鹽度對(duì)厭氧系統(tǒng)處理效果的影響

于保同+郭瑞莉+張金誠(chéng)

【摘 要】低濃度鹽對(duì)厭氧微生物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，高濃度鹽對(duì)厭氧微生物有抑制作用，鹽濃度過(guò)高易導(dǎo)致厭氧污泥活性降低，甚至?xí)绊懳勰嘀屑?xì)菌間的平衡，最終導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)失衡。

【Abstract】The low concentration salt has promoting effect on anaerobic microbial growth， high salt concentration has inhibitory effect on anaerobic microorganisms， the high concentration of salt can easily reduce the activity of anaerobic sludge， and even some balance between bacteria of sludge，finally result in anaerobic system imbalance.

【關(guān)鍵詞】鹽度；厭氧；微生物；滲透壓；抑制；COD

【Keywords】salinity； anaerobic； microorganism； osmotic pressure； inhibition； COD

【中圖分類(lèi)號(hào)】X703.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0194-03

1 引言

鹽類(lèi)在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中起著重要作用，尤其是維持膜平衡、調(diào)節(jié)滲透壓和促進(jìn)酶反應(yīng)等方面。一般來(lái)說(shuō)，低濃度鹽對(duì)厭氧微生物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，高濃度鹽對(duì)厭氧微生物有抑制作用。鹽濃度過(guò)高易導(dǎo)致厭氧污泥活性降低，甚至破壞污泥中幾大細(xì)菌間的平衡，最終導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)失衡。

2 鹽度對(duì)微生物的抑制原理

鹽度對(duì)微生物的抑制原因主要?dú)w納為[1]：①鹽度過(guò)高時(shí)滲透壓過(guò)高，微生物脫水引起細(xì)胞質(zhì)壁分離；②高鹽情況下的鹽析作用導(dǎo)致脫氫酶活性降低；③高氯離子濃度對(duì)細(xì)菌有毒害作用；④高鹽情況下會(huì)使水的密度增加，導(dǎo)致活性污泥上浮流失，微生物數(shù)量減少。含鹽廢水對(duì)污水處理系統(tǒng)中生物的毒害作用主要是通過(guò)升高的環(huán)境滲透壓來(lái)破壞微生物的細(xì)胞膜和菌體內(nèi)的酶，進(jìn)而影響微生物的生理活動(dòng)。隨濃度升高鹽度對(duì)微生物的影響可分為刺激作用、抑制作用和毒害作用三大類(lèi)[2]，見(jiàn)圖1。

①微生物在等滲透壓（ρNaCl=5～8.5g/L）下，形態(tài)和大小不變，生長(zhǎng)良好；②在低滲透壓（ρNaCl≤0.1g/L）下，水分子大量滲入微生物體內(nèi)，細(xì)胞發(fā)生膨脹甚至破裂，導(dǎo)致微生物死亡；③在高滲透壓（ρNaCl≥200g/L）下，微生物體內(nèi)水分子大量滲到體外，細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。

3 鹽度對(duì)厭氧系統(tǒng)處理效率的影響

3.1 鹽度對(duì)甲烷產(chǎn)量的影響

產(chǎn)甲烷菌活性會(huì)受到鹽度的抑制，高濃度鹽的抑制作用主要來(lái)自陽(yáng)離子，其中Na+是最普遍的一種；陰離子的影響較小，但硫酸鹽對(duì)產(chǎn)甲烷菌抑制作用不可忽略。A.Rinzema等[3]提出ρNa+在0.23～0.35g/L時(shí)，產(chǎn)甲烷菌的活性最佳。當(dāng)ρNa+>10～16g/L，甲烷的產(chǎn)生會(huì)被強(qiáng)烈抑制甚至中止。

Arjen R [4]對(duì) UASB反應(yīng)器中鹽度對(duì)硝化的影響進(jìn)行了研究：在固定的pH（6.5～7.2）下，鹽度越高，乙酸硝化產(chǎn)生甲烷的量越少，即鹽度為5000mg/L、10000mg/L、14000mg/L時(shí)，甲烷生成量減少10%、50%、100%。

