含盐废水处理研究动态

　　无机盐对生物有抑制作用，当盐(NaCl)质量分数>1%时会造成质壁分离或细胞失活〔‘〕，严重影响废水处理效果和出水水质。淡水环境的微生物不能在含较高盐浓度的环境中生存，多数研究表明普通活性污泥不能处理含盐质量分数3%一5%的废水。

　　处理过程中主要面临以下四个问题

　　(1) 普 通 活性污泥对离子浓度的变化敏感。系统受盐冲击后，有机物去除率下降，出水悬浮固体增加。通常盐质量分数变化0.5%一2%会干扰系统性能。盐浓度的快速变化比缓慢变化产生更大的负作用。即使是驯化污泥，要保证系统有好的处理效果，也要求有相对稳定的离子浓度。

　　(2) 盐 浓度 的增加干扰了细胞正常的代谢功能，降低降解动力。因此含盐废水应在低的F/M值下处理。

　　(3) 出 水 悬浮固体增加。盐浓度的增加减少了污泥中原生动物和丝状菌的数量，影响了污泥正常的絮凝和沉淀过程。

　　(4) 普 通 活性污泥适应能力有限，一旦菌种适应了高盐环境，就丧失了在低盐环境生存的能力。国 内外 很 多学者都对含盐废水生物处理可行性进行了研究，力求找到一种处理含盐废水经济有效的方法。

　　1 普通的好氧或厌氧污泥F.K a r gi等 〔’〕在曝气池中以Z.ra migera为菌种处理不同含盐质量分数(0一5%)的废水。研究发现:盐质量分数<1%时，COD去除率约85%，变化很小。盐质量分数>1%时，COD去除率迅速减少，当盐质量分数为5%时，COD去除率减少到60% o COD去除速率也随盐浓度的增加而降低。污泥产量系数为0.47-0.5，随盐浓度增加而略减少。M. F. H a moda等[(a)在完全混合式活性污泥反应池，生物固体停留时间为3一20 d，单位VSS的COD污泥负荷率为0.5-2.0kg/(kg"d)的条件下，研究了淡水和含盐废水(含NaCl 10 g/L或30 g/L)活性污泥系统的性能和动力学模型。结果表明:COD去除率和出水水质并没有恶化，COD去除率为93%-99%，并随污泥停留时间的增加而增加。盐浓度的增加促进了适盐微生物的生长，增加了反应池中的污泥浓度。动力学分析中，将普通活性污泥的动力学模型成功地应用于含盐废水，并根据试验结果得到模型参数。由模型可知，当NaCI浓度增加，基质利用常数减少而污泥产率系数增加。C.D ah l等 〔，〕用活性污泥系统研究了热电厂湿式脱硫废水(具有高Cl-、高含氮化合物、高温)的硝化和反硝化作用。试验表明:经过足够的驯化阶段，并逐步提高温度和Cl浓度，活性污泥系统能够处理高温、高盐废水。在309C,Cl一质量浓度20g几条件下，该系统仍能正常运行。此时单位VSS最大的硝化和反硝化速率以N计分别为2 mg/(g"h)和3 mg/(g-h)。适当的操作条件下，Cl一和N02一对硝化的抑制作用有限。T. P a nsw ad等〔“〕采用未驯化和驯化的活性污泥研究了合成的含盐废水对厌氧/兼氧/好氧过程的冲击性能。当NaCl质量浓度由0增加到30 g/L时，未驯化系统COD和氮去除率分别由97%,88%降到60%,68%;驯化系统的COD和氮去除率分别由90%,85%降到%,70%。两个系统的磷去除率都很低。相比于未驯化系统，驯化系统受到冲击后需要更短的时间恢复到稳定状态。并得出如下假设和结论:反硝化菌比硝化菌更耐盐冲击;聚磷菌比硝化菌、反硝化菌和异养碳细菌对盐浓度的变化更敏感。N. In t ras ungkha等〔’〕在SBR反应器中以活性污泥为菌种研究含盐废水对营养物(氮、磷)去除效果的影响。试验结果表明:当进水盐质量分数低(含 NaCl0. 03%- 0 .2%)时，系统中营养物去除效果好;而盐质量分数为0.5%时，生物除磷困难。J.L .C am pos等〔‘〕在活性污泥硝化池中加入氨(NH4*一N)负荷率为1-4 g/(L-d)的含盐废水。在进水盐浓度达到525 mmol/L前，氨硝化效率几乎为100%。超过这一浓度，硝化效率显著降低。高含盐浓度不会对污泥的物理性能产生长期的影响，产生的污泥区域沉降速率为 5一7 m/h，单位VSS的污泥体积指数SVI为11.4 mUg，这使得反应池中有可能保持高污泥质量浓度(20 g/L )。并指出活性污泥系统能够用来硝化含高氨和高盐浓度的废水。近几 十 年 来，厌氧生物技术迅速发展，出现了一大批高效的厌氧反应器，这些反应器中生物固体浓度很高、泥龄长、处理能力大大提高，它们已经广泛应用于高浓度的工业废水中。高浓度的钠离子或氯离子会对厌氧生物处理产生抑制作用，但是厌氧或兼氧微生物对盐的适应性和其他离子产生的拮抗作用会减轻盐对生物的毒害作用〔9,10)，因此厌氧法能够用来处理含盐废水。L. G u err ero等〔11)用中温厌氧滤池处理高氨、高盐的海产品加工废水。运行过程中分阶段逐步提高进水有机负荷和含盐量。当有机负荷COD达到5k岁(m'- d) ，含盐(以Cl一计)为7.5g /L时，COD去除率仍保持>80%。并提出足够时间的驯化阶段对系统稳定运行的重要性。L.H . J. V redenbregt(12 3等 用生物流化床进行电厂烟气脱硫废水的硝化和反硝化。不加人介质时，Cl一质量浓度达到20留L 时，稳定的硝化过程能够发生。当加人多孔烧结飞灰做介质，在含C1一质量浓度34 g/L时都可能发生硝化过程。硝化菌比反硝化菌有更强的耐盐性。在C1一质量浓度>45 g/L时，生物硝化过程都很稳定。从 以 上试 验结果可以看出:关于无机盐对生物影响的结论还不统一。有些研究者认为无机盐影响了生物活性〔3,6);而某些学者认为无机盐对污泥性质没有产生负作用 (4,8)。这可能是由于试验中盐浓度变化范围、菌种适盐能力以及废水成分的不同造成的。污泥驯化后，可以增强抗盐冲击能力，但其适应能力有限。

