高鹽廢水處理工藝研究進(jìn)展探析

廖柳琳

摘要：本文主要闡述國內(nèi)外高鹽度廢水常規(guī)的物理化學(xué)處理和生物處理方法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)和相關(guān)的影響因素，并進(jìn)一步分析物理化學(xué)和生物法相結(jié)合的新型處理工藝，以及膜生物反應(yīng)器在高鹽廢水處理中的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：高鹽度;廢水處理;嗜鹽菌;膜處理;脫氮

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.038

Abstract：This paper mainly describes the conventional physicochemical treatment and biological treatment methods of high salinity wastewater at home and abroad， analyzes its advantages and disadvantages and related influencing factors.The further the new treatment process combining physical chemistry and biological methods is studied Simultaneously，the application of membrane bioreactor in the treatment of high-salt wastewater was studied.

Keywords：High salinity;Wastewater treatment;Halophilic bacteria;Film processing;Denitrification

高鹽廢水來源廣泛，主要從來源于生產(chǎn)、生活中，如海水的利用導(dǎo)致了高鹽度廢水（至少1%以NaCl含量計））的排放[1]，工業(yè)生產(chǎn)中高硝酸鹽工業(yè)、金屬精煉和魚罐頭的生產(chǎn)、濕石灰-石膏脫硫制造、離子交換過程和垃圾填埋場滲濾液等過程都會產(chǎn)生高鹽廢水的排放[2]。由于高鹽廢水除了含有大量難以去除的各類污染物外，所含鹽對微生物生長會產(chǎn)生抑制作用，因此普通生物處理存在一定困難。本文簡要綜述了高鹽廢水處理方法、鹽度對廢水去除效率的影響、嗜鹽菌在鹽廢水處理中的作用以及膜處理等改良合成的新方法在鹽廢水中的應(yīng)用。

1 高鹽廢水處理工藝

1.1 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法就是通過物理過程、化學(xué)反應(yīng)，使高鹽廢水中有機(jī)、無機(jī)以及難分解污染物從水中去除的一類方法。在工業(yè)生產(chǎn)上產(chǎn)生的高鹽廢水主要通過吸附、離子交換、膜蒸餾、焚燒工藝、蒸發(fā)濃縮-冷結(jié)晶等工藝技術(shù)來處理高鹽廢水。但由于工業(yè)排放的高鹽廢水成分復(fù)雜，處理難度較大，并且物理化學(xué)法處理成本較高，目前研究人員主要通過以物理法結(jié)合微生物的分解作用來降解高鹽廢水中的污染物質(zhì)。Dong[3]為了實現(xiàn)水的回收，采用電滲析與微生物脫鹽電池組合的方法，將其作為含銅高鹽廢水的凈化處理方法，最后的銅濃度達(dá)到了中國電鍍標(biāo)準(zhǔn)，脫鹽效率為（30.4±2.6）%。物理化學(xué)法在處理高鹽廢水時會導(dǎo)致一些問題，比如用反滲透法或離子交換法在生物處理之前將鹽從廢水中去除費(fèi)高，運(yùn)行難度大，還會有二次污染現(xiàn)象。因此，這些技術(shù)只能在特定的研究條件下應(yīng)用，不能普遍大規(guī)模的處理鹽廢水[4]。

1.2 生物法

生物處理工藝被廣泛應(yīng)用于污水處理，同樣也被廣泛應(yīng)用于高鹽廢水處理，與物理化學(xué)法相比，生物法處理高鹽廢水處理效率高、成本較低，可以避免二次污染，還能處理高鹽廢水中復(fù)雜的污染成分。高鹽廢水的有效生物處理需要考慮到鹽和有機(jī)毒性。Tomei [5]處理含鈉和二甲基苯酚的合成鹽水，有機(jī)污染物僅在5h的反應(yīng)后降解了90%。使用生物法處理高鹽廢水是可行且效率較高，但是使用生物法處理高鹽廢水還得考慮鹽度等影響因素。

