高盐污水生物处理技术

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1 高盐废水产生途径

1.1海水代用排放的废水

  所谓海水代用就是将海水不进行淡化处理而直接替代某些场合使用的淡水资源。

  在工业上,海水可以广泛的用作锅炉冷却水,应用到热电、核电、石化、冶金、钢铁厂等行业上。发达国家年海水冷却水用量已经超过了1000亿m3。目前我国海水的年利用量为60多亿m3。青岛电厂1936年就开始将海水作为工业冷却水,至今已经有60多年的历史。目前,青岛市电力、化工、纺织等行业的12家临海企业,年用海水8.37亿m3。天津年利用海水达到18亿m3。此外,秦皇岛热电厂、黄道热电厂和上海石化总厂等70多家临海火力发电、核电、化工、石化等企业均已不同的方式直接利用海水。对于印染、建材、制碱、橡胶以及海产品加工等行业,海水还可以作为工业的生产用水。

  城市生活用水。在城市生活中,海水可以替代淡水作为冲厕水。目前香港海水冲厕的普及率高达70%以上,未来计划普及率提高到100%,并因此成为世界上唯一以海水作为冲厕水的城市。而在大连、天津、青岛、烟台等城市的个别单位,也有采用海水冲厕的实践,但规模较小。

1.2工业生产废水

  一些行业,如印染、造纸、化工和农药等,在生产中产生高含盐量的有机废水。

1.3 其他高盐废水

  船舶压舱水
  废水最小化生产中产生的污水
  大型船舰上产生的生活污水

2 无机盐对微生物的抑制原理

2.1 抑制原理

  含盐废水主要毒物是无机毒物,即高浓度的无机盐。

  有毒物质对废水生物处理的影响与毒物的类型和浓度有关,一般随着浓度升高可分为刺激作用、抑制作用和毒害作用三大类。

  高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是通过升高的环境渗透压而破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶,从而破坏微生物的生理活动。

  ①微生物在等渗透压下生长良好。微生物在质量为5~8.5g/L的NaCI溶液中,红血球在质量为9g/L的NaCI溶液中形态和大小不变,并生长良好;②在低渗透压(ρ(NaCI)=0.1g/L)下,溶液水分子大量渗入微生物体内,使微生物细胞发生膨胀,严重者破裂,导致微生物死亡;③在高渗透压(ρ(NaCI)=200g/L)下,微生物体内水分子大量渗到体外,使细胞发生质壁分离。

  2.2 淡水微生物在不同盐度下的存活率

  不同生活在淡水环境下或者淡水处理构筑物中的微生物接种到高盐环境下,仅有部分微生物存活。这是盐度对微生物的一种选择。将淡水微生物的存活率定义为100%,当盐度超过20g/L,其存活率低于40%。因此,当盐度超过20g/:L,一般认为用不同淡水微生物无法进行处理。

 3 适盐微生物的分类与利用

  耐盐微生物:能耐受一定浓度的盐溶液,但在无盐条件下生长最好,其生长也不需要大量无机盐。
  嗜盐微生物:指在高盐条件下可以生长的细菌,其生长离不开高盐环境。按照最佳生长盐度范围可以分为三类。
  海洋菌: 最佳生长盐度1~3%
  中度嗜盐菌: 最佳生长盐度3~15%
  极度嗜盐菌: 最佳生长盐度15~30%





此图为部分适盐微生物形态的电镜图

4 生物处理高盐污水遇到的问题

盐度适应差

  传统活性污泥法驯化处理盐度低于2%含盐废水。

  当盐度环境变为淡水环境时,污泥的适应性会很快消失。

盐度变化影响大

  盐度在0.5~2%变化通常会对处理系统产生严重的干扰。

  突然变化盐度比逐渐变化盐度对系统的干扰更大

  从高盐变为无盐产生影响比低盐环境变为高盐环境产生的影响要大

降解速率缓慢

  随着盐度的升高有机物降解速率下降,因此低F/M更适合含盐废水的处理。图3.5为SBR法处理在各盐度下的处理效果。

污泥流失严重

  盐度改变污泥中微生物的组成,改变了污泥的沉淀性和出水SS,污泥流失严重.

