本相對較低，其推廣應用具有良好的現實可行性。
技術實現要素：
本發明的目的是解決低溫高鹽廢水處理效率低下和系統不穩定的問題，為其提供一種操作簡單、見效快、效率高、穩定性強的好氧生化處理高鹽廢水的方法。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種低溫下好氧生化處理高鹽廢水的方法，具體包括以下步驟：
S1：在溫度6～9.5℃條件下，將活性污泥加入至SBR反應器內；
S2：稱取外源保護劑投加至SBR反應器內；
S3：以按Na+濃度計鹽度為2-20g/L的高鹽廢水為原進水，在SBR反應器中重復進水、曝氣、靜置沉淀、排水的工藝周期。
需要說明的是，上述溫度范圍是指系統生化處理時的反應溫度。且本發明中對pH值無特殊要求，根據監測值顯示，各反應器的pH一般在6.5-7.5之間變化，在正常范圍內。
上述技術方案中，進一步對活性污泥進行了馴化處理。經發明人研究發現，低溫下，普通活性污泥經馴化后處理高鹽廢水時脫氮除磷可以達到更好的效果。需要說明的是，活性污泥的培養馴化處理可以采用本領域常規方法進行，本發明采用的馴化處理方法將在具體實施例中詳細陳述。污泥馴化階段可根據普通生活污水活性污泥特性，自行設定配方中各營養物質的濃度進行污泥的預馴化。
上述技術方案中，外源保護劑是一種微生物的保護劑，至少可在兩方面起作用：一方面在鹽度沖擊時，能被微生物吸收進入細胞內部，平衡內外滲透壓，抑制鈉鹽對微生物的毒害作用，維持微生物活性；另一方方面，經發明人的實驗研究發現，在低溫條件下，外源保護劑能作為低溫保護劑，在一定程度上減小溫度沖擊帶來的影響。本發明中，添加外源保護劑的目的即是抑制鈉鹽對微生物的毒害作用和溫度沖擊帶來的影響，維持微生物活性從而提高出水水質。為了達到上述目的，該外源保護劑可以選用但不限于海藻糖、甜菜堿、膽堿、蔗糖、脯氨酸或KCl中的一種，優選甜菜堿、海藻糖或蔗糖，凡在本發明的思想指導下，在本領域常用外源保護劑中選取的其它外源保護劑也屬于本發明的保護范圍。
上述技術方案中，外源保護劑添加方案優選分次添加、每次添加濃度為0.5～1mM/L、每次添加間隔時間為6～9d時，可以達到更好的處理效果。此外，外源保護劑可以在不同的時期加入，如曝氣開始前、曝氣過程中、靜置階段或其它階段，優選在系統曝氣開始前投加外源保護劑，此時添加對脫氮除磷的效果更好。
上述技術方案中，曝氣目的一是提供氧氣，二是起到攪拌作用，使系統處于完全混合狀態。溶解氧的大小對菌體生長和產物的形成及產量都會產生不同的影響，尤其對系統脫氮影響較明顯。曝氣量大小決定水中的溶解氧的含量，進而影響系統硝化過程。基于上述目的和實際影響，優選進水0.2～0.4h，曝氣6～7h，靜置沉淀0.5～1h，，排水0.3～0.5h，排水比為50％～60％，進一步優選進水0.2～0.3h，曝氣6～6.5h，靜置0.7～1h，排水0.3～0.4h，工藝周期由時間控制器控制每個階段的運行時間。優選溶解氧在2-3mg/L，曝氣量為2.2-3L/h，進一步優選曝氣量為2.4～2.8L/h。值得說明的是，本發明對于工藝周期中進水、曝氣、靜置、沉淀以及排水階段的各操作參數并沒有特殊的限制，可根據實際情況進行相應的改變。凡在本發明的思想指導下，采用本領域中常規工藝周期操作參數的其它操作參數，也屬于本發明的保護范圍。
上述技術方案中，步驟S1中，優選SV30(活性污泥沉降比)值在35～40％之間。
上述技術方案中，步驟S3中，加入高鹽廢水后，污泥濃度MLSS為5500-7500mg/L，優選污泥濃度MLSS為6000～7000mg/L。
