高含鹽有機廢水生化處理技術探討

陳 斌

北京盈和瑞環(huán)保工程有限公司

高含鹽有機廢水生化處理技術探討

陳 斌

北京盈和瑞環(huán)保工程有限公司

陳斌，男，本科，北京盈和瑞環(huán)保工程有限公司，資深工程師，主要研究方向為污水處理工程。

本文介紹了高濃度鹽對有機廢水生化處理的影響，耐鹽菌在生化處理中的作用及培養(yǎng)馴化，同時介紹了厭氧、好氧及組合法在高含鹽廢水中的應用情況及前景。

廢水中無機鹽質量百分數(shù)大于1%時稱為高含鹽廢水，是廢水處理領域的一大難題。而含鹽有機廢水在高含鹽廢水占比非常高，來源也非常廣泛，主要存在于化工、制藥、印染、食品和農(nóng)藥等行業(yè)，排水量也隨著工業(yè)的快速發(fā)展而逐年增加。處理此類廢水，目前比較常用的是物理化學方法，因其建設成本高，勞動強度大，運行費用高，所以技術經(jīng)濟性不高，但在沒有更好的處理方法時，仍然是目前主要采用的方法。采用生物法處理高濃度鹽類有機廢水，具有良好的運行經(jīng)濟性，且無二次污染，是目前國內(nèi)外主攻方向和研究重點。

高濃度鹽類對生化系統(tǒng)的影響

生化處理的效率與程度受到鹽分種類及濃度的影響，根據(jù)影響程度可分為刺激、抑制和毒害。

不同的行業(yè)和領域，因其生產(chǎn)原料和生產(chǎn)過程不同，排放的高濃度鹽類有機廢水中，其有機污染物種類及數(shù)量具有較大差異，但廢水中的無機鹽種類基本相似，主要包含有Na+、Cl－、Ca2+、SO42－等。

廢水中的溶解性鹽濃度過高或離子強度過大，不僅給廢水的生化處理帶來困難，而且會對受納水體產(chǎn)生不利影響。C.R.Woolard和 R.L .Irvine的研究表明，傳統(tǒng)的活性污泥法對廢水中離子強度的變化很敏感。當廢水中的鹽濃度增加時，可使微生物的正常代謝功能遭到破壞，代謝途徑減少，從而抑制微生物的生長。若要保證反應器的正常運行，必須以更低的負荷率來處理含鹽廢水，但其硝化階段仍受抑制。通常，當鹽濃度存在0.5%～2%變幅時，可引起系統(tǒng)的嚴重失穩(wěn)；特別是鹽濃度的驟然升降變化對生化處理影響更大。在某些情況下微生物可通過馴化而使生化處理取得比較滿意的效果；但這種馴化通常不具有持久性，其處理效率及穩(wěn)定性仍然取決于系統(tǒng)中相對穩(wěn)定的離子強度。廢水中含鹽量的再次升降對馴化后的微生物將造成新的影響與危害。

有機廢水在生化處理中受高濃度鹽類物質影響的典型現(xiàn)象：處理效率低、穩(wěn)定性差、污泥松散沉降性差、污泥活性不高等。鹽濃度過高時，細胞膜內(nèi)外的不同滲透壓使微生物細胞脫水，從而破壞細胞結構，引起細胞原生質分離，細胞質外流，最終破壞微生物的正常生長與增殖，甚至直接致其死亡。

耐鹽菌在生化處理中的作用及馴化

耐鹽菌在生化處理中的作用

含鹽量較低的有機廢水，通常可以采用常規(guī)生化法獲得較好的效果，可當含鹽量大于3%時，普通微生物處理收效甚微。嗜鹽菌和耐鹽菌在環(huán)境中廣泛存在，通過一定的方法可以馴化和提純，從而使其在工程領域的生化應用提供基礎。通過科學方法馴化出處理高含鹽有機廢水的優(yōu)勢耐鹽菌，而嗜鹽細菌具有和傳統(tǒng)微生物相同的代謝可能，同時能利用更多種類的基質進行新陳代謝，并可利用多種電子受體，產(chǎn)生胞外多聚物，積累營養(yǎng)物質等。

