（环境工程专业论文）耐盐菌强化mbr处理高盐垃圾渗滤液的试验研究.pdf

中文摘要 针对天津市大港垃圾填埋场渗滤液高含盐量的特殊水质，试验分离富集出四 株耐盐菌种。这四株菌种能够在高盐环境下生存并对有机物具有较好的去除能 力，其中以1 # 与2 # 茵组合投加对渗滤液中的c o d 去除率最高，为4 2 9 。 试验发现，葡萄糖对选定的组合菌去除渗滤液中有机物有很好的共代谢作 用，葡萄糖投加量为4 9 l 时，其去除率高达4 0 6 ，因而选定按渗滤液c o d ： 葡萄糖c o d = 4 ：1 进行共代谢，将共代谢过程与驯化过程合而为一。 试验采用厌氧生物滤池一膜生物反应器串联工艺处理垃圾渗滤液原液。试验 结果表明，稳定运行阶段的a f 反应器在盯为2 4 h 条件下对c o d 的去除率基 本保持在2 0 - - 4 0 之间，认构成a f 出水c o d 的主要组成部分；投加耐盐 菌强化的m b r 反应器对c o d 的平均去除率在投加共基质( 葡萄糖) 阶段为7 0 4 ，纯渗滤液阶段为6 5 2 ，投加p a c 和活性污泥阶段为5 0 左右，整个试验 阶段出水c o d 基本不超过1 0 0 0 m g l 。整套a f m b r 系统对c o d 具有比较良好 的去除效果，最高去除率可达7 8 9 ，最低5 4 5 ，平均去除率为6 8 9 ，系统 运行稳定。 活性炭吸附和分子量分布试验表明，m b r 反应器出水c o d 和引起色度的有 机物主要以难生物降解的小分子有机物为主。这部分有机物很难被反应器中的耐 盐菌所降解或被活性炭吸附，由于不能被膜截留，出水的c o d 和色度仍然比较 高，还必须进行后续的物理化学方法，才能达到国家排放标准。对膜污染的监测 发现，试验采用的垃圾渗滤液以及投加的耐盐菌对膜产生的危害是比较大的，两 次洗膜时间只相隔了1 6 d ；投加2 9 l 的活性炭能够有效地减缓由于微生物引起 的膜污染。 关键词：高盐垃圾渗滤液耐盐菌厌氧生物滤池膜生物反应器 a bs t r a c t c o n s i d e r i n gt h eu n u s u a lw a t e rq u a l i t yw i t hh i g h s a l i n i t yo fl a n d f i l ll e a c h a t ef r o m b i n h a ig a r b a g ed i s p o s a lp l a n t ，t i a n ji n ，f o u rk i n d so fh a l o p h i l e sw e r es e p a r a t e da n d g o te n r i c h m e n tc u l t u r e t h ef o u rk i n d sb a c t e r i u mw e r ea b l e t or e m o v ep a r to f o r g a n i s mu n d e rt h ec o n d i t i o no fh i g hs a l i n i t y , e s p e c i a l l yt h ea s s e m b l a g eo f1 撑a n d2 撑 w h i c hh a d g o tt h eb e s tr e m o v a lo fc o d w i t h4 2 9 g l u c o s eh a se x c e l l e n tc o - m e t a b o l i s mf u n c t i o nt ot h eo r g a n i s mr e m o v a lo ft h e l e a c h a t ea d d e dh a l o t o l e r a n tb a c t e r i u mi nt h ee x p e r i m e n t w h e nt h eg l u c o s ed o s ew a s 4 9 l ，t h er e m o v a lr a t i oc o u l db e4 0 6 t h u st h em i x t u r ew h o s er a t i oo fl e a c h a t e c o dt og l u c o s ec o dw a sf o u rt oo n ew a sa p p l i e dt ot h ee x p e r i m e n tw h i c hm e r g e d t h ec o - m e t a b o l i s ma n da c c l i m a t i z a t i o ni n t ot h es a m ep r o c e s s t h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n tw a sc a r r i e do u tb yu s i n gac o m b i n e db i o f i l mp r o c e s so f a n a e r o b i cb i o f i l t e r ( a da n dm e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r ( m b r ) t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l ti n d i c a t e dt h a t ，u n d e rt h ec o n d i t i o no f2 4 hh r t , t h es t e a d ya fc o u l da c h i e v e c o dr e m o v a le f f i c i e n c yb e t w e e n2 0 - - 4 0 v f aw a st h em a i np a r to fa fo u t l e t t h e m b ri n t e n s i f i e db yh a l o p h i l e sc o u l dr e a c ha na v e r a g ec o dr e m o v a le f f i c i e n c yo f 7 0 4 a d d e dg l u c o s e 6 5 2 i nt h ep r o c e s sw i t h o u tg l u c o s ea n da b o u t5 0 a d d e d p a ca n da c t i v es l u d g e t h eo u t l e to fm b rw a so fs t e a d yw a t e rq u a l i t y 、历t ht h ec o d u n d e r10 0 0 m g lb a s i c a l l y t h ew h o l es y s t e mo fa f m b rh a dg o o da b i l i t yo fc o d r e m o v a lw i t ht h eb e s te f f i c i e n c yo f7 8 9 ，t h ew o r s to f5 4 5 ，t h ea v e r a g eo f6 8 9 a c t i v ec a r b o na d s o r p t i o na n dm o l e c u l a rd i s t r i b u t i o ne x p e r i m e n ti n d i c a t et h a tt h e n o n - b i o d e g r a d a b l es m a l lm o l e c u l eo r g a n i cc o m p o u n d sw a st h em a i nr e a s o no fo u t l e t c o da n dc h r o m ao fm b rr e a c t o r t h e s eo r g a n i s mc o u l dn o tb ed e g r a d e db y h a l o t o l e r a n tb a c t e r i u mo ra d s o r b e db ya c t i v ec a r b o n ，a l s on o th e l db a c kb ym e m b r a n e ， r e s u l ti nc o n c e n t r a t i o no fc o da n dc h r o m ai no u t l e tw e r es t i l lc o m p a r a t i v eh i g h ， w h i c hh a dt ob ed i s p o s e db yf o l l o w i n gp h y s i c a lc h e m i s t r ym e t h o d si no r d e rt os a t i s f y n a t i o ns t a n d a r d a n y w a y , a c t i v ec a r b o no f2 9 lc o u l de f f e c t i v e l ys l o wu pm e m b r a n e f o u l i n gc a u s e db ym i c r o o r g a n i s mi nt h e r e a c t o r k e yw o r d s ：h i g h s a l i n i t yl a n d f i l ll e a c h a t e ，h a l o p h i l e s ，a n a e r o b i cb i o f i l t e r , m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：旅勃 签字日期：矽p7年月6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨凄盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：苏凌 导师签 签字日期：矽汐7 年月多日签字日期：矽p 7 年月多日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液的产生和特点 填埋作为一种城市垃圾处理方式已被国内外广泛应用，在我国目前有9 0 左 右的城市将垃圾是用填埋法处理的【l 】。