　　2 嗜盐菌

　　根据细菌在最佳生长状态的盐需求量，可分为非嗜盐菌、海洋菌、中度嗜盐菌和极端嗜盐菌。嗜盐菌对盐有特殊的适应性和需要性，它主要生长在盐湖、盐沼等地。由 于 嗜 盐菌在高盐环境下能够在细胞内聚集K'离子和小分子极性物质，调节细胞渗透压，维持胞内外渗透压平衡，帮助从高盐环境获取水，并且这些极性分子可以迅速合成和失去，快速适应外界的环境变化。嗜盐菌的蛋白质中含有过量的酸性氨基酸和非极性的残余物，过量的酸性物质需要阳离子平衡附近的负电荷，所以嗜盐酶只有在高盐环境下才能保持活性{，，，“〕。C.R . W o olard等[(2)用从大盐湖分离出的一种中度嗜盐菌在SBR反应器中处理含盐质量分数为15%的苯酚废水，经过7个月的运行，苯酚平均去除率达到>99.5%。出水悬浮固体质量浓度约50 mg/L，低于普通污泥处理的含盐废水出水的悬浮固体。F.K ar gi 等〔‘〕用合成的含盐质量分数为0一10%的废水在连续的生物转盘中试验，试验过程中研究了嗜盐菌的加人、A /Q比值(盘表面积/进水流量)、COD负荷率和盐浓度对系统性能的影响，并且还建立了一个数学模型来描述系统运行过程。为了使进水COD达到5 000 mg/L时，悬浮颗粒仍然保持活性，液相进行曝气。结果表明，COD去除速率和效率随着A IQ比值增加而增加，却随着COD负荷率和盐浓度的增加而减少;嗜盐菌的加人增加了COD的去除效率，尤其在盐的质量分数<3%的情况下。动力学分析得到盐抑制常数K,=112 kg/m'oB. M . Pe yton等〔15〕将五种不同的嗜盐菌放在含盐质量分数为10%，以酚为培养基的介质中培养。这五种菌都能将50 mg/L的酚降解到<2 mg/L。其中一种菌能降解初始质量浓度为320 mg/L的酚溶液。动力学分析表明:酚降解与酚浓度成零级关系，污泥增长量与污泥浓度成一级关系。初始酚质量浓度为50 mg/L时，它们的污泥比增长速率在0.22-0.32 h-'，与非嗜盐菌降解酚的污泥比增长速率近似;单位酚的细胞蛋白质产率在0.19 - 0.28 mg/mg ,与非嗜盐菌降解酚的细胞蛋白质产率近似。污泥比增长速率随初始酚浓度的增加而降低，基质的抑制作用可能对嗜盐菌的酚降解速率起着一定的作用。F.K ar giI '6)在生物转盘中，以嗜盐菌和活性污泥的混合污泥为菌种研究了含盐废水生物降解的经验模型。试验结果表明，COD去除率随A IQ的增加而增加，随进水COD和盐浓度的增加而减少。系统对A /Q、进水COD比对盐浓度更敏感。系统A IQ值大，能够处理高强度(初始COD为5 kg/m3)和高含盐量(盐质量分数为5%)的废水，COD去除率>90%o由以 上 试 验可看出:高含盐废水不经稀释和预除盐就能直接被嗜盐菌降解，嗜盐菌可用来处理含盐质量分数5%的废水。对于极端嗜盐菌，它们的生长需要高浓度的 NaCl(质量分数>12%)，最适生长质量分数为20%一25%，甚至在饱和的NaCl中也能生长〔‘，〕。嗜盐菌在高盐浓度下生长良好，对盐有特殊的适应性和需要，因此适合用来处理高含盐废水。3 酵母菌耐盐 酵 母 菌已被应用于发酵行业，如酱油生产〔18)和单细胞蛋白质的生产。这些酵母菌能在高盐、高糖环境中生长良好。有些酵母菌甚至还能在饱和盐浓度下生长〔19)0与嗜 盐 菌 不同，酵母菌通常不依生存。当它们受到盐水冲击时，细胞萎缩〔20)。一旦它们长时间地适应后，细胞体积恢复〔21,22)。对数生长期细胞比稳定期细胞具有更强的耐盐性〔23)。这种耐盐性包括了很多复杂的反应和机理:(1)具有有效的离子输送泵，及时排出细胞内Na+等有毒物质;原生质膜中存在Na+一三磷酸腺A (ATP)酶和Na+/H十反向载体，Na+一ATP酶活性不受盐影响，有利于细胞内保持较低的稳定的Na+浓度〔21,24) 0( 2)具有保护性物质海藻糖。