（环境工程专业论文）耐盐微生物的培养与hbpac强化处理高含盐废水的研究.pdf

南京理工大学硕士学位论文 摘要 本文研究的重点是通过两级强化的活性污泥法在高含盐有机工业废水处 理中的应用。第一级强化技术是将普通污泥中的微生物培养驯化为耐盐微生 物，在耐盐生物培养过程中，观察污泥中的生物种类、生物性能的变化以及 污泥性能的变化，研究经过培养的耐盐微生物对于高含盐有机工业废水处理 效果；第二级强化技术是在含有耐盐微生物的活性污泥中投加粉末活性炭， 即h b p a c 法，本文主要从耐冲击负荷能力、污泥沉降性能、对废水的处 理效果、动力学参数等几个方面讨论h b p a c 处理高含盐有机工业废水的 高效性。本文的实验结果将为高含盐有机工业废水处理工程的设计与运行提 供有力的理论依据和实验指导，而且对于h b p a c 技术的研究以及同类废 水的处理都具有参考价值。 关键词：耐盐微生物，培葬，高含盐有机废水，生物强化技术，h b p a c 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 a b s t r a c t t h es a l i n e w a s t e w a t e r ，e s p e c i a l l yt h eh y p e r s a l i n eo r g a n i cw a s t e w a t e rh a d u n f a v o r a b l ee f f e c to nt h ec o n v e n t i o n a lb i o l o g i c a lt r e a t m e n tc u l t u r e s i nt h i sp a p e r t w ob i o a u g m e n t a t i v et e c h n o l o g i e sw e r e g i v e n f i r s t l ya c c l i m a t i n gh a l o p h i l i c m i c r o o r g a n i s m s e c o n d l ya d d i n gt h ep o w d e r e da c t i v a t e dc a r b o n ( p a c ) t ot h e h a l o p h i l i cs l u d g e ( n a m e l yh b p a c ) i ts t u d i e dt h ev a r i e t yo fm i c r o o r g a n i s m k i n d s ，m i c r o o l g a n i s m c h a r a c t e r i s t i c sa n d s l u d g e c h a r a c t e r i s t i c s d u r i n g t h e a c c l i m a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo f h a l o p h i l i cs l u d g e s y s t e m ( n a m e l yh s s ) w a sb e t t e rt h a nt h ec o n v e n t i o n a ls l u d g es y s t e m b yt h e e x p e r i m e n t t h e o p t i m a l c o n c e n t r a t i o no fp a cw a so b t a i n e d t h e nt h i s p a p e r c o m p a r e dt h eh b p a ca n dh s sb ys o m ep e r f o r m a n c e ss u c ha ss h o