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高鹽廢水生物處理可行性分析

發布時間:2019-8-19 16:34:22  中國污水處理工程網

  隨著水資源的短缺, 廢水(含高鹽廢水)的處理及回收利用越來越受到人們的重視。高含鹽量廢水是指含有有機物和至少3.5%的總溶解固體物TDS的廢水。這些廢水主要來源于海水直接利用過程中排放;某些工業行業的排放,如化學試劑的生產、石油、印染等企業;以及其他含鹽廢水排放,如大型船艦上的污水等等。在這些廢水中除含有有機污染物外,還含有大量的無機鹽,如Cl- 、SO2 -4 、Na+、Ca2 +等離子。雖然這些離子都是微生物生長所必需的營養元素,但濃度過高,會抑制微生物的生長,從而使廢水無法達到理想的處理效果,是目前難處理的廢水之一。

  目前,含鹽有機廢水主要采用兩種處理方式:非生物法(物理、化學)和生物法。由于此類廢水的溶解性有機物含量高,一般物理、化學方法難以處理并且處理成本高,而生物處理法因具有經濟、高效、無害的特點,應該是首選的處理方法。在利用生物處理法處理高鹽廢水時,往往由于廢水中鹽濃度過高,對微生物的生長會產生抑制作用,使傳統的生物處理法受到了極大的限制。因此,加強在高鹽環境中仍能降解污染物的特殊微生物,即嗜鹽微生物的研究探討顯得尤為必要。

  本文從鹽度對生物處理系統有機物去除率和對脫氮、除磷效果影響等三個方面,綜述了高鹽廢水生物處理的研究進展情況,分析了高鹽廢水生物處理的可行性,指明了高鹽廢水生物處理今后的研究方向,以期為今后高效處理高鹽度廢水提供有益的資料。

  1高鹽度對生物處理系統有機污染物的降解效率的影響

  國內外關于鹽度對有機物降解效率影響的報道很不一致。多數人認為,高鹽環境對生化處理有抑制作用。在高鹽度環境下,微生物代謝酶活性受阻,生物增長緩慢,產率系數低。Ingram 通過對桿菌的研究發現,當NaCl濃度>10g/L時, 微生物呼吸速率降低。LawtonGW的研究表明,當NaCl濃度>20g/L時,會導致滴濾池BOD去除率降低,實驗表明,BOD的去除率隨著鹽濃度的增加而降低。DavisEM報告,使用活性污泥系統,對含鹽濃度高達12%的廢水進行中試處理實驗,實驗結果證明,廢水中的TOC去除率僅為28% ~43%, 而且試驗運行困難。

  但也有一些學者研究得出相反的結論。他們認為,高鹽度不會降低廢水生物處理的有機物去除率,適當的含鹽量可以提高污泥絮凝性,還對生物處理系統起到穩定作用。

  Woolard等把嗜鹽微生物在序批式生物膜反應器(SBR)中培養, 處理含鹽量1% ~ 15%的合成含酚廢水, 即使含鹽量高達15% (150g/L),對酚的去除率依然在99%左右。Hamoda和Al-Atlar對活性污泥法處理含鹽廢水(10g/L和30g/L)的研究發現,在高鹽度環境中生物活性和有機物去除率均有提高,TOC去除率在NaCl為0g/L、10g/L、30g/L時分別為96.3%、98.9%、99.2%,他們認為在高鹽度環境中,微生物生長沒有受到抑制,相反促進了一些嗜鹽細菌的生長,使反應器內微生物濃度增加,降低了有機負荷,也提高了污泥的絮凝性。由此可見,嗜鹽微生物比普通微生物對高鹽度環境有更強的適應能力,以嗜鹽微生物為主的生物處理系統更具穩定性。

  2高鹽度對生物處理系統脫氮效果的影響

  高鹽度會對硝化菌和反硝化菌產生抑制,但許多研究結果表明,如果污泥在高鹽環境中有足夠的馴化時間,使硝化菌和反硝化菌大量增殖,系統就能有較好的脫氮效果。但關于鹽度對硝化反硝化的影響還存在一些不一致甚至自相矛盾的結論。

  2.1高鹽度對硝化反應的影響

  鹽會抑制硝化菌的生長,硝化反應對鹽濃度和鹽沖擊都敏感。RoseM F等處理含鹽廢水時發現50g/L的NaCl系統中氨的去除率為48%,而沒有NaCl的系統氨的去除率高達94%。ChenG H等 發現鹽度在4.12g/L的NaCl有利于硝化,但超過這個濃度會下降。

  2.2高鹽度對反硝化反應的影響

  許多研究證實高鹽環境中可以進行反硝化反應,如vanderHoekP等發現NaCl或Na2 CO3為30g/L時能夠進行反硝化反應。大部分的研究結果表明反硝化效率隨著進水鹽度增加而降低,但是YoshieS等通過試驗得出鹽度為10%的反硝化活性高于鹽度為2%的反硝化活性,2%鹽度下嗜鹽菌反硝化菌和非嗜鹽反硝化菌可能共存,并且互相競爭底物,然而10%鹽度下可能會導致嗜鹽菌反硝化菌占統治地位,從而提高了反硝化效率。

  分析其產生對立結論的原因可能是:(1)系統的構造和實驗條件(如:溫度、pH、廢水中含有抑制微生物的化合物等)的差異;(2)系統微生物種類,如使用單一或混合的微生物,馴化或沒有馴化的微生物;(3)鹽加入系統的方式,如突然加入或逐漸加入。具體聯系污水寶或參見http://www.pfdwn.tw更多相關技術文檔。