脱水的干细胞内大部分的水被海藻糖取代，改变了细胞内水的结构和动力，降低了细胞膜和蛋白质的环境温度，因此抑制了细胞的生物活性，保护细胞不会自我分解;并且海藻糖有利于蛋白质的稳定，在水合细胞内，海藻糖稳定了周围水的结构〔25)0 ( 3)具有有效快速的新陈代谢途径合成多元醇;在高盐浓度下，耐高渗透压酵母菌产多元醇的代谢途径改变〔26〕0耐盐 酵母 菌可以用来处理高有机物、高含盐废水。它比普通的好氧或厌氧细菌处理效果更好。在高盐条件下，酵母菌的基质利用率、污泥最大比增长率、半速率常数以及营养物去除能力更高〔27,0G. T . S h in等〔28〕用酵母菌Rhodotorular ubra处理泡菜生产废水，48 h后可以完全除去废水的酸度，BOD由11 000 mg/L降到<3 200 mg/L，去除率为70%0M. H .C hoi等〔29’用耐高渗透压酵母菌Pichiaguilliermondii A9处理泡菜生产废水，24 h后废水BOD。由1 210 mg/L降到120 mg/L，去除率达到90% 0 NaCl质量分数为10%时，A9的生长没有受到抑制;NaCl质量分数>12% 时，生长速度减慢。Osw al 等(30 )用海生酵母菌Yarrowiali polyticaNCIM3589处理棕桐油废水，该废水COD为250 g/L,BOD为11 g/L,TDS为65 mg/L,氯仿为9 g/L。当停留时间为2d时，COD去除率为95%。再加絮凝剂，COD去除率可达99%0目前 ， 耐盐 酵母菌处理含盐废水的实例还较少，其耐盐机理还没有彻底弄清，有待于进一步研究。用酵母菌初步降解再用细菌处理，是处理高有机物、高含盐废水的可行的有效的方法〔270

　　4 结语

　　普通 的 好 氧或厌氧污泥遭受含盐废水冲击时，可以通过自身的渗透压调节机制来适应这种环境，但其适应能力有限，它们通常不能处理含盐较高的废水。嗜盐菌和耐盐酵母菌对盐有特殊的适应性，它们可以在高含盐废水中生长繁殖，并且具有较强的降解能力，因此有广阔的应用前景。今后应加强它们在实际废水中的研究，提高它们的处理能力。

　　[参考文献〕

　　[1] K argiF, D incerA R Salinew astewatertr eatmentby h alophile-supplementeda ctivateds ludgec ulturei na na eratedro tatingb iodisccon tactor[J ].E nzymea ndM icrobialT echnology, 1 998,22(6):42 7 一4 33

　　[2]WoolardC R , IrvineR L .T reatmentof h ypersalinew astewaterinthe s equencingb atchr eactor[J].W at.R es.,1 995,2 9(4):11 59-11 68

　　[3]KargiF , DincerA R . Effecto fsa ltco ncentrationo nb iologicaltrea tmentof sa linew astewaterb yfe d-batcho peration[J ].E nzymeand M icrobialT echnology,1 996,19(7):529一537

　　[4]HamodaM F ,A l-AttarM S .Ef ectof hi ghs odiumc hloridec oncentrationso na ctivateds ludgetr eatment[J].W at.Sc i.T ech.,1 995,31 (9 ): 61一72

　　[5]Dahl C, et al. Combined biological nitrification and denitrificationofh igh-salinityw astewater[J].W at.S ci.T ech，1997,3 6(2一3):
34 5一 3 52