低溫條件下，由于鹽度沖擊和低溫的耦合作用，使系統中微生物面臨一個更惡劣的生存環境，微生物不僅要對抗鹽度沖擊帶來的負面影響，同時也要面臨低溫引起的微生物活性降低，雙重負面影響直接影響一些指標的去除率和系統的穩定。因此，主要創新點在于：低溫條件下，將外源保護劑和SBR工藝結合起來對高鹽廢水進行處理，達到了意想不到的廢水處理效果。這次首次在低溫條件下，將外源保護劑和SBR工藝結合起來處理高鹽廢水，因而該處理方法屬于開創性的發明創造。現有技術中，對保護劑之一甜菜堿的研究較多，且多用于厭氧階段，提高產期效率。發明人在工廠調研中發現，低溫下好氧工段因為封閉保溫代價很高，難以如厭氧工段般用較小的代價封閉甚至加熱保溫來保證穩定的處理效果，其硝化效果很不穩定，導致氨氮去除率很低，調節起來難度大。本發明基于對外源保護劑低溫下作用效果的研究，將其和好氧SBR工藝結合，可以實現以較低的代價獲得較高效和較穩定的氨氮去除效果，特別是在低溫條件下系統同時受到鹽度沖擊的影響時效果顯著。本發明人通過長期大量的實驗探索發現，低溫條件下，外源保護劑的作用在較高鹽度(2-20g/L)條件下才能體現出來(以氨氮去除作為主要指標之一時，鈉離子濃度高于2g/L時添加保護劑就會起到正效應)，低鹽度下可能更多地作為一種有機質被微生物利用。當在曝氣開始前投加外源保護劑可以達到良好的處理效果，其次在好氧端分批次添加，可有效地改善出水水質，一定程度上維持系統的相對穩定。
本發明的有益效果是：本發明提供的好氧生化處理高鹽廢水的方法，針對低溫條件下鹽度的沖擊，外源保護劑不僅能作為滲透壓調節劑，也能起到低溫保護劑的作用，對處理裝置并無特殊要求，操作簡單，過程可控性強。對運行中不可避免受到的鹽度沖擊和系統鹽度穩定后溫度沖擊帶來的影響，采用外源保護劑有效提高高鹽廢水處理過程的穩定性和效率，具有見效快、不殘留、成本低、有一定持續性的特點。在低溫條件下、2-20g/L鹽度范圍內，各指標去除率分別能達到COD：85％，氨氮：96％，磷酸鹽：65％，TOC：80％。
具體實施方式
為了更好的了解本發明的目的和意義，下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明：
在下列實施例中，采用人工配水模擬高鹽廢水進行相應的實驗。人工配水具體為每升水中葡萄糖、氯化鈣、酵母膏、磷酸二氫鉀、淀粉、碳酸氫鈉、奶粉的投加量分別是0.8-1.2g、0.04、0.3g、0.05g、0-0.1g、0.7-1g、0-0.1g，配水加鹽后鹽度為2-20g/L，鹽度均以Na+濃度計。配水加鹽之前提前留取一部分進水水樣，一方面用來進行初始濃度的測定，另一方面是為了避免鹽度沖擊引起監測值誤差太大。
下述具體實施例中用到的馴化/未馴化的活性污泥，其活化培養和馴化的具體方法步驟如下：將從城鎮污水處理廠取來的高濃度活性污泥分裝3-5L到有效體積為15-20L的大桶中，利用曝氣裝置進行悶曝，悶曝時長1-2d，常規曝氣量，悶曝期間不進配水。悶曝結束后，根據實驗設計需求，采用上述人工配水作為進水，一次性提高到設定鹽度(如10g/L)以便和未馴化組進行對比，從視覺角度觀察鹽度沖擊帶來的宏觀變化。進水前幾個周期進水量以2L、4L、6L的遞增方式添加，直到最后一次進水后混合液的有效體積達到15-20L為止。每天根據培養的效果定期排水和排泥，每次進水量和排水量保持一致，污泥泥齡取20d，這樣每天的排泥量可以根據桶中混合液的有效體積和泥齡的比值計算得出。馴化期間，每天測定混合液的SV30、pH值，并定期對活性污泥進行鏡檢，實驗開始前幾個周期對系統出水的CODCr、氨氮、磷酸鹽、TOC等常規指標進行檢測，直到出水達到相應要求再正式開展實驗。顯然，活性污泥的培養和馴化方法及具體參數不限于前述，也可采用本領域中其它常規方法進行活性污泥的培養和馴化。