在城市垃圾填埋的过程中，由于压实和微 生物的分解作用，垃圾中所含的污染物将随水分溶出，并与降水、径流等一起形 成垃圾渗滤液。渗滤液是一种污染很强的高浓度有机废水，其成分主要由垃圾种 类和垃圾成分所决定，并随垃圾填埋场的“年龄”而变化。以往垃圾简单填埋处理 所产生的渗滤液主要依靠下层土地来净化，但随时间的延长和地质构造对污染物 去除容量的有限性，渗滤液会对地下水、地表水及垃圾填埋场周围环境造成污染， 使地表水体缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源，使地下 水质污染而丧失利用价值。有机污染物进入食物链将直接威胁人类健康【2 。为了 防止垃圾渗滤液污染水体，美、英等国家对垃圾填埋场提出了严格的技术要求p j 。 我国也早在1 9 8 9 年颁布了城市生活垃圾卫生填埋技术标准( g j j l 7 8 8 ) ，1 9 9 7 年颁布了生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 - - 1 9 9 7 ) ，对垃圾渗滤液的排 放极限值提出了严格的要求【4 】。 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响，不仅水量变化大，而且变化无规律性。 垃圾渗滤液的产生来自以下五个方面5 1 。 降水的渗入。降水包括降雨和降雪，降雨的淋溶作用是渗滤液产生的主要 来源。 外部地表水的流入。包括地表径流和地表灌溉。 地下水的渗入。当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位，并没有设置 防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内。 垃圾本身含有的水分。这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的 吸附量。当垃圾含水为4 7 时，每吨( t ) 垃圾可产生0 0 7 2 2 t 渗滤液。 垃圾填埋后，微生物厌氧分解产生的水。垃圾中的有机组分在填埋场内分 解时会产生水分。 ) ) ) ) ) 1 2 3 4 5 ，l，k，k， 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 2 垃圾渗滤液的水质特点 通常，垃圾渗滤液中的有机物可分为3 种：1 低分子量的脂肪酸；2 中等分 子量的灰黄霉酸类物质；3 高分子量的碳水化和物类物质、腐殖质类。渗滤液 中的有机成分随填埋时间而变化。填埋初期，渗滤液中的有机物的可溶性有机碳 约9 0 是短链的可挥发性脂肪酸，其中以乙酸、丙酸和丁酸浓度最大。其次的成 分是带有相对高密度的羟基和芳香族羟基的灰黄霉酸。随着填埋时间的增加，填 埋场逐步趋于相对稳定，此时，渗滤液中挥发性脂肪酸含量减少，而灰黄霉酸和 腐殖质类成分则增加。垃圾渗滤液的特性如下： ( 1 ) 有机污染物种类繁多，水质复杂。垃圾渗滤液中含有大量的有机物，含量 较多的有烃类及其衍生物、酸脂类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等。郑曼英 6 j 等对广州大田山垃圾渗滤液有机污染物的分析研究表明，渗滤液中含有 主要有机物7 7 种，其中有芳烃类2 9 种，烷烃、烯烃类1 8 种，酸类8 种， 酯类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种，其他5 种。这 7 7 种有机物中，有可疑致癌物1 种，辅致癌物5 种，被列为我国环境优 先污染物“黑名单”的有机物5 种以上。上述7 7 种有机化合物仅占该渗滤 液中c o d 的1 0 左右。张兰英【7 】等采用g c m s d s 联用技术测定出垃圾渗 滤液中含有9 3 种有机化合物，其中2 2 种被列为我国和美国e p a 环境优先 控制污染物的黑名单【8 】。 ( 2 ) 污染物浓度高和变化范围大。垃圾渗滤液的这一特性是其他污水所无法比 拟的，其中的b o d 5 和c o d 浓度最高可达每升几万毫克，主要是在酸性发 酵阶段产生，p h 达到或略低于7 ，此时b o d 5 与c o d l 值为0 5 o 6 。一般 而言，c o d 、b o d 5 、b o d 5 c o d 随填埋场的“年龄”增长而降低，碱度则 上升。 ( 3 ) 水质水量变化大。垃圾渗滤液水质水量变化大，主要体现在以下方面：产 生量随季节变化大，雨季明显大于旱季；污染物组成及其浓度也随季节变 化，例如，平原地区填埋场在干冷季节渗滤液中的污染物组成和浓度较低； 污染物组成及其浓度随填埋时间而变化。 ( 4 ) 金属含量高。垃圾渗滤液中含有l o 多种金属离子，由于国内垃圾不像国 外某些城市那样经过严格的分类和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属 离子浓度与国外某些城市垃圾渗滤液中金属离子浓度有差异。其中铁浓度 可高达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可达1 2 3m g l ，锌的浓度可达1 3 0m g l ，钙 的浓度可达4 3 0 0m g l 例。 ( 5 ) 氨氮含量高。城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机废 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 6 ) ( 7 ) 水，其中高n h 3 - n 浓度是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一。渗滤液中 的氮多以氨氮的形式存在，约占t n 的7 0 8 0 。当氨氮( 尤其是游离氨) 浓度过高时，会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。 营养元素比例失调。对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是b o d s ： n ：p = 1 0 0 ：5 - i ，而一般的垃圾渗滤液中的b o d 5 p 大都大于3 0 0 ，与微 生物生长所需的磷元素相差较大。 其他特点。渗滤液在进行生物处理时会产生大量泡沫，不利于处理系统正 常运行。由于渗滤液中含有较多难降解的有机物，一般在生化处理后， c o d 浓度仍在5 0 0 - - - 2 0 0 0m g l 范围内。 1 2 垃圾渗滤液处理技术的研究与进展 1 2 1 厌氧一好氧组合工艺处理垃圾渗滤液 1 2 1 i 厌氧生物滤池 厌氧生物处理技术发展至今已有1 0 0 多年的历史。早在18 6 0 年m o u r a s 就采 用厌氧方法处理沉淀的固体物质。2 0 世纪7 0 年代以来，废水厌氧处理技术因其 一系列优点而得到较快的发展，并出现了一批以升流式厌氧污泥反应器 ( u a s b ) 、厌氧滤池( a f ) 等为代表的第二代厌氧反应器处理技术。这些反应 器的共同特点是将污泥停留时间跟水力停留时间相分离，使得厌氧处理高浓度有 机废水所需要的h r t 由原来的数十天缩短为几天，乃至十几或几小时，反应器 所需的容积大大缩小，在保证处理要求的前提下，处理能力大大提高。 厌氧生物滤池a f 是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器。厌氧微 生物部分附着生长在填料上，形成厌氧生物膜，部分在填料空隙间处于悬浮状态 【l o 】。废水流过被淹没的填料，污染物被去除并产生沼气。厌氧生物滤池中，废水 中的有机物在多种微生物和综合作用下，高分子有机物被分解为低分子有机物； 复杂的有机物在厌氧过程中发酵消化转变为简单的易溶解性有机物质，而且大幅 度下降c o d 值，提高污水可生化性t l 。 厌氧生物滤池中可维持相当高的微生物浓度，一般可达5 - 1 5 k g v s s m 3 ，故 a f 能承受较高的有机物体积负荷。由于较高的污泥浓度和长达1 0 0 d 以上的泥龄， a f 具有良好的运行稳定性，较能承受水质或水量的冲击负荷。c h u a 等1 1 2 】通过研 究不同水力负荷下a f 反应器的运行情况发现，当水力负荷在一定范围内成倍增 长时，系统对c o d 的去除效率仅有轻微变化，且经过8 天左右即可恢复至原来水 平；当水力负荷增加至系统无法承受时，便会因v f a 在反应器内的大量积累而导 天津大学硕士学位论文第一章绪论 致系统崩溃，但是，当运行条件恢复到正常水平时，系统仅需3 天即可恢复，这 主要是因为系统中生物膜不仅没有随水流失，而且会重新附着于载体表面继续发 挥作用。同时反应器内泥产率低，运行启动快。有资料报道，生产性a f 在6 0 0d 的运行中没有废弃污泥【l3 1 ，停止运行后再启动比较容易。a f 出水可不回流，但 如果出水回流，可降低进水浓度，减小堵塞的可能性，使填科中生物量趋向于均 匀分布。 口拿大t o r o n t o 大学i 拘h e n r y 1 4 】等在室温条件下采用厌氧滤池( a f ) 分别对年 龄为1 5 年和8 年，c o d 浓度分别为1 4 0 0 0 m g l 和4 0 0 0 m g l ，b o d 5 c o d 分别为 0 7 和0 5 的渗滤液进行了处理研究，结果表明：当容积负荷为1 2 乱1 4 5 k gc o d ( m 3 d ) ，水力停留时间为2 4 9 6 h 时，可达9 0 以上的c o d 去除效率，但随负荷 的提高，处理效率则急剧下降。a f 用于其他高浓度有机废水处理时其负荷虽可 高达5 2 0k g c o d ( m 3 d ) ，但由于渗滤液是一种成分复杂的废水，含有较多的 干扰因素，在低负荷时这些干扰因素并未达到其产生作用的程度，而当负荷提高 后，干扰作用得到体现。因此对于渗滤液的处理，厌氧处理的有机负荷不宜过高。 1 2 1 2 膜生物反应器 膜生物反应器是膜分离技术和传统活性污泥法结合的一种新型的废水处理 技术。由于膜的截留作用，反应器中的生物完全被截留在反应器中，实现了水力 停留时间和污泥龄的完全分离，生化反应器内微生物浓度从3 5 9 l 提高到 1 5 - 2 0 9 l ，生化反应效率提高，出水的s s 和浊度很低，细菌和微生物完全被去除， 出水水质好。