c kl o a d i n g ， s l u d g ec h a r a c t e r i s t i c ，o x y g e nu p t a k er a t e a n dk i n e t i cc o e f f i c i e n t s t h er e s u l t s i n d i c a t e dh b p a c t e c h n i q u ec o u l dj n c r e a s et h er e m o r a je f f i c i e n c yt h a nt h eh s s t e c h n o l o g y i tw a sv a l u a b l et ot h ed e b u g g i n go fh y p e r s a l i n eo r g a n i cw a s t e w a t e r t r e a t m e n te n g i n e e r sa n di tw o u l dp r o v i d et h e o r e t i cb a s i sf o ra p p l y i n gh b p a c t r e a t m e n tt e c h n i q u ei nh y p e r s a l i n eo r g a n i cw a s t e w a t e r k e y w o r d s ：h a l o p h i l i c m i c r o o r g a n i s m ，a c c l i m a t i o n ，h y p e r s a l i n eo r g a n i c w a s t e w a t e r ，b i o - a u g m e n t a t i v et e c h n i q u e ，h b p a c i i 南京理工大学硕士学位论文 1 引言 水是生命之源，是地球上唯一不可替代的自然之源。地球上总量约有1 3 6 0 0 0 万立方公里，其中有9 7 以上分布在海洋中。淡水湖的水量仅约1 2 6 0 0 0 立方公里， 这些水除大量蒸发外，只有3 7 5 0 0 立方公里左右可供生活及工农业使用。人类社会 为了满足生活和生产的需要，要从各种天然水体中取用大量的水。生活用水和工业 用水在使用后j 就成为生活污水和工业废水，他们被排出后，最终又流入天然水体， 水中人类社会中构成了一个社会循环。社会循环取用的水量仅占总水量的数百分之 一，然而就是这些在比例上似乎微不足道的水，却在社会循环中表现人与自然在水 量和水质方面都存在着巨大的矛盾。水体环境保护和水治理的任务就是调查研究和 控制解决这些矛盾，保证用水和废水的社会循环能够顺利进行川。 工业废水是水体污染的主要来源，我国工业废水排放量占全国废水排放总量的 6 2 ，工业废水处理率平均为7 2 ，排放达标率为5 4 。在我国工业生产中，仍然 延用高消耗、低效率的粗放型方式，造成资源、能源利用率低，污染物产生量大， 结构型污染突出i “。一些重污染工业如造纸工业、农药工业、医药工业以及合成纤 维工业等所排放的废水中除了含有有机需氧物质、化学毒物、无机固体悬浮物，酸、 碱、热病原体之外，还含有大量的无机盐分，如n a + ，c a 2 + ，c 1 ，s 0 4 2 - 等，在废水 处理过程中，这些盐分将对设备和管道产生一定的危害，对处理效果( 尤其采用生 物处理技术时) 产生很大的影响，因此，应重点研究一些能有效处理这种含有大量 无机盐的工业废水的强化技术。 目前，处理废水处理方法主要分为物理法、物理化学法和生物法。而生物处理 法由于具有独特优势而备受青睐，因此，环境治理专家对环境生物技术及其应用进 行了越来越深入的研究。环境生物技术是利用生物的生理活动，建立高效净化污染 环境以及将污染物转化能源的人工生态系统。