1.2.1 鹽度對污染物質(zhì)去除效率的影響

由于鹽對微生物菌群的不利影響，高鹽廢水中高濃度的鹽會導(dǎo)致細(xì)胞活性降低，進(jìn)而影響COD、TN、TP的去除效率。Kargi [6]為了定量分析鹽在生物處理中的不良作用，對含鹽廢水進(jìn)行了處理，結(jié)果表明了鹽度的增加沖擊了污染物質(zhì)的去除效果，在好氧環(huán)境下，隨著含鹽量的增加，COD、TN和TP的去除效率明顯降低[7]。張明生[8]等采用生物接觸氧化法處理高含鹽廢水，研究表明高鹽會抑制微生物的活性，但是低鹽度則會促進(jìn)生物活性，以至于可以提高廢水處理效率。Boopathy[9]采用SBR工藝處理高鹽廢水，通過在好氧、缺氧模式下連續(xù)工作，實現(xiàn)了硝化和反硝化，同時也消除了碳，鹽度會影響處理效率，但是由于不同運(yùn)行方式有不同的鹽度適應(yīng)值。Li[10]等研究表明鹽度對幾種生物處理法的影響，研究表明鹽度在4%以下，馴化后微生物能較好的處理高鹽廢水，當(dāng)鹽度>4%，需要篩選出能耐高鹽度環(huán)境的嗜鹽菌處理。

1.2.2 嗜鹽菌屬對高鹽廢水處理的影響

從高鹽廢水處理的相關(guān)文獻(xiàn)可知，可利用嗜鹽微生物在高鹽度的環(huán)境下生存的特性處理高鹽廢水。Chen[11]成功馴化了耐鹽微生物群落，通過異養(yǎng)硝化反應(yīng)處理高鹽和高氮有機(jī)廢水， COD、NH4+-N和TN的去除效率分別達(dá)到97%、99%和98%。Miao[12]通過凝膠電泳分析表明，通過異養(yǎng)硝化有氧脫氮作用可以實現(xiàn)同步脫氮，而關(guān)鍵微生物主要是黃體菌、黃藻，在膨脹的顆粒污泥床反應(yīng)器處理高硝酸鹽廢水中，實驗結(jié)果顯示鹵蟲和鹵化菌對反硝化作用有很大的貢獻(xiàn)[12]。在2000年，Kargi [8]采用活性污泥法處理高鹽廢水，在生物處理過程中加入了鹵水桿菌，嗜鹽菌的添加大大提高了COD去除率。Abou-Elela[13]發(fā)現(xiàn)在低鈉濃度情況下，使用不同微生物培養(yǎng)液處理高鹽廢水，化學(xué)需氧量（COD）的去除效率幾乎相同（80%～90%），然而，添加木糖醇溶菌劑可提高到了93.4%。在生物處理過程中，鹽類細(xì)菌能在高濃度的鹽廢水中保持活性，馴化篩選此類嗜鹽菌是處理高鹽廢水的關(guān)鍵[14]。

1.2.3 鹽對污泥中微生物的影響

污水的生物處理主要是利用污泥中微生物的作用來去除污染物質(zhì)，鹽對微生物的生長具有重要的作用，它能促進(jìn)酶的反應(yīng)，維持細(xì)胞膜的平衡和細(xì)胞滲透壓的調(diào)節(jié)。Wu[15]等采用兩個SBR反應(yīng)池處理高鹽廢水，研究結(jié)果表明隨著含鹽量的增加，微生物的多樣性減少了，微生物群落結(jié)構(gòu)也受到了鹽度的影響。Ramos C[16]模擬工業(yè)高鹽廢水研究表明，濃度為29.0g/L的廢水中有氧顆粒的形態(tài)發(fā)生了變化，完全喪失了顆粒狀形態(tài)，形成新的有氧顆粒。Zhang研究表明，以甲烷桿菌為例的營養(yǎng)型甲烷菌可以耐受85g/L的鹽度，而乙硫代甲烷菌、甲氧沙酮和甲氧基菌則在超過65g/L的鹽度中受到嚴(yán)重的抑制[17]。Zhou G[18]用聚乙烯化合物改良的石墨烯醇作為微生物載體以提高高鹽廢水的處理，PVA材料具有層狀結(jié)構(gòu)，具有較高的表面積，以支持細(xì)菌生長和高鹽細(xì)菌的耐鹽性。Jackson[19]評估了海水入侵和營養(yǎng)富集對微生物群落的影響，研究表明暴露在高鹽度的環(huán)境下會降低微生物的功能。Cortés[20]研究了鹽低鹽度和高鹽度的條件下，蛋白質(zhì)桿菌被發(fā)現(xiàn)是占主導(dǎo)地位的細(xì)菌，隨著鹽度的增加，細(xì)菌的多樣性降低。