由于膜代替了传统的二沉池，设备结构紧凑，占地面积小，在处理 高浓度有机废水方面已得到较多的应用【1 5 - 1 8 】。目前，国内外采用m b r 工艺处理 城市垃圾填埋场渗滤液的研究也已经逐渐开展。 在威尔士地区，已经建立了8 5 个m b r 污水处理厂，其中5 8 个是用于处理垃 圾渗滤液；w o n y o u n ga l a n 2 0 】等人在韩国采用m b r - - r o 技术处理含有大量难 降解污染物和高氨氮浓度的垃圾渗滤液，试验表明，m b r 出水b o d 5 平均值低于 9 m g l ，去除率高达9 7 ；m a s s o u d t 2 i 】等人采用超滤膜一生物活性炭技术 ( u f b a c ) 处理城市垃圾渗滤液得到了9 5 9 8 的t o c 去除率，9 7 的有机 污染物去除率和1 0 0 的s s 去除率。 国内在应用m b r i 艺处理垃圾渗滤液方面起步较晚。罗宇、杨宏毅【2 2 】研究 表明，重金属离子对渗滤液处理造成极大的影响，与常规应用m b r 工艺处理高 浓度有机废水有一定的差别；汪进辉【2 3 】等人采用一体式恒压膜生物反应器处理经 生活污水稀释后的高浓度焚烧场垃圾渗滤液，整个系统对c o d 的去除率维持在 9 0 以上，当垃圾渗滤液和生活污水的比例控制在一定范围内，混合水c o d 在 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 2 0 0 0 m g l 左右时，膜出水不大于1 0 0 m g l ，氨氮去除率也维持在9 0 以上：陈 少华【2 4 】等利用凝胶层析方法分析了垃圾渗滤液中有机物分子量的分布情况，并考 察了利用膜生物反应器( m b r ) 处理垃圾渗滤液系统中有机污染物分子量的分布 以及水溶性腐殖质( b u s ) 含量的变化。研究发现，垃圾渗滤液中的有机物主要由 两部分组成，即分子量大于6 0 0 0 的大分子物质和分子量小于1 5 0 0 的小分子物质。 大分子物质主要是水溶性腐殖质，而小分子物质主要由挥发性有机酸及水溶性腐 殖质组成。大分子的a h s 难以被微生物降解，但能被微滤膜截留。大部分小分子 的a h s 既难以被微生物降解，又不能被膜截留，是构成m b r 处理出水c o d 的主 要成分。 1 2 1 3 厌氧一好氧联合处理 厌氧一好氧处理工艺与单独的厌氧或好氧工艺相比，具有以下特点： ( 1 ) 由于在厌氧段可以大幅度地去除水中的悬浮物和有机物( 视工艺要求而 定) ，其后续好氧处理工艺的污泥量可得到有效地减少，从而设备容积也 可缩小，有报道，在实践中，厌氧一好氧处理工艺的总容积不到单独好氧 工艺的一半； ( 2 ) 厌氧工艺的产泥量远低于好氧工艺( 仅为好氧工艺的1 1 0 1 5 ) 并已高度 矿化，易于处理。同时其后续的好氧处理所产生的剩余污泥必要时可回流 至厌氧段，以增加厌氧段的污泥浓度，并通过水解、酸化和甲烷产生而减 少污泥量，由此可使需要处理的污泥量大为减少； ( 3 )厌氧工艺可对进水负荷的变化起缓冲作用，从而为好氧处理创造较为稳定 的进水条件； ( 4 ) 厌氧处理能耗低和运行费用低，且其对废水中有机物的去除亦可节省好氧 段的需氧量和相应的能耗，从而节省整体工艺的运行费用。 1 2 2 有效微生物( e m ) 技术 有效微生物( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m ，e m ) 最早由日本琉球大学比嘉昭夫 教授研究开发而成【2 引，在农业和畜牧业，e m 已得到广泛的应用。近几年，e m 的应用开始涉及环保领域，尤其在水污染的治理方面发展迅速。a i z h o n gd i n g 等 人【2 6 】采用e m 技术处理垃圾渗滤液，在试验初期得到2 5 4 0 的c o d 去除率， 当e m 形成一层可渗透的生物屏障之后，c o d 的去除率甚至可以高达9 5 ，无机 氨几乎完全被去除。用微生物对环境进行治理尤其是对污水进行处理在国内已经 得到广泛应用。生物直投法是一种治污新模式，通过微生态制剂的直接投放，可 以达到快速处理各种污水的目的，这些微生物可以在短时间内在污水水体迅速繁 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 殖，对污染物进行高效分解。 1 3 高盐废水生物处理技术 1 3 1 高盐废水及其抑制原理 高盐废水是指总含盐质量分数至少1 的废水【2 7 1 。一般来说，无机盐类在微 生物生长过程中起着促进酶反应，维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。但盐浓 度过高，会对微生物的生长产生抑制作用，主要抑制原因在于 2 8 - 3 0 】：1 废水中 盐分含量的高低影响水的活度，从而导致水的渗透压的改变，盐浓度过高时渗透 压高，使微生物细胞原生质分离；2 高含盐情况下酶活性受阻，生物增长缓慢， 产率系数低，例如因盐析作用而使脱氢酶活性降低；3 高浓度氯离子对没有经 过驯化的细菌有毒害作用；4 因水的密度增加使活性污泥的凝聚沉降性能受到 影响。 1 3 2 无机盐对微生物的抑制原理 1 3 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。