它是应用于环境污染治理方面的生物 j 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 技术，是近2 0 年来产生的- i l 新型的边缘学科，主要涉及生物技术、工程学、环境 学和生态学等学科。它不仅包含量生物技术所有的特点，还融合了环境污染防治以 及其它工程技术。将环境生物技术应用于污水处理主要具有以下优点【】：生物既 具有很强的吸附能力，又具有良好的沉降性能，处理废水的效果好；生物具有很 强的降解能力，处理效率高：可处理的水量大，方法成熟；成本低，无二次污 染。目前，生物强化处理技术也取得了一定的进展，主要强化方法有【5 】：投加有 效降解的微生物；投加铁盐或活性炭之类的物质，可刺激微生物生长，提高处理 效果；投加遗传工程菌( g e m ) 。 1 1 高含盐废水的主要来源及其环境问题分析 高含盐废水是指含有有机物和至少3 5 的总溶解固体物t d s ( y o t a ld i s s o l v e d s o l i d ) 的废水，在这些废水中除了含有有机污染物外，还含有大量的无机盐，如c l 。， s 0 4 2 ，n a + ，k + ，c a 2 + 等离子，含盐量般以n a c l 的量计【6 1 。按照含盐废水的来源 可以将含盐废水分为： 海水直接利用过程中排放出的废水我国海岸线较长，沿海城市发展较快， 同时也是沿海城市也是主要的缺水地区，因此实行海水直接利用，能够实现大规模 的开源节流，缓解沿海地区淡水紧缺的局面，这是目前含盐废水的的主要来源f 7 j 。 随着工业的发展，海水征工业中的应用越来越广泛，海水可用作工业冷却水，日本 工业用水量的4 0 0 一5 0 为海水，西欧六国2 0 0 0 年海水利用量达到2 5 0 0 亿m 3 ，我 国沿海城市直接利用海水工业作为冷却水的历史较早，但发展缓慢，目前，全国每 年海水和用量约为6 0 亿m 3 ；在建材、印染、化工等行业，海水可以直接作为生产 用水，如用海水为原料可制成各种建筑用管材，青岛、天津等碱厂用海水代替淡水 用于化盐等工艺i s , 9 。海水在工业中的广泛应用增加了含盐废水的排放，提高了废水 处理的难度。 含盐工业废水建材、印染、化工、纺织、制药、海产品加工等工业部门 2 南京理工大学硕士学位论文 排放有机工业废水含有高浓度的无机盐类( 主要为氯化钠和硫酸盐等) ，如染料中间 体对氨基偶氮盐酸的生产废水中c l 一浓度高达1 0 0 9 l ，多菌灵农药废水c a c l 2 的浓度 为1 4 3 9 l t l 1 2 1 。 清洁生产过程产生的废水目前，清洁生产越来越受人们的青睐。但是，清 洁生产过程必然产生额外的含盐废水，清洁生产虽然能减小污染，但不能完全消除 污染，清洁生产的结果是有机物污染物减少，无机污染物增加【l 。 部分地下水地埋式处理垃圾的溢出物和工业废水对地下水的污染，使地下 水的盐度增加，另外，海水的渗透也会使地下水的盐度增加1 4 , 1 5 1 。如河北平原地区 浅层地下咸水，总溶解固体浓度达到5 扎左右u 6 1 。 1 2 耐盐微生物的研究进展 由于目前海水的大量利用导致了含盐废水的目益增加，而利用环境生物技术处 理废水是有效且经济的方法，由于耐盐菌具有独特的结构组成、生理功能和代谢产 物，许多学者对其在生物电子、能源开发、发酵生产、环境保护等领域开展了应用 研究，他们对耐盐细菌的分类、生理特性、营养构成等进行了较为广泛的研究【l 7 2 3 o 耐盐细菌可分为弱嗜盐菌，中度嗜盐菌，极度嗜盐菌。嗜盐菌多生长在盐湖、 盐碱湖、死海、盐场和海洋中，我国西藏、青海和内蒙古等地都有数量众多的含盐 量高的盐湖和盐碱湖，嗜盐微生物资源十分丰富。非嗜盐菌是指在含盐浓度不高于 1 的介质中能良好生长，在普通生物法的活性污泥以及在淡水和陆地生态系统中的 细菌是指能在盐度不高于1 ( 以n a c l 计，以下同) 的介质生长的耐盐菌；弱嗜盐 菌是指适于生长在含盐浓度为1 一3 的介质中；中度嗜盐菌指在含盐浓度在 3 、1 5 的环境中能良好生长的微生物，主要是真细菌群落，极端嗜盐菌是指在含 盐浓度在1 5 一3 0 的介质也能良好生长的微生物，最适宜生长浓度为2 0 , - 2 5 ， 甚至在饱和浓度中也能生长。 