3.2 Cl-濃度對(duì)微生物活性的影響

高氯離子濃度對(duì)微生物有毒害作用。當(dāng)Cl-濃度大于2000mg/L時(shí)，微生物的活性將受到抑止，COD去除率明顯下降；當(dāng)Cl-濃度大于8000mg/L時(shí)，會(huì)造成污泥體積膨脹，水面泛出大量泡沫，微生物會(huì)相繼死亡。

3.3 鹽度對(duì)厭氧系統(tǒng)其他方面的影響

高鹽度會(huì)使水的密度增加， 導(dǎo)致污泥沉淀性能下降，造成污泥流失；高鹽度會(huì)影響出水濁度等方面的不良影響。

4 針對(duì)鹽度變化應(yīng)采取措施

4.1 降低厭氧系統(tǒng)鹽度

這種方法改變了微生物生長(zhǎng)環(huán)境，提高微生物活性，但存在投資高或運(yùn)行成本高或設(shè)備易老化等現(xiàn)象。

①降低系統(tǒng)的入水鹽濃度。主要通過(guò)物理化學(xué)的方法直接降低入水鹽濃度，如電化學(xué)、蒸發(fā)-結(jié)晶、反滲透、超濾等方法。采用物化方法時(shí)有些工藝處理成本高，有些工藝處理效率低，且不能從本質(zhì)上去除鹽分，會(huì)生成新的污染物；若之前沒(méi)有配套該處理工藝，需在原有工藝的基礎(chǔ)上，增添新設(shè)施，增加資金投入。還有一種最簡(jiǎn)單的方法就是稀釋進(jìn)水鹽度，這種方法易于操作和管理；但會(huì)增加處理規(guī)模、基建投資、運(yùn)行費(fèi)用，浪費(fèi)水資源。②利用系統(tǒng)自身降低鹽濃度。當(dāng)進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)的高鹽廢水以Ca2+、Mg2+等易生成沉淀的金屬離子為主時(shí)，隨系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生H2S、CO2，與這些金屬離子反應(yīng)，生成硫化鹽、碳酸鹽沉淀，陰離子則有部分生成H2O和不溶化合物，降低鹽濃度。這種方法需要系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且處理效率高，會(huì)有大量氣體產(chǎn)生，對(duì)系統(tǒng)的控制要求比較嚴(yán)格。同時(shí)生成的固體沉淀會(huì)沉積在系統(tǒng)內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間累積會(huì)影響系統(tǒng)污泥活性，降低系統(tǒng)處理效率，且易對(duì)反應(yīng)器及其他設(shè)備造成磨損，故需要經(jīng)常排砂。

4.2 改變微生物適鹽性

這種方法只能利用適應(yīng)一定鹽度的微生物來(lái)提高處理效率，但不能降低鹽度，鹽分還存留于系統(tǒng)中，易出現(xiàn)管道結(jié)垢、內(nèi)部積砂、出水鹽度超標(biāo)等現(xiàn)象。

①添加拮抗劑。拮抗作用是指一種毒物的毒害作用因另一種物質(zhì)的存在或者增加而降低的情況。毒物的毒害作用隨著拮抗劑濃度的增加而減弱，并在最佳狀態(tài)后，隨拮抗劑濃度的進(jìn)一步增加而毒害作用加強(qiáng)。研究表明鉀鹽可減少鈉鹽對(duì)微生物的毒害作用，對(duì)鈉鹽有拮抗作用。原因可能是Na+/K+反向轉(zhuǎn)運(yùn)功能。如鹽桿菌具有吸收和濃縮K+并向胞外排放Na+的功能。K+作為一種相容性溶質(zhì)，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的平衡，其濃度高達(dá)7mol/L，以維持內(nèi)外同樣的水活度。如嗜鹽厭氧菌、嗜鹽硫還原菌及嗜鹽古菌是通過(guò)細(xì)胞內(nèi)積累高濃度K+來(lái)對(duì)抗胞外的高滲環(huán)境。如酵母中的Na+/K+反向載體可將多余的鹽分排出體外，提高酵母的耐鹽性。②馴化淡水微生物。淡水微生物進(jìn)入一定濃度的含鹽環(huán)境內(nèi)，會(huì)通過(guò)自身的滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)，調(diào)節(jié)機(jī)制包括聚集低分子量物質(zhì)形成新的胞外保護(hù)層、調(diào)節(jié)自身的代謝途徑、改變基因組成等，因此，活性污泥可以在一定鹽度范圍內(nèi)通過(guò)馴化來(lái)處理含鹽廢水。通過(guò)污泥馴化可以擴(kuò)大微生物耐鹽范圍，但其耐鹽范圍有限，且對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水的鹽度要求較高，不能忽高忽低，否則會(huì)導(dǎo)致微生物大量死亡。研究認(rèn)為，鹽度小于20g/L時(shí)，可通過(guò)馴化微生物來(lái)處理廢水，但鹽度須逐步提高至系統(tǒng)的要求水平，突然的高鹽環(huán)境會(huì)導(dǎo)致馴化的失敗和啟動(dòng)的延遲。馴化只是微生物為適應(yīng)環(huán)境做出的暫時(shí)生理調(diào)整，不具遺傳性。③接種適鹽微生物。處理高鹽污水的一種有效的方法為接種或者基因固定化適鹽微生物，能處理超過(guò)3%的高鹽廢水，這是馴化法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。此法篩選出的能夠去除特定污染物的適鹽菌具有很高的專(zhuān)性降解能力，能大大提高處理效果。此法的缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，前期費(fèi)用高。但是對(duì)高鹽廢水的生物處理是可行的。