无机盐对废水生物处理 的影响与其类型和浓度有关，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，如图1 1 【3 。 骼 誊 蜒 鬟 制 化奔伤感蒗 图1 一l 无机盐浓度对生物反应速率的影响 在高盐废水的生物处理中，高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是 天津大学硕j ：学位论文 第一章绪论 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。l 微生物在等渗透压下生长良好。微生物在质量分数为5 - 85g l 的 n a c i 溶液中形态和大小不变，并生长良好；2 在低渗透压( n a c i 浓度为0ig 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( n a c i 浓度为2 0 0 9 l ) 下，微生物水分子大蕈渗 到体外，使细胞发生质壁分离。细菌在不同渗透压下的反应见图1 2 p “。 a 锅畚溶液 b 低；参；骞；瘐c 高 $ 溶液 图i - 2 细菌在不同渗透压溶液中的反应 l 322 淡水微生物在不同盐度下的存活率 不同生活在演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， 仪有部分微生物存活。这是盐度对微生物的一种选择。将演水微生物的存活率定 义为1 0 0 ，当盐度超过2 0 9 l 其存活率低于4 0 。因此，当盐度超过2 0 9 l _ _ 般认为用淡水微生物无法进行处理。罔卜3 为水中盐度对微生物存活率的影响 叫。 量度( 肛) 图】3 水中盐度对微生物存活率的影晌 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 3 高盐废水生物处理对策 1 3 3 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【3 2 1 。 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【3 3 】，在盐度小于2 0 9 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。 1 3 3 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。 1 - 3 3 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 3 4 - 3 6 1 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。图l - 4 为部分适盐微生物形态的电 镜图f 3 l 】。 无津大学硕士学位论文第一章绪论 簪 熊糍 黎 e 。一，、；：撼 ，j - ，蔼i fg l l ，：t 要j 0 j 瞳+一 、- 。 ；? l 醛懑鋈 k ：。 _ - t 。整。一 蕊、p lm6 0n0 。爨南 和 一 札 一 、o ：、： ：边 。： 。魂一 k 图1 - 4 部分适盐微生物形态的电镜图 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。图l 一5 为接种嗜盐菌与其他方法处理效果的对比。 时间似) 图1 5 活性污泥培养过程中的c o d c ，随时间变化情况 帅阳们加舶0 一苎阱篷悄】。eu 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 3 3 4 选择合适的处理工艺 不同的处理工艺影响微生物的耐盐范围。表1 - 1 为报道的几种生物处理方法 中n a c l 浓度的限制量【3 1 1 。 表1 1 几种生物处理方法中n a c l 浓度的限制量 l 污泥处理活性污泥工艺生物滤池自净化两段接触氧化法 ln a c i ( m g l ) 5 0 0 0 1 0 0 0 08 0 0 0 9 0 0 010 0 0 0 4 0 0 0 01 0 0 0 02 5 0 0 0 3 5 0 0 0 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，加设厌氧段 可以提高后继好氧段的耐盐范围。 1 3 4 嗜盐菌及耐盐菌的研究 嗜盐微生物是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【3 7 】： ( 1 ) 海洋菌：最佳生长盐度l 3 ； ( 2 ) 中度嗜盐菌：最佳生长盐度3 1 5 ； ( 3 )极度嗜盐菌：最佳生长盐度1 5 3 0 。 耐盐微生物是指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的微生物。耐盐菌也称为兼性嗜盐菌( f a c u l t a t i v e h a l o p h i l c s ) ，能够在有盐和无盐环境中生长、繁殖。耐盐度最高可达2 0 。