耐盐菌多为好气化能异养，能利用的碳源十分广泛，适宜于偏碱性的环境 j 耐盐微生物的培养与h b - p a c 强化处理高含盐废水的研究 ( p h = 9 1 0 ) ，嗜盐菌的生长需要很复杂的营养结构，一些细菌在葡萄糖、氨和无机 盐的介质就可生长，但大多数耐盐菌都需要诸如氨基酸或维生素等生长因素，而且 随着盐浓度的增加，所需的营养构成也就越复杂。 许多文献报道了含盐废水处理系统存在的耐盐微生物的种类和特性。在高含盐 量环境中存在原核微生物主要是条伦黄杆菌、钠盐脱硫弧菌、盐制品杆菌、变异微 球菌、盐脱氮付球菌等需要盐才能良好的生长【2 4 0 5 】；原生动物的种类随盐度的不同 有所变化，当盐含量低于8 9 l 时，有大量轮虫、游泳性纤毛虫、有柄纤毛虫和其它 高级原生动物【2 6 】；当盐含量在8 1 3 9 l 时，还有游泳性纤毛虫和个数多但不够活跃 的有柄纤毛虫；而当盐度为2 0 9 r e 时，曝气2 0 小时后，尚存少量的低级原生动物、 丝状细菌和菌胶团，曝气4 8 小时后，原生动物全部消失只剩下菌胶团口”。在含 盐环境中也存在着一些浮游生物，啮蚀隐藻在盐含量2 - - 6 9 l 中占优势地位，而在 6 - - d 2 9 l 中尖尾蓝隐藻占优势地位：而随着盐度的增加，浮游动物的优势种演替基 本趋势为：桡足类，轮虫，桡足类和游仆虫【2 7 j 。 1 3 高含盐有机废水生物处理的研究进展 高盐有机工业废水属于难处理的工业废水之一，其排放量大，污染严重。目前 对这种废水一般采用电解法、膜分离法、焚烧法、深井灌注法进行处理，但是电解 法和焚烧法的运行费用高，膜分离法存在废水中的s s 和有机物对膜的堵塞问题， 深井灌注法容易产生二次污染等问题，所以很难在实际中推广口”。 生物处理法具有经济、高效的特点，故被广：；乏应用，但许多资料表明f 6 , 1 5 , 2 9 3 0 j ， 当水中的盐度低于8 9 e l 时，生物处理系统能正常运行，而盐度一旦高于该值，盐度 就会对系统产生影响，随着盐度的增加，影响越为严重。归纳起来，盐对常规生化 法的影响主要有以下三个方面。对出水水质影响当系统突然受到高含盐废水的 冲击时，其显著反应是有机物去除率降低、微生物呼吸速率降低、s v i 增大、出水 b o d 5 、s s 升高，盐度突增o 5 就能对系统产生显著破坏【3 1 , 3 2 ；对微生物活性影 4 南京理工大学硕士学位论文 响盐浓度的增加将破坏微生物的代谢功能和降低微生物的降解动力，内源呼吸速 率降低，在含盐3 5 的系统中，每毫克( m g ) 污泥( m l v s s ) 的降解总有机碳( t c i c ) 能 力从o 3 m g h 降低到0 1 2 m g h i ”。盐度的增加甚至会导致细菌的胞浆溶解，质壁分 离，增加了水中可溶性c o d 值。对微生物种类的影响盐度的增加使处理系统 中的原生动物和丝状微生物减少，出水的悬浮物浓度一般高于l o o m g l p ，可能是 n n i r 些种类微生物的减少和胞溶物的产生【3 2 , 3 4 】。 考虑到无机盐盐对微生物处理系统的影响，可采取脱盐预处理。在废水进入生 物系统前，利用例子交换、电渗析、反渗透等技术去除盐分。但由于这些脱盐工序 对进水水质有严格的要求，因此，如要进行脱盐处理，还需对废水进行一系列复杂 而严格的预处理，处理成本会大大的增加p ”。因此，环保专家通过大量的试验，研 究含盐废水能否直接进入生物处理系统。