 5 高盐污水生物处理工程对策

5.1 驯化淡水微生物

  适应于生活在淡水生物处理设施中的微生物在进入一定浓度的含盐环境内,会通过自身的渗透压调节机制来平衡细胞内的渗透压或保护细胞内的原生质,这些调节机制包括聚集低分子量物质来形成新的胞外保护层,调节自

身的代谢途径,改变基因组成等,因此,正常活性污泥可以在一定盐度范围内通过一定时间的驯化处理含盐废水。

  虽然污泥通过驯化可以提高系统耐盐范围,提高系统的处理效率,但是,驯化污泥中的微生物对盐度的耐受范围有限,而且对环境的变化敏感。当盐度环境变化时,微生物的适应性会立刻消失。驯化只是微生物适应环境的暂时生理调整,不具有遗传特性。这种适应性的敏感对污水处理工程的实施很不利。

  研究认为,在盐度小于20g/L条件下,可以通过盐度驯化处理含盐污水。但是驯化盐度浓度必须逐渐提高,分阶段的将系统驯化到要求盐度水平。突然高盐环境会造成驯化的失败和启动的延迟。

5.2 稀释进水盐度

  既然高盐成为微生物的抑制和毒害剂,那么将进水进行稀释,使盐度低于毒域值,生物处理就不会收到抑制。这种方法简单,易于操作和管理;其缺点就是增加处理规模,增加基建投资,增加运行费用,浪费水资源。

5.3 利用适盐微生物

  接种或者基因固定化适盐微生物处理高盐污水是一种有效的处理方法。此种方法可以处理超过3%的高盐污水,这是不同驯化法无法实现的。其筛选出的某些具有特定污染物去除的适盐菌可以具有高的专性降解能力,大大提高处理效果。筛选接种物来源于海洋或者河口底泥、晒盐场底物和其他高盐环境下的活性物质。筛选往往有一定的程序和基因化措施。

  这种方法的缺点是启动时间长,前期启动费用高。但是对于高盐污水生物处理而言,是可行的方法。

 5.4 添加拮抗剂

  拮抗作用是指一种毒物的毒

害作用因另一种物质的存在或者增加而降低的情况。

  图中可以看出一种毒物的毒害作用随着另一种物质的低浓度增加而减少,并在最佳状态后,随拮抗剂浓度的进一步增加而反应速率下降。


  目前研究,发现K会对Na产生拮抗作用,减少Na盐对微生物的毒害作用。吸钾排钠作用  

  主要原理可能是Na+/K+反向转运功能。细菌的生长虽然需要高钠的环境,细胞内的Na浓度并不高,如盐杆菌光介导的H+质子泵具有Na+/K+反向转运功能,即具有吸收和浓缩K+和向胞外排放Na+的能力. K+作为一种相容性溶质,可以调节渗透压达到细胞内外平衡,其浓度高达7mol/L,以维持内外同样的水活度.例如嗜盐厌氧菌、嗜盐硫还原菌及嗜盐古菌是采用细胞内积累高浓度K+来对抗胞外的高渗环境.例酵母中的Na+/K+反向载体可以将多余的盐分排出体外,提高酵母的耐盐性.

5.5 选择合适处理工艺

  不同的处理工艺影响微生物的耐盐范围。以下为报道的几种生物处理方法中NaCl浓度的限制量

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活性污泥工艺

生物滤池

自净化

两段接触氧化法

NaCImg/L

5000~10000

8000~9000

10000~40000

10000

25000~35000

   研究普遍认为生物膜法的耐盐能力大于悬浮活性污泥法。另外, 加设厌养段可以大大提高后继好氧段的耐盐范围。

6 高盐污水生物处理的设计要求

6.1 增设盐度调节池

  盐度变化对稳定的系统产生极大的影响,表现为处理效率的急剧下降和污泥的大量流失。设计时应设立调节池保证盐度的相对稳定。可以在调节池进出口设立电导监测装置,加强盐度的在线的控制于反馈,防止盐度冲击造成处理系统处理的失败。

6.2 减少污泥负荷

  盐度降低生物降解的速率,因此设计负荷要相对减少。很多研究已经证明,在高盐环境下污泥指数降低,因此,不必担心过低负荷造成的污泥膨胀。

6.3 增加污泥浓度

  高盐处理污泥的蓄凝性差,污泥流失严重。因此,在设计中应保证高的污泥浓度。这也是提高处理效率的一种手段。还可以在设计污泥浓缩池时,保证额外的污泥储量,当污泥流失时,迅速补给。

6.4 加大澄清池停留时间

  高盐影响蓄凝性,因此加长的停留时间有力于污泥的沉降。

6.5 加大曝气量

  微生物在高盐环境的适应表现为好氧呼吸速率加大,因此呼吸会造成额外的氧耗量。提高水中溶解氧浓度利于微生物的新陈代谢作用。提供其适应高盐环境的生理要求。

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