5 案例分析

以某造紙廠污水處理厭氧系統(tǒng)（UASB）運(yùn)行為依據(jù)，初步探討鹽度對(duì)厭氧系統(tǒng)處理效率的影響。

該造紙廠生產(chǎn)原料中夾帶大量鹽分，其中陽(yáng)離子以鈣鎂為主，進(jìn)入污水處理系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水鹽度超過(guò)10000mg/L，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入U(xiǎn)ASB系統(tǒng)的鹽度還保持在10000mg/L左右，因?yàn)閁ASB系統(tǒng)進(jìn)水鹽度過(guò)高，對(duì)微生物活性影響較大，系統(tǒng)處理效率保持在較低水平；且管道結(jié)垢嚴(yán)重，影響出水量，當(dāng)進(jìn)水量較大時(shí)，易造成厭氧系統(tǒng)溢水，給工藝調(diào)控帶來(lái)困擾。

經(jīng)過(guò)UASB系統(tǒng)預(yù)處理工藝調(diào)控，將UASB系統(tǒng)進(jìn)水鹽度大幅度降低，最終能夠保持在6000mg/L以下，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)恢復(fù)，處理效率也逐步提高，最終保持在85%的COD處理效率。

5月份數(shù)據(jù)顯示UASB系統(tǒng)進(jìn)水鹽度在10000mg/L左右，COD處理效率在70%以下，5月下旬開(kāi)始著手控制UASB系統(tǒng)進(jìn)水全鹽量濃度，通過(guò)預(yù)處理段工藝調(diào)控，因水中鹽分以鈣鎂離子為主，預(yù)處理選擇投加相關(guān)化學(xué)藥劑將鈣鎂離子析出，通過(guò)沉淀和氣浮工藝將懸浮物去除，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月調(diào)試，最終能將UASB系統(tǒng)進(jìn)水鹽度控制在6000mg/L左右，由圖表可以看出6、7月份UASB系統(tǒng)COD處理效率穩(wěn)定上升，最終穩(wěn)定在85%左右。

6 結(jié)論

高鹽度廢水對(duì)厭氧系統(tǒng)微生物活性影響較大，采用物化方式降低鹽度運(yùn)行成本較高，不符合大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)的利益要求；生化處理方式勢(shì)在必行，在未來(lái)的發(fā)展與創(chuàng)新過(guò)程中，應(yīng)不斷優(yōu)化與完善，為我國(guó)的污水處理工作提供充分保障。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】 Rinzema A，van Lier J，Lettinga G. Sodium inhibition of acetoclastic methanogens in granular sludge from a UASB reactor [ J]. Enzyme Microb. Technol. ，1988，10（ 1）：24- 32.

【4】 Arjen Rinzema. Sodium inhibition of acetoclasetic methanogens in granular sludge from a UASB reactor[J].Enzyme and Miob Technol[J]. 1988，10（1）：24-32.