1 9 9 5 年阿联酋u a e 大学的h a m o d a 等人 9 钟使用活性污泥完全混合反应器分别对未含盐废水、含盐量l o g & 和3 0 p j e 的废水 在不同泥龄( 3 - 2 0 天) 和不同有机负荷( o 5 , - - 2 0 k g c o d k g v s s d ) 条件下进行平 行对照实验，结果发现盐度未对经驯化的活性污泥系统产生明显的抑制影响，但经 一段时间驯化后，系统的活性污泥浓度增加，并显著改变了活性污泥中微生物种群 的组成，而且，对t o c 的去除率均达到9 6 以上。 w o o l a r d 等人【6 l 从大盐湖的土壤中筛选的嗜盐菌在s b r 反应器中处理模拟含酚 ( 约1 0 0 m g l ) 油田废水，含盐量1 4 。经过7 个月的连续运行，出水的酚浓度小 于0 1 m g l ，c o d 浓度小于l o m g l ，悬浮物浓度小于5 0 m g l 。而利用序批式生物 膜反应器处理含盐量1 5 的含酚( 约l o o m g l ) 的废水，处理后出水酚含量低于 5 m g l ，单位载体表面的生物膜量为3 8 6 9 ( 干物质) ，生物膜厚度达到1 2 6 1 - 1m 【3 ”。 从生活污泥中接种的菌种经驯化，对含盐量6 0 o - - 8 的废水的t o c 去除率达到 8 0 t 3 8 】，对于含盐量为1 2 的废水t o c 去除率能达到4 3 【3 9 】。 d a l m a c i j a 等人 4 0 l 指出，利用活性污泥处理废水过程中，高含盐量( 约2 9 2 ，l ) 和高水力负荷( 大于1 5 d 。) 将会使处理系统的污泥减少、有机物去除率降低、出 水悬浮物升高。他们通过试验证明，向曝气池中投加1 5 0 0 m g l 的粉末活性炭( p a c ) - 5 一 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 会明显改善处理系统的功能和出水水质，污泥容积指数约为6 0 m l l ，出水悬浮物和 c o d 分别为2 0 m g l 和5 0 m g l 。而p a c 的作用是吸附部分有机物和固定微生物， 在其表面形成生物膜，使系统的处理效果得到了显著的提高。 此外，k a r g i 等人h 1 1 利用间歇生物反应器进行了自配水样实验，研究了盐的抑 制作用和动力学常数；l u d z a c k 等人【2 6 】开展了用传统活性污泥工艺处理含盐废水的 效率研究；在国内，安林等4 2 】讨论了盐对二段接触氧化法处理废水的影响：扬健【4 3 】 用s b r 法处理含盐含油发酵工业废水；梁展辉等人即岐寸高盐度有机废水进行吹脱和 冷却预处理后，利用s b b r ( 序批式生物膜反应器) 处理，取得了良好的处理效果。 专家的研究成果在实际含盐废水处理工程也得到的应用，美国的密苏里州的一 个制药厂每天排放3 9 0 m 3 生产废水，含盐量7 4 ，c o d 为7 4 0 0 m g l ，处理工艺为： z e n o g e m 系统活性污泥系统厌氧处理系统s b r 反应器，出水水质达到 的国家排放标准( 4 5 l 。一个生产联氨产品的化工厂所排出的生产废水，含盐量为1 0 的废水处理工艺流程为：集水井中和反应厌氧系统活性污泥流化床， 流化床中以碳作为生物载体。在流化床中形成的污泥浓度为传统活性法污泥浓度的 2 5 倍，联氨和t o c 的去除率分别为8 0 和5 0 1 4 6 。 1 4 本论文的研究内容和意义 南京某化工厂的生产废水的含盐量( 以c l _ 计) 约为1 5 9 几，而且该废水中的有 机物浓度、氨氮浓度、恳浮物浓度都很高，对于这类高盐度、高氨氮的难降解工业 废水，要使处理效果达到排放标准，在生物法的基础上，必须通过研究寻找相应的 强化技术行之有效的处理该类废水。因此为了确定南京某化工厂生产废水处理工程 的处理工艺和工程的调试方案，特拟定了该课题。本论文的研究内容和实验结果将 为工程度运行提供有力的理论依据和实验指导。同时，将确定的强化处理工艺应用 于江都某颜料厂的生产废水( 含盐量约为3 l g m ) ，以检验该强化技术的可行性。 