通常，對能在2.5mol/L以上氯化鈉溶液中有特殊適應能力的細菌稱為耐鹽菌。這類細菌通常生活在鹽湖、鹽堿湖或海水中，腌制食品中也常發(fā)現(xiàn)這類微生物。根據(jù)耐鹽菌對鹽類物質的耐受能力，可將其分為兩類：中度耐鹽菌和極端耐鹽菌。前者屬真細菌，后者屬古細菌。可生活在0.5～2.5mol/LNaCl溶液中的稱為中度耐鹽菌；而能生活在2.5～5.2mol/LNaCl溶液中的嗜鹽菌，稱為極端耐鹽菌。

微生物生長過程中突遇高鹽環(huán)境時，將受到嚴重的抑制甚至毒害，廢水中含鹽量與生化法處理效果呈負相關，根據(jù)雷云的研究表明，高濃度含鹽廢水生化處理的關鍵是要馴化出耐鹽微生物。

耐鹽菌的馴化

污水處理中的普通微生物，其生存環(huán)境在遇到逐步少量多次的引入含鹽水時，可以通過調(diào)節(jié)自身的滲透壓平衡系統(tǒng)，逐漸適應新的環(huán)境，從而保護細胞結構不受損傷和破壞。因此，活性污泥可以通過馴化，從而適應一定鹽度范圍內(nèi)的含鹽有機廢水。通過系統(tǒng)的馴化方法，不僅可以使微生物增加對鹽度的耐受范圍，也可以降低其對鹽度變化的敏感程度。

生化處理是一個復雜的過程，通常，馴化條件具備后，采用遞增污水量的方式，使微生物逐步適應新的生存條件，遞增幅度的大小應根據(jù)微生物的反應情況進行相應調(diào)整，通過優(yōu)勝劣汰，優(yōu)中選優(yōu)，最終獲得優(yōu)質高效的菌種。

在實際工程應用中，含鹽量低于2%時，可以通過馴化微生物達到預期目標。一般情況下，選取污水處理廠污泥或同類廢水處理的污泥，在室溫下經(jīng)過篩選，得到所需的優(yōu)勢微生物，培養(yǎng)增殖，然后將其投加到活性污泥中，采用漸進方式來馴化污泥，按照少量多次、逐步遞增的方法向培養(yǎng)基引入高鹽廢水，逐漸提高微生物對鹽含量的耐受度。在馴化過程中，應控制好高鹽有機廢水的進水量、濃度、頻率以及曝氣量等參數(shù)。經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)馴化后，活性污泥的處理效果將得到明顯改善。

另外，也可以根據(jù)需要，采用稀釋進水或添加拮抗劑的方法來輔助。

高含鹽有機廢水生化處理技術

高含鹽廢水的處理方法目前分為三大類，第一類是物理法，如膜分離法、蒸餾法；第二類是電化學法；第三類就是生化法。這三種方法各有利弊，因前兩種方法投資大，運行費用高等不足，從而限制了其發(fā)展，因此，目前研究和應用較多的仍然是生化法。

厭氧法

在好氧狀態(tài)下難降解的物質（如芳香類）的降解率比在厭氧環(huán)境下要低，這類物質在厭氧狀態(tài)下較易降解，同時厭氧比好氧表現(xiàn)出了更好的耐鹽性。厭氧環(huán)境下的主要耐鹽菌如：禾他甲烷球菌M.voltae可以忍受5%的NaCl；革蘭氏陰性球菌、產(chǎn)甲烷細菌、費氏弧菌V.fischeri，10%鹽濃度不生長，不加鹽不生長，7%生長良好；哈威折光桿菌L.harveyi最適合食鹽2.0%～3.0%，無鹽不生長；需鹽脫硫弧菌D.desulfuricanssubsp，需鹽生長，在含蘋果酸鹽硫酸鹽培養(yǎng)基上生長。

H2S是造成SO42－對厭氧生化處理過程破壞的主要原因。H2S濃度上升時，硫酸還原菌將優(yōu)勢增殖，而甲烷菌被抑制，導致pH值下降，厭氧微生物生存環(huán)境開始惡化，活性降低，有機物去除率受到影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性遭受破壞。主要表現(xiàn)與指標為：跑泥量增加、pH值下降、揮發(fā)性有機酸上升等。

