高鹽廢水生物處理研究進(jìn)展與可行性分析
摘要：高鹽廢水中的高含鹽量對微生物的生長有很強的抑制作用， 增加了含鹽廢水生物處理的難度。本文從鹽度對生物處理系統(tǒng)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(jìn)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。
關(guān)鍵詞：高鹽廢水；生物處理；可行性
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?cè)芙夤腆w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(yè)行業(yè)的排放， 如化學(xué)試劑的生產(chǎn)、石油、印染等企業(yè)；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(yǎng)元素， 但濃度過高， 會抑制微生物的生長， 從而使廢水無法達(dá)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(xué)）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(xué)方法難以處理并且處理成本高， 而生物處理法因具有經(jīng)濟(jì)、高效、無害的特點， 應(yīng)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(chǎn)生抑制作用，使傳統(tǒng)的生物處理法受到了極大的限制[ 1 ～ 3] 。因此， 加強在高鹽環(huán)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(tǒng)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(jìn)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(tǒng)有機污染物的降解效率的影響
國內(nèi)外關(guān)于鹽度對有機物降解效率影響的報道很不一致。多數(shù)人認(rèn)為， 高鹽環(huán)境對生化處理有抑制作用。在高鹽度環(huán)境下， 微生物代謝酶活性受阻， 生物增長緩慢， 產(chǎn)率系數(shù)低。Ingram[ 4] 通過對桿菌的研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)NaCl濃度>10g/L時， 微生物呼吸速率降低。LawtonGW[ 5] 的研究表明， 當(dāng)NaCl濃度>20g/L時， 會導(dǎo)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[ 6]報告， 使用活性污泥系統(tǒng)， 對含鹽濃度高達(dá)12%的廢水進(jìn)行中試處理實驗， 實驗結(jié)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(xué)者研究得出相反的結(jié)論。他們認(rèn)為， 高鹽度不會降低廢水生物處理的有機物去除率， 適當(dāng)?shù)暮}量可以提高污泥絮凝性， 還對生物處理系統(tǒng)起到穩(wěn)定作用。
Woolard等[ 7] 把嗜鹽微生物在序批式生物膜反應(yīng)器（SBR）中培養(yǎng)， 處理含鹽量1% ～ 15%的合成含酚廢水， 即使含鹽量高達(dá)15% （150g/L）， 對酚的去除率依然在99%左右。Hamoda和Al-Atlar[ 8]對活性污泥法處理含鹽廢水（10g/L和30g/L）的研究發(fā)現(xiàn)， 在高鹽度環(huán)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(rèn)為在高鹽度環(huán)境中， 微生物生長沒有受到抑制， 相反促進(jìn)了一些嗜鹽細(xì)菌的生長， 使反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度增加， 降低了有機負(fù)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(huán)境有更強的適應(yīng)能力， 以嗜鹽微生物為主的生物處理系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。
2高鹽度對生物處理系統(tǒng)脫氮效果的影響
高鹽度會對硝化菌和反硝化菌產(chǎn)生抑制， 但許多研究結(jié)果表明， 如果污泥在高鹽環(huán)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(tǒng)就能有較好的脫氮效果。但關(guān)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(jié)論。
2.1高鹽度對硝化反應(yīng)的影響
鹽會抑制硝化菌的生長， 硝化反應(yīng)對鹽濃度和鹽沖擊都敏感。RoseM F等[ 9] 處理含鹽廢水時發(fā)現(xiàn)50g/L的NaCl系統(tǒng)中氨的去除率為48%， 而沒有NaCl的系統(tǒng)氨的去除率高達(dá)94%。ChenG H等[ 10] 發(fā)現(xiàn)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(yīng)的影響
許多研究證實高鹽環(huán)境中可以進(jìn)行反硝化反應(yīng)， 如vanderHoekP等[ 11] 發(fā)現(xiàn)NaCl或Na2 CO3為30g/L時能夠進(jìn)行反硝化反應(yīng)。大部分的研究結(jié)果表明反硝化效率隨著進(jìn)水鹽度增加而降低， 但是YoshieS等[ 12] 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(dǎo)致嗜鹽菌反硝化菌占統(tǒng)治地位， 從而提高了反硝化效率。
分析其產(chǎn)生對立結(jié)論的原因可能是：（1）系統(tǒng)的構(gòu)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(tǒng)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(tǒng)的方式， 如突然加入或逐漸加入。