有研 究表明，耐盐菌的生长主要受如下几个因素的影响【3 8 】： ( 1 )时间：耐盐菌的调整期一般在2 4 小时左右，培养2 4 小时后进入对数期增 长： ( 2 ) 环境盐浓度：随着环境盐浓度的升高耐盐菌的生长速率下降，调整期延长； ( 3 ) 高盐环境中的生长素：生长素对于在高盐环境中耐盐菌的生长是十分必要 的。同时，生长素可以提高耐盐菌的耐盐浓度，在调节耐盐菌胞内渗透压 的过程中，起着十分重要的作用； ( 4 )混合盐类：各种阳离子、阴离子都会不同程度的对耐盐菌的生长产生影响； ( 5 )重金属离子：重金属离子会对耐盐菌的生长产生抑制作用，两价阳离子比 一价阳离子的抑制作用更强。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 4 研究的目的及主要内容 1 4 1 研究目的 由于天津滨海垃圾填埋场渗滤液高含盐量、高毒性，使用普通的生物处理工 艺启动时间长，效果也不甚理想。试验所用生物处理工艺在本试验开始前曾运转 过近一年时间，其中c o d 去除率a f 反应器为1 0 , - , 2 0 ，m b r 反应器平均去 除率为2 2 3 ，整套工艺对有机物的去除率不超过5 0 ，处理效率并不理想。 因此采用微生物技术对垃圾渗滤液中微生物进行分离并筛选，以找到一株或几株 能够在该种垃圾渗滤液存活，并能有效降解其中有机污染物的专性微生物，以提 高工艺的处理效果。 1 4 2 研究内容 1 筛选和培养既能承受该渗滤液较高的盐度负荷，又能在此基础上有效降解有 机污染物的高效耐盐菌并通过批试试验确定投加方式和投加量； 2 研究投加耐盐菌强化m b r 反应器对c o d 、氨氮及色度等物质的去除情况以 及对反应器进行改良运行的效果； 3 分析在投加耐盐菌、渗滤液含盐量较高、毒性较大的情况下膜污染的程度及 防止膜污染的有效方法。 天津大学硕士学位论文第二章试验装置与分析方法 第二章试验装置与分析方法 2 1 试验原水水质特征 试验使用的垃圾渗滤液取白天津市大港垃圾填埋场，试验期间主要水质参数 变化范围如下表所列： 表2 1 大港垃圾渗滤液水质特征 c o d b o d 5 氨氮t n t p 电导率 项目 ( r a g l 1 )( m g l 。1 )( n a g l 1 )( m g l - 1 ) ( m g l 。1 ) ( m s c m - 1 ) l4 6 4 35 7 91 0 5 51 7 8 3 56 6 82 4 3 6 范围 8 6 3 2 1 3 4 6 1 - 5 0 7 2 刀0 3 4 2- 1 9 3 35 4 6 8 s s 水温 色度全盐量c l 。 项目 p h “m g l - 1 ) p c u ( m g l 。1 )“m g l 。1 ) 1 0 57 5 61 11 5 0 068 0 l27 4 7 7 范围 2 1 6 48 9 5 3 8, - - 5 4 0 0 2 08 1 69 4 9 8 1 由表2 1 可知，大港垃圾渗滤液的水质特征有：c o d 浓度较高高且变化范围 很大，以溶解性有机物为主； b o d 5 c o d 最高仅为0 0 6 ，可生化性极差，以难 降解有机物为主；营养不均衡，尤其是磷含量低，且氨氮变化范围较大，符合一 般垃圾渗滤液的营养特点；溶液偏碱性，色度较高，有时可达上千p c u ：该垃圾 渗滤液最突出的特点是盐度高，含盐量为0 6 8 , - - 2 1 ，比一般垃圾渗滤液的含 盐量要高得多，且其中约5 0 的盐度是为氯离子。 天津大学硕士学位论文第二章试验装置与分析方法 2 2 微生物试验方法 2 2 1 试验材料 恒温生化培养箱：l r h 2 5 0 a 型； 迪转式恒温调速摇瓶柜：y p l i 型： 洁净工作台：s w - c j m m 型； 全自动立式高压蒸汽灭菌器：y x q l s 2 0 si i 型： 培养皿：直径9c m ： 试管：1 8c m x l 8c m ； 光学显微镜：x s p c 2 0 3 型； 低速离心机：l d 5 - 2 a 型； h a n n a 浊度仪：l p 2 0 0 0 i i 型； 恒温振荡器：s h z 一8 2 型； 接种棒、酒精灯、镊子、微量移液管等。 2 2 2 试验方法 2 2 2 1 培养基的制备 培养基是人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养物质，用以 培养、分离、鉴定、保存各种微生物或积累代谢产物。在自然界中，微生物种类 繁多，营养类型多样，加之实验和研究的目的不同，培养基的种类很多。由于关 于耐盐菌培养基的成分及制备方法国内外均无相关报道，本试验参考用于培养嗜 盐菌的g i b b o n s 改良培养基，并对其中的营养成分减半，同时调整n a c l 的含量， 以使其更加适用于垃圾渗滤液中耐盐菌的生存。 培养基的成分为：柠檬酸钠，1 5 9 ；酵母浸粉，5 9 ；细菌琼脂粉，2 0 9 ；胰 蛋白胨，2 5 9 ；氯化钠，1 6 5 9 ；氯化钾，l g ；七水合硫酸镁，1 0 9 ；l - 铬胺酸， 2 5 9 ；无菌水，1 0 0 0 m l ；p h = 7 o 8 0 。 试验用无菌水为垃圾渗滤液经厌氧一好氧处理出水经过消毒获得。 