在以下實施例中將用到的裝置儀器如下：
石英燒杯(2000mL)，作為SBR反應器；曝氣機；曝氣細管；曝氣頭；時間控制器(科德定時器，型號為TW-K11)。
實施例1
S0：將從傳統城鎮生活污水處理廠獲得的普通活性污泥進行活化培養，活化適應人工配水后開展試驗。
S1：在溫度8.2℃的條件下，移取步驟S0中未經馴化的活性污泥1L加入至石英燒杯內，SV30值為36％；
S2：稱取甜菜堿2mM投加至石英燒杯內；
S3：將鹽度為10g/L的高鹽廢水1L加入至石英燒杯中，依次在石英燒杯中進行曝氣、靜置、排水，溶解氧在2.4-2.8mg/L，曝氣量為2.5-3L/h，廢水沖擊鹽度為10g/L。
系統每天運行兩個8小時周期，停運一個8小時周期，運行周期的具體設計為進水0.5h，曝氣6.5h，靜置0.75h，排水(包括取水樣)0.25h，排水比為50％。
在相同操作條件、步驟及參數下，分別將外源保護劑替換為海藻糖、KCl、蔗糖和膽堿，以及設置未添加外源保護劑的空白組作為對比實驗例。將取得的水樣進行過濾，按照相應的標準方法進行指標的監測，監測指標主要為氨氮、磷酸鹽。氨氮的測定采用納氏試劑分光光度法《水質銨的測定納氏試劑比色法》(HJ535-2009)進行測定；磷酸鹽采用鉬釩酸顯色分光光度法進行測定。
按照上述方法，較未添加任何保護劑的對比實驗例而言，10g/L鹽度沖擊下，系統在鹽度突變階段，添加甜菜堿、KCl、海藻糖、蔗糖、膽堿的反應器就脫氮而言，去除率相較空白組提高2％、7.6％、7％、7.5％、3.7％，突變期平均提高8.1％、5.6％、5.3％、5.9％、3.8％，穩定期平均提高8.2％、6.5％、6.4％、5.4％、0.9％；對于除磷，甜菜堿、海藻糖、KCL和蔗糖效果較好。綜合脫氮除磷效果，甜菜堿、海藻糖和蔗糖效果較好。
實施例2
S0：將從傳統城鎮生活污水處理廠獲得的普通活性污泥進行活化培養和馴化處理，馴化鹽度10g/L，獲得馴化的活性污泥；
S1：在溫度7.5℃的條件下，移取步驟S0中獲得的馴化的活性污泥1L加入至石英燒杯內，SV30值為37％；
S2：稱取甜菜堿2mM投加至石英燒杯內；
S3：將以Na+計鹽度為20g/L的高鹽廢水高鹽廢水1L加入至石英燒杯中，依次在石英燒杯中進行曝氣、靜置、排水，溶解氧在2.3-2.6mg/L，曝氣量為2.3-2.8L/h，廢水沖擊鹽度為20g/L。
系統每天運行兩個8小時周期，停運一個8小時周期，運行周期的具體設計為進水0.5h，曝氣6.5h，靜置0.75h，排水(包括取水樣)0.25h，排水比為50％。
在相同操作條件、步驟及參數下，分別將外源保護劑替換為海藻糖、KCl、蔗糖和膽堿，以及設置未添加外源保護劑的空白組作為對比實驗例。將取得的水樣進行過濾，按照相應的標準方法進行指標的監測，監測指標主要為氨氮、磷酸鹽。氨氮的測定采用納氏試劑分光光度法《水質銨的測定納氏試劑比色法》(HJ535-2009)進行測定；磷酸鹽采用鉬釩酸顯色分光光度法進行測定。
按照上述方法，較未添加任何保護劑的對比實驗例而言，20g/L鹽度沖擊下，系統在鹽度突變階段第一周期，去除率相較空白組提高0-5％，突變期平均提高0-5.2％，系統鹽度穩定后，各反應器穩定期較對照組平均提高0-3％。對于除磷，鹽度沖擊和低溫的耦合作用雖然對系統磷酸鹽去除率有很大影響，但添加外源保護劑的反應器較對照組在鹽度沖擊階段有不同程度的提高，變化范圍為0-5.6％，其中甜菜堿、海藻糖和蔗糖組效果表現較好。
本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。