1.3 復(fù)合工藝處理高鹽廢水

目前，一般的化學(xué)物理方法難以處理高鹽廢水，生物處理方法又要從活性污泥的馴化，嗜鹽菌的培養(yǎng)等方法進(jìn)行研究。因此新改良合成的高鹽廢水處理新方法將成為此類廢水處理的導(dǎo)向?？紤]到高導(dǎo)電性廢水可以增強(qiáng)電極的反應(yīng)，加速分解厭氧消化過程中揮發(fā)性脂肪酸的分解，有助于高鹽廢水的處理，Zhang[21]將厭氧反應(yīng)器增加兩個電極，鹽濃度高達(dá)50g/L時，COD去除率保持在93%，而在沒有添加電極的無氧反應(yīng)堆中，COD的去除則減少到53%。Kim Y[22]也提出了一種新的生物電化學(xué)系統(tǒng)，用于同時去除鹽分和有機(jī)物。在這一過程中，產(chǎn)生的電勢和使用兩個離子交換膜可以將廢水中鹽分去除，達(dá)到了72%～94%的化學(xué)需氧量去除。除了這種外加電極與生物反應(yīng)器結(jié)合的方法處理高鹽廢水，微生物燃料電池也廣泛應(yīng)用到高鹽廢水的處理中。You[23]開發(fā)一種持續(xù)運(yùn)作的微生物燃料電池（MFC）為研究對象，并結(jié)合改進(jìn)的無氧/氧（A/O）結(jié)構(gòu)（A/O-MFC）進(jìn)行發(fā)電和同時處理，結(jié)果顯示提高水力停留時間可提高可溶性化學(xué)需氧量和生物硝化的能力。微生物燃料電池（MFCs）在生物修復(fù)領(lǐng)域得到應(yīng)用，但是良好的電化學(xué)和降解性能需要保持在一個鹽度為1.5%的水平，但隨著鹽度提高到2.5%其性能下降了35倍[24]。

1.4 膜生物反應(yīng)器處理高鹽廢水

膜生物反應(yīng)器來處理高鹽廢水是一種新型、有效的處理新技術(shù)，應(yīng)用前景非常廣泛，近年來隨著膜生物反應(yīng)器材料的穩(wěn)定性和處理效率的提高，越來越多被運(yùn)用于高鹽化廢水的處理[25]。研究人員以含高鹽RO濃水為工質(zhì)進(jìn)行膜蒸餾實驗，實驗結(jié)果表明，膜通量隨真空度上升而提高，循環(huán)水溫度也能促進(jìn)膜通量的提升，增大膜面流速能減緩膜污染，對鹽的截留率保持在99.9%以上[26]。Artiga使用一種混合膜生物反應(yīng)器來處理魚罐頭工廠的鹽廢水。結(jié)果顯示COD的去除效率受鹽度的影響，但是污泥對鹽度的適應(yīng)之后，獲得了92%的COD去除效率[27]。Mannina研究了一種連續(xù)的膜生物反應(yīng)器，分析了鹽度逐步提高對碳和養(yǎng)分去除、膜污染和生物活性的影響，整個實驗過程中，總COD的去除效率相當(dāng)高（93%）[28]。Mannina在膜生物反應(yīng)器中進(jìn)行被碳?xì)浠衔铮ú裼停┪廴镜暮}廢水的處理，結(jié)果表明，該方法處理鹽廢水不受廢水特性的嚴(yán)重影響，相反的，呼吸測試表明，由于自養(yǎng)生物的作用，硝化反應(yīng)受到鹽度的影響[29]。

2 展望

目前，處理高鹽廢水的化學(xué)和物理技術(shù)的處理方法存在成本高及二次污染問題，而生物處理尤其是活性污泥處理經(jīng)濟(jì)效益較好，可以避免二次污染，但是鹽度的增加，必然會導(dǎo)致污染物質(zhì)去除效率的降低，只能通過篩選馴化嗜鹽菌來保證污水去除效率。

如何利用嗜鹽菌的去除機(jī)理，并結(jié)合合適的工藝處理實際的高鹽廢水，尤其是利用膜處理技術(shù)以及改良合成的新技術(shù)，耐鹽菌株特別是嗜鹽菌的篩選還需要進(jìn)一步研究和探討。

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收稿日期：2019-05-13

作者簡介：廖柳林（1988-），女，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測與廢水處理。