通过查阅大量的相关资料，决定采用以下两个途径强化对于高含盐有机工业废 6 南京理工大学硕士学位论文 水的生物处理技术：在处理废水前，预先培养与驯化耐盐微生物，经过培养的微 生物既能在高盐环境中生存，同时对废水中的有机物保持较高的去除率；在活性 污泥中投加含有耐盐微生物的活性污泥的同时，投加粉末活性炭处理法，提高活性 污泥法的处理效果。本论文的主要研究内容就是由这两方面展开讨论。 本论文的主要实验内容如下： 耐盐微生物的培养与驯化采用生活污水处理系统中的活性污泥进行培 养与驯化耐盐微生物，在培养过程中，观察污泥中的耐盐微生物种类的变化，研究 不同盐度下微生物的特性和污泥的性能变化，针对培养过程出现的问题和现象进行 探讨。同时将经过培养与驯化的含有耐盐微生物的活性污泥处理高含盐量的有机工 业废水，并将处理效果和未经驯化的污泥处理效果作比较，检验采用该强化技术处 理高含盐有机工业废水的有效性。本论文所培养与驯化的耐盐微生物属于弱嗜盐混 合菌( 耐盐度为1 0 - 3 0 9 l ) 。 h b p a c 处理法研究在经过培养与驯化的含有耐盐微生物的活性污泥中 投加粉末活性炭( p a c ) ，以下简称f i b p a c ( h a l o p h i l i cb i o l o g y p o w e ra c t i v ec a r b o n ) 系统。通过实验，讨论活性炭的最佳投加量，确定容积负荷等操作参数。本论文主 要从处理系统的耐冲击负荷能力、污泥沉降性能、对废水的处理效果、动力学参数 等几个方面比较了h b p a c 处理法和不加活性炭的耐盐污泥法的异同之处，归纳了 在投加耐盐微生物的基础上进一步强化技术h b p a c 生物强化法处理高含盐有 机工业废水的有效性。 本论文所研究的内容的意义和创新处在于以下几个方面： 研究含盐废水处理前景好目前，国内对含盐废水的研究较少，而随着我国 工业的发展、海水用量的逐年增加，在以后的环保治理项目中，所需要处理的含盐 废水量会越来越多，含盐度会越来越高，处理难度越来越大； h b p a c 法处理含盐废水具有创扩型目前，国内外尚无研究利用f i b p a c 法处理含盐废水的文献报道，本文中所提出的i q l 3 一p a c 法为含盐有机工业废水的处 理提供了一个新思路； 7 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 耐盐微生物的培养具有普遍性本实验培养耐盐微生物所使用的原始污泥 取自于生活污水处理系统的终沉池内的污泥，因此，污泥来源广，对于耐盐微生物 的培养与驯化具有普遍意义； 针对性强本文研究对象是实际生产废水，成分复杂，除了含有盐分外，还 含有一些生物难降解的有机物，针对该废水水质所培养的微生物和所采用的处理技 术能有效处理该生产废水，本文所得出的结果对工程的运行提供理论依据和指导意 义，已将该强化技术应用于两个高含盐有机工业废水处理工程，其中一个工程已通 过了环保局的验收，另一个工程正在调试中； 耐盐微生物的高效性本试验经过培养与驯化的耐盐微生物既具有耐盐特 性的同时，还能有效的降解废水中的有机污染物，是处理高含盐有机工业废水的高 效复合菌种。 2 理论部分 2 1 活性污泥法处理废水的机理 活性污泥法自1 9 1 4 年由a r d e m 和l o c k e t t 开创以来，至今已发展为应用最广的 废水好氧生物处理技术【4 7 删。活性污泥处理必须满足以下四个基本要素：供给 微生物；供给氧气；有机物、氧气和微生物均匀混合反应：上清液和活性污 泥能够分离。活性污泥中的微生物是多种属细菌与多种原生动物的混合群体，污泥 呈絮状和颗粒状，为了确保污水净化和分离效果，要求微生物活性高，并具有良好 的沉降眭能1 5 ”“。 当有机物? 