為了降低和抑制SO42－的影響，通常投入Fe2+生成FeS和FeSO4，產(chǎn)生沉淀而被去除，從而盡可能消除硫化物在厭氧環(huán)境下對甲烷菌的抑制和破壞。

厭氧工藝在運行費用和適應性方面相比好氧法更具優(yōu)勢，因此，近年來，厭氧條件下的高濃度含鹽有機廢水馴化微生物的研究越來越多。

好氧法

正常情況下好氧顆粒污泥相對致密而有光澤，且粒度也較均勻，而在高鹽條件下，好氧顆粒污泥變得色澤暗淡，表面粗糙，菌膠團呈現(xiàn)松散狀態(tài)。

鹽濃度較低時，桿菌和球菌類成為優(yōu)勢菌種，而在鹽濃度較高時，絲狀菌將大量繁殖。鹽濃度越高，絲狀菌增殖越快，污泥沉降性變差，使出水SS升高，伴隨NH3－N和TP同步升高，最終使系統(tǒng)越來越難以持續(xù)穩(wěn)定的運行。

有氧環(huán)境下，主要的耐鹽菌如：歐洲亞硝酸單胞菌N.europea Winogradsky1892，海水或淡水富加NH3和無機鹽培養(yǎng)基，革蘭氏陰性，無機化能型，專性好氧；野油菜黃單胞菌X.campestris，可耐受鹽濃度2.0%～5.0%，革蘭氏陰性，好氧、桿菌；生枝動膠菌Z.ramigera，鹽濃度3.0%生長良好，6.5%不生長，革蘭氏陰性，好氧、桿菌。

在實際的工程應用中，通常當氯化物的含量高于5～8g/L時，將對好氧微生物產(chǎn)生不利影響。雖然過高的含鹽量對微生物存在毒性，但仍然可以通過馴化使之適應。通常采用逐步提升鹽量負荷的方法來培養(yǎng)和馴化微生物，使其最終能適應我們實際需要的環(huán)境。鹽分濃度的波動幅度直接影響好氧微生物的活性，波動幅度越大，對微生物的影響越大，甚至導致其暫時性失活直至死亡，從而使系統(tǒng)失穩(wěn)，出水水質惡化。因此，好氧工藝對廢水的預處理要求較高，需要控制原水鹽分的濃度和均勻性，這就限制了好氧工藝在工程實踐應用中的獨立應用。

厭氧好氧組合法

高濃度含鹽有機廢水，采用單一的厭氧或好氧工藝通常無法達到處理要求。為了實現(xiàn)治理目標，將厭氧和好氧相結合成了研究人員的選擇。實踐證明，先厭氧后活性污泥法的聯(lián)合處理方法，極大的改善了系統(tǒng)的鹽分耐受力和穩(wěn)定性，最終的出水效果明顯好轉，其中含酚廢水COD去除率可達96%。為了取得更好的處理效果，厭氧好氧組合法使用時，可輔助其他工藝，比如為了降低有機物濃度或減少鹽分含量，可采用以物化手段為主的預處理，為后續(xù)生化處理中的微生物創(chuàng)造較好的生存環(huán)境，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理效果。

綜合后的典型流程：廢水先經(jīng)調(diào)節(jié)池均質均量，再經(jīng)過物化預處理（比如pH調(diào)節(jié)、混凝沉淀、微電解等），然后進入經(jīng)含有大量經(jīng)過耐鹽馴化的微生物的生化處理系統(tǒng)。

結語

廢水中含鹽量超過微生物耐受能力時，將產(chǎn)生抑制甚至毒害，因此，必須對微生物進行篩選與馴化，增加活性污泥中微生物對高含鹽量的適應性，使生化處理高含鹽有機廢水在工程應用上成為可能。耐鹽菌來源廣泛，生存能力強，食譜寬廣，大多數(shù)的有機物均可成為其新陳代謝過程中的食物，因此，研究耐鹽菌的快速馴化方法及提純保純方式，對理論研究和工程應用均具有非常重要的意義，利用經(jīng)過馴化的耐鹽菌處理高含鹽量的有機廢水擁有廣泛的應用前景和推廣價值。