2 2 2 2 耐盐菌的分离 耐盐菌株的分离采用稀释平板法，该方法普遍用于微生物的分离与纯化。接 种液为垃圾渗滤液原液和好氧出水，分离具体步骤为： ( 1 ) 取6 支试管，第一支试管中为接种液，其他试管中分别加入9 m l 无菌水， 分别编号为1 # 、2 # 、3 # 、4 # 、5 # 、6 # 、7 # ； 天津大学硕士学位论文第二章试验装置与分析方法 ( 2 )用经过灭菌的微量移液管从1 革试管中吸取l m l 接种液加入2 # 试管中， 并在试管内轻轻吹吸数次，使之充分混匀，即成l o 。渗滤液稀释液，同样 方法一次连续稀释至1 0 r 6 渗滤液稀释液： ( 3 )取稀释浓度为1 0 、1 0 。2 、lo 3 、1 0 4 、l o j 、1 0 。6 的接种液稀释液各i m l 加 入已制好的培养皿中，轻轻晃动使之均匀涂布在固体培养基上，倒置与 3 7 的恒温培养箱中培养3 天左右，每个稀释浓度做3 个平行样。 以上操作均为无菌操作，在洁狰工作台上进行。 2 。2 2 3 耐盐菌的纯化 对分离出的耐盐菌进行纯化培养，纯化方法采用平板划线法，基本步骤如下： 将接种环置于酒精灯上方火焰灭菌，4 s 后用接种环在酒精灯上方挑取相应的菌 株一环，在已制好的培养基上划线，划线方法为连续划线法。划线完毕倒置与 3 7 ( 2 恒温培养箱中培养。每种菌株做3 个平行样。 2 3 生物处理试验装置 本试验采用厌氧一好氧串连方式处理垃圾渗滤液，其中厌氧段采用厌氧生物 滤池a f ，好氧段采用膜生物反应器m b r 。 2 3 1a f 反应器 2 3 1 1 填料 在厌氧生物滤池中，填料为厌氧微生物提供附着生长的表面积，填料的空隙 率、比表面积对反应器所能承受的有机负荷、处理效果都有较大影响。v a nd e n b e n g 等人在研究填料时发现，并非比表面积越大越好；s o n g 和y o u n g 在研究填 料对厌氧滤池的影响时发现，填料的比表面积对滤池运行影响很小，而填料对水 流的再分配状况有更重要的影响。因此，他们认为填料充填方式以及填料本身的 形状至关重要。 试验用填料为天津大学研究开发的c l s i 型塑料填料，其形状为内有支架 外有尾翅的空心圆柱体，因此该种填料能够提供较大的内比表面积，从而避免生 物膜受到过度的冲刷而大量脱落，保证了反应器内足够的生物量，增加了反应器 耐水量水质冲击负荷能力。并且填料的特殊结构避免了反应器的堵塞，增强了系 统的运行稳定性。填料的基本技术参数如表2 2 所示。 天津大学硕士学位论文第二章试验装置与分析方法 表2 - 2 填料的技术参数 内比表 总比表堆积密 空隙率 型号外型规格m m 面积面积度 m 2 i l l 3| 心m - 3 k g m - 3 l o ，h = c l s i l o ，壁厚6 2 6 35 2 71 2 0 08 3 0 3 - - 0 9 前期试验确定a f 反应器中填料填充率为5 0 ，即填料高度为0 6 4m 。 2 3 1 2 反应器 厌氧生物滤池为一个直径为1 0 0 m m ，高为15 0 0 m m 的有机玻璃柱，其有效 容积为1 0 l ，有效水深为l2 8 0 m m ，设计水力停留时间h r t 为1 0 h ，原水从混合 沉淀槽进入厌氧反应器，进水方式为上流式。沿反应器长度共设有8 个直径分别 为1 0 m m 和2 0 m m 的取样口，用于对滤池不同位置处的填料和水样进行分析监测。 为防止填料上浮，在反应器上方以不锈钢顶盖通过螺栓与反应器固定并连有一气 体收集装置。反应器填料投加比为5 0 。试验装置详见图2 1 。 天津大学硕士学位论文第二章试验装置与分析方法 a f 反应器 图2 1 厌氧生物滤池试验装置示意图 2 3 2m b r 反应器 小试规模的膜生物反应器，其装置示意图如图2 - 2 所示： 图2 2 膜生物反应器试验装置示意图 出水 天津大学硕士学位论文第二章试验装置与分析方法 ( 1 ) 储水箱：为试验储备原水。尺寸( 伽n ) ：3 5 0 x 3 5 0 x 4 7 0 ，v 有效= 5 0 l 。 ( 2 ) 恒位水箱：向m b r 补水，并由高低液位计控制水位恒定。尺寸( r a m ) ： 5 0 0 x 1 0 0 x1 5 0 ，v 有效= 5 2 5 l 。 ( 3 ) 反应器：由透明有机玻璃柱加工而成。d = l o o m m ，h = 1 2 0 0 m m ，v 有效= 6 l 。 下设进水口、排泥口和曝气装置，沿m b r 高度方向设四个取样口。 ( 4 ) 中空纤维膜组件：采用天津膜天膜技术公司生产的聚偏氟乙烯0 v d r ，单 体结构c f 2 = c f 2 ) 中空纤维微滤膜。将膜丝弯曲成u 型，两端并拢固化粘合，切齐 装入塑料封头，露出纤维膜内孔径，加封盖( 顶部有汇集出水口) 。膜组件参数 见表2 3 。 表2 - 3 膜组件参数 孔径，岫 0 2 2中空纤维长度，n h n6 0 0 内多 1 - 径，m i l l0 5 0 8适用温度， 5 0 1 5 0 膜面积，m 2 o 3 比通量，l 1 1 m 2 m 2 4 1 注：膜比通量是指单位操作压力下单位时间内单位膜面积透过溶剂的量。 ( 5 ) 自动控制箱：主要组件是可编程控制器( p l c ) ，高、低液位计及相应设 备