  另外,還有研究表明,在硝化反應過程中,硝化細菌對鹽度比亞硝化細菌更敏感,在達到一定鹽度后硝化過程中會出現亞硝酸鹽的大量積累。由于反硝化菌能夠直接將NO-2 -N還原,生物脫氮可經過NH+4 -N※NO-2 -N※N2 這樣的途徑完成(即短程硝化反硝化生物脫氮)。短程硝化反硝化生物脫氮工藝可以減少硝化階段的需氧量,并且可以節省反硝化階段的有機碳源,因此,可以通過控制溫度、pH值、溶解氧、游離氨以及污泥齡等條件來抑制硝化菌的活性或減少硝化菌的數量, 以實現短程硝化 。

  3高鹽度對生物處理系統除磷效果的影響

  國內外關于高鹽條件下生物除磷的研究不多,從已有的報道來看,高鹽環境下的除磷效果并不理想。

  IntrasungkhaN等采用SBR反應器將進水鹽度由低逐漸升高研究了鹽度對氮磷去除的影響。鹽度大于5g/L時,磷的去除率大幅度下降,無法進行生物除磷。UygurA等研究發現,當廢水中含鹽濃度從0g/L增加到60g/L時,PO3 +4 -P的去除率由84%降到22%。

  李玲玲研究發現,聚磷菌在含鹽環境中經過長期馴化,也能適應高鹽環境:廢水中含鹽濃度低于32.5g/L時, 經過3 ~7 h的好氧吸磷階段,可使出水PO3 +4 -P濃度低于0.5g/L;當含鹽量超過35g/L后,好氧吸磷速率明顯降低。

  目前, 對高鹽廢水中磷去除規律的研究較少,而且去除效果不理想,分析其原因,可能與聚磷菌對鹽度更敏感和研究人員的馴化方法及馴化時間有關。聚磷菌受到高鹽度沖擊時,不能立刻通過調節自身新陳代謝而對高鹽環境產生適應性,導致馴化時間短除磷功能大幅下降,甚至會完全失去除磷功能。

  4高鹽廢水生物處理的可行性分析與今后研究方向

  適應于淡水環境的微生物在受到高鹽度廢水沖擊時, 其正常代謝功能會受到抑制。但在高鹽環境中, 微生物會通過自身的滲透壓調節機制平衡細胞內的滲透壓或保護細胞內的原生質,這些調節機制包括細胞聚集低分子量物質,如氨基酸、糖、甘氨酸三甲基內鹽來形成新的保護層,調節自身新陳代謝,改變遺傳基因,因而通過選擇培養可以馴化出耐高鹽度的菌種, 系統可獲得較好的處理效果。

  國內外大量的研究實驗證明一些特殊微生物在高鹽環境中照樣能降解有機污染物。

  1995年阿聯酋U.A.E.大學的HamodaM F等使用活性污泥完全混合反應器分別對不含鹽廢水、含鹽量10 ~ 30g/L的廢水在不同泥齡(3 ~20d)和不同有機負荷(0.5 ~ 2.5kgCODCr/(kgVSS· d))條件下進行平行對照實驗, 結果發現鹽度對未經馴化的活性污泥系統產生明顯的抑制影響,但經過一段時間馴化后,系統的活性污泥濃度增加,并顯著改變了活性污泥中微生物種群的組成,且對TOC的去除率均達到96%以上。

  國內學者也在這方面進行了相應的研究。安林等討論了鹽對二段接觸氧化法處理廢水的影響;楊健用SBR法處理含鹽含油發酵工業廢水;梁展輝等對高鹽度有機廢水進行吹脫和冷卻預處理后,再利用SBBR (序批式生物膜反應器)處理,都取得了良好效果。

  另外,在自然界高鹽環境如鹽湖、死海、鹽場和海洋中,也廣泛生存著耐極高鹽度的嗜鹽菌。一些研究表明將嗜鹽菌接種到污水處理構筑物中,能有效的去除高鹽廢水中的有機物。如EstrellaAspe等用海洋底泥接種可有效處理漁場廢水。耐鹽微生物和嗜鹽微生物的廣泛存在為高鹽廢水的生物處理提供了保證。

  綜上所述, 利用生物系統處理高含鹽量有機工業廢水技術上是可行的, 表明嗜鹽菌在含鹽有機廢水處理中的應用有一定前景。但在實際工程中, 利用生化法直接處理(指不經過稀釋和預先提取鹽)高含鹽量生產廢水的應用還遠遠不夠廣泛, 要使生化法在含鹽有機廢水處理中真正得到廣泛的應用,還需要做很多更深入的研究。

  (1)處理含鹽濃度很高的工業廢水時,所馴化的耐鹽微生物耐受鹽度范圍有限,且污泥需長期馴化,因此,直接利用生長在高鹽環境中的嗜鹽菌則是一種快速有效的方法。我們應充分利用廣闊的鹽土和鹽水資源,從環境中篩選和分離出嗜鹽微生物,用分子生物學方法進行鑒定分類,富集培養出高效嗜鹽微生物, 應用于處理含高鹽有機廢水的實踐中。

  (2)無機鹽對微生物生長影響很大,高鹽環境下尤為如此。由于處理工藝、廢水水質,運行條件,微生物馴化方式的不同, 得出的結論有很大差異,因此嗜鹽菌的降鹽機理研究仍將是高鹽度廢水處理的研究熱點,如何利用耐鹽菌的降鹽機理,并結合合適的構筑物處理實際的高鹽廢水,還需進一步的研究和探討。

  (3)研究證明高鹽環境下含氮化合物的去除率降低,如何提高高鹽環境下含氮化合物的去除率是今后研究的關鍵。可以利用固定化微生物技術開展耐鹽脫氮微生物制劑的研制,將其直接加入反應器中以實現快速、高效的脫氮目的。(來源:四川環境 作者: 郭沙沙 等)

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