另外， 還有研究表明， 在硝化反應(yīng)過程中， 硝化細(xì)菌對鹽度比亞硝化細(xì)菌更敏感， 在達(dá)到一定鹽度后硝化過程中會出現(xiàn)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(jīng)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(jié)省反硝化階段的有機碳源[ 13] ， 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(shù)量， 以實現(xiàn)短程硝化[ 14 ～ 17] 。
3高鹽度對生物處理系統(tǒng)除磷效果的影響
國內(nèi)外關(guān)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(huán)境下的除磷效果并不理想。
IntrasungkhaN等[ 18] 采用SBR反應(yīng)器將進(jìn)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(jìn)行生物除磷。UygurA等[ 19]研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)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[ 20]研究發(fā)現(xiàn)， 聚磷菌在含鹽環(huán)境中經(jīng)過長期馴化， 也能適應(yīng)高鹽環(huán)境：廢水中含鹽濃度低于32.5g/L時， 經(jīng)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(dāng)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(guī)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(guān)。聚磷菌受到高鹽度沖擊時， 不能立刻通過調(diào)節(jié)自身新陳代謝而對高鹽環(huán)境產(chǎn)生適應(yīng)性， 導(dǎo)致馴化時間短除磷功能大幅下降， 甚至?xí)耆コ坠δ堋?/p>
4高鹽廢水生物處理的可行性分析與今后研究方向
適應(yīng)于淡水環(huán)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(huán)境中， 微生物會通過自身的滲透壓調(diào)節(jié)機制平衡細(xì)胞內(nèi)的滲透壓或保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)， 這些調(diào)節(jié)機制包括細(xì)胞聚集低分子量物質(zhì)， 如氨基酸、糖、甘氨酸三甲基內(nèi)鹽來形成新的保護(hù)層， 調(diào)節(jié)自身新陳代謝， 改變遺傳基因[ 21] ， 因而通過選擇培養(yǎng)可以馴化出耐高鹽度的菌種， 系統(tǒng)可獲得較好的處理效果。
國內(nèi)外大量的研究實驗證明一些特殊微生物在高鹽環(huán)境中照樣能降解有機污染物。
1995年阿聯(lián)酋U.A.E.大學(xué)的HamodaM F等[ 22] 使用活性污泥完全混合反應(yīng)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(fù)荷（0.5 ～ 2.5kgCODCr/（kgVSS· d））條件下進(jìn)行平行對照實驗， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽度對未經(jīng)馴化的活性污泥系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的抑制影響， 但經(jīng)過一段時間馴化后， 系統(tǒng)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(dá)到96%以上。
國內(nèi)學(xué)者也在這方面進(jìn)行了相應(yīng)的研究。安林等[ 23] 討論了鹽對二段接觸氧化法處理廢水的影響；楊健[ 24]用SBR法處理含鹽含油發(fā)酵工業(yè)廢水；梁展輝[ 25]等對高鹽度有機廢水進(jìn)行吹脫和冷卻預(yù)處理后， 再利用SBBR （序批式生物膜反應(yīng)器）處理， 都取得了良好效果。
另外， 在自然界高鹽環(huán)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(gòu)筑物中， 能有效的去除高鹽廢水中的有機物。如EstrellaAspe[ 26]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(tǒng)處理高含鹽量有機工業(yè)廢水技術(shù)上是可行的， 表明嗜鹽菌在含鹽有機廢水處理中的應(yīng)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(jīng)過稀釋和預(yù)先提取鹽）高含鹽量生產(chǎn)廢水的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)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(yè)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(huán)境中的嗜鹽菌則是一種快速有效的方法。我們應(yīng)充分利用廣闊的鹽土和鹽水資源， 從環(huán)境中篩選和分離出嗜鹽微生物， 用分子生物學(xué)方法進(jìn)行鑒定分類， 富集培養(yǎng)出高效嗜鹽微生物， 應(yīng)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(huán)境下尤為如此。由于處理工藝、廢水水質(zhì)， 運行條件， 微生物馴化方式的不同， 得出的結(jié)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(jié)合合適的構(gòu)筑物處理實際的高鹽廢水， 還需進(jìn)一步的研究和探討。
（3）研究證明高鹽環(huán)境下含氮化合物的去除率降低， 如何提高高鹽環(huán)境下含氮化合物的去除率是今后研究的關(guān)鍵？梢岳霉潭ɑ⑸锛夹g(shù)開展耐鹽脫氮微生物制劑的研制， 將其直接加入反應(yīng)器中以實現(xiàn)快速、高效的脫氮目的。
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