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季铵盐(QACs)是应用广泛的一类表面活性剂,在工业和民用领域对其的大量使用已使它进入到污水处理系统中。由于具有生物毒性和难降解性,季铵盐的存在会对污水处理厂的处理效果产生不良影响。废水的生物除磷是预防水体富营养化的重要手段,需要满足日益严格的磷排放标准来达到改善水质的目的。本文选取了苄基季铵盐(BAC)为研究对象,采用静态实验研究了其对厌氧释磷和好氧释磷的影响程度及机理。主要结论如下:
(1)季铵盐的存在使厌氧条件下的除磷污泥释磷量增加,并且随着季铵盐浓度的增大,这种超量释磷的现象更加明显。5mg/L的季铵盐对释磷的影响不明显,10mg/L时,释出的磷浓度就有了明显的提高;当季铵盐浓度为40mg/L时,4h内的释磷量是对照的3倍。相同的季铵盐浓度下,高污泥浓度时聚磷菌对季铵盐的耐受力强。
(2)在季铵盐作用下除磷污泥超量释磷的过程中,季铵盐没有被降解,对外界C源的消耗也受到抑制,表明季铵盐作用下的超量释磷并不是正常的聚磷菌厌氧磷代谢,而是通过其他作用方式使细胞释磷。
(3)季铵盐的存在使好氧吸磷受到抑制,并且随着季铵盐浓度的增大,其对吸磷的抑制越来越明显。5mg/L的十二烷基二甲基苄基氯化铵(DDBAC)使活性污泥的吸磷量明显下降,当其浓度达到10mg/L时,体系中的磷浓度已经没有降低反而略有升高,说明体系已经丧失吸磷的特性。十四烷基二甲基苄基氯化铵(TDMAC)的浓度为20mg/L时才对吸磷完全抑制。
(4)随着季铵盐负荷的增大,季铵盐对好氧吸磷的抑制率呈先缓慢后快速的增长趋势。当TDMAC和DDBAC的负荷分别达到5mgQACs/g MLSS和2.5mgQACs/g MLSS时,系统对吸磷的抑制率达到100%。
(5)与TDMAC相比,DDBAC对除磷污泥的释磷和吸磷过程的影响更大。
(6)季铵盐的存在使除磷污泥的呼吸受到抑制,耗氧量下降。随着季铵盐浓度的增大,除磷污泥的SOUR值呈指数形式下降,由56.2mg O2/mgVSS·h下降到了9.6mg O2/mgVSS·h。季铵盐阻碍除磷污泥对O2的吸收进而会使好氧吸磷的效率降低。
(7)当季铵盐未达到使细胞物质大量释出的负荷时(5.31mgQAC/gMLSS),同一负荷下30℃时季铵盐对吸磷的抑制最小,10℃最大。当季铵盐负荷增大到5.31mgQAC/gMLSS后,磷从细胞中泄漏出来,温度增大,泄漏量增多。不同温度下,厌氧条件与好氧条件相比,细胞释出的核酸类物质更多,对季铵盐作用更为敏感。低浓度、高浓度季铵盐作用下对温度的反应不同。温度为10℃,20℃,30℃时,季铵盐对吸磷达到100%抑制率所对应的季铵盐负荷为在3.3,5,6mgQAC/g MLSS。
(8)季铵盐的存在使污泥K+、Mg2+离子快速大量释出,远远超出了正常的离子代谢水平;在季铵盐负荷达到5.31mgQAC/gMLSS时,OD260值开始迅速增大,并且随着季铵盐负荷的增加呈线性增长趋势,260nm物质的快速泄漏证明了高浓度季铵盐对细胞膜的破坏作用。20mg/L的季铵盐作用10min,就可以使除磷污泥水相中的蛋白质浓度急剧增加,证实了高浓度季铵盐的快速杀菌作用。大于5mg/L的季铵盐浓度作用纯菌时,DNA条带均出现拖尾,造成了DNA损伤,表现出了基因毒性。