微生物和氧气充分混合接触，活性污泥净化废水主要通过两个阶段 来完成叫3 】：吸附阶段，该阶段反应速度很快，废水一旦与活性污泥接触，就进 行吸附、吸收、氧化作用，在吸附阶段吸附起主要作用。同时，在该阶段还有再扩 8 南京理工大学硕士学位论文 散现象，这是由于固体有机物被吸附并经微生物酶作用后，变成可溶性物质而扩散 到液体中去；氧化阶段，主要是活性污泥中的微生物继续分解氧化前阶段被吸附 和吸收到的有机物，同时也继续吸附前阶段未及时吸附和吸收的残余物质，因此， 有机物浓度逐渐减少，废水得到了净化，同时微生物增值，形成剩余活性污泥。 2 2h b p a c 法处理废水的机理 h b p a c 法的作用原理是在p a c t ( p o w e ra a c t i v ec a r b o nt r e a t m e n t ) 处理法的 基础上进一步强化。向曝气池中投加粉末活性炭，同时投加含有耐盐微生物的活性 污泥，使混和液中活性炭和耐盐污泥保持一定的浓度，综合利用微生物氧化能力和 活性碳良好的吸附能力，使两者产生协同增效的作用。它的主要处理流程是先将粉 末活性炭连续或间歇地按比例加入曝气池中，在曝气池中吸附过程与生物降解过程 同时进行，所以能达到较高的处理效果；污泥、粉末活性炭和微生物群体得到充分 混合作用后，流n - - 沉池中，污泥得到分离且回流到曝气池，而处理后的废水则排 入水体。为了把粉末活性炭回用于该处理系统，可用再生粉末活性炭的方式来处理 剩余活性污泥l ”j 。 h b p a c 法处理难生物降解有机化合物和惰性c o d 的废水十分有效。活性炭 吸附是以液相与活性碳表面( 疏水性表面) 间的物质分配而去除有机物作为原理， 因此活性碳适于去除较为疏水的有机物；而微生物反应是以由细菌酶的作用而产生 的液相反应作为基础，即更宜于去除较为亲水的有机物【5 5 。”，因此，两者结合起来 就大大提高了废水的处理效果。 一般情况下进水中的有机物与微生物接触时间就是废水资曝气池中的停留时 间，而被活性碳所吸附的有机物则随着污泥一起在曝气池和沉淀池之间往复循环， 所以这些物质有相当长的时间与微生物共存，一些难降解的有机物也有被分解的机 会，其次，活性碳具有选择性吸附非分解物质( 如木质素、腐殖质等) 以及一些对 微生物活性抑制作用的有毒物质( 萘酚、有机氯化物等) 等特性，而且微生物本身 9 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 代谢过程中产生的有害于微生物活性的产物也能被其所吸附，所以投加活性炭后能 够防止微生物活性下降【”j 。 许多资料表明【5 9 - 6 2 1 ，在活性污泥中投加粉末活性炭后，提高了活性污泥的净化 能力，改善了出水水质，提高了对有毒物质和重金属等冲击负荷的稳定性，这种方 法还具有较好的脱色、除臭、消除泡沫的效果，能过改善污泥的凝集沉淀性能，提 高二沉池和污泥脱水设备的能力，避免产生污泥膨胀现象等优点。 2 3 耐盐微生物耐盐机理探讨 耐盐细菌的细胞内k + 的浓度是细胞外的1 0 0 倍左右，而细胞外n a + 的浓度是细 胞内的4 倍1 6 ，因此，耐盐细菌应该具有灵巧地排钠吸钾的生理特性，而耐盐细菌 的紫膜( p u r p l em e m b r a n e ) 提供了这种生理功能。紫膜主要以细菌视紫质为代表的 一类视黄醛蛋白质组成，是一个简单巧妙、功能稳定的光能转化器。紫膜接受光能， 驱动细胞的质子，形成电位梯度，产生能量可以合成a t p ，弥补在高盐浓度( 盐浓 度越高，溶解氧越低) 下底物有氧氧化所得能量的不足，为细胞浓缩k + 和排斥n a + 提供能量保证，以满足耐盐菌正常的生理需要惮6 “。细胞中含有类胡萝h 素，一些 细菌还含有视黄醛( r e t i n a l ) 朊，这种朊的存在为细胞内的质子移动提供推动力】： 中度嗜盐菌的细胞内除了含有k + ，n a + 外，还含有有机化合物( 氨基酸、三甲 铵乙内酯、丙三醇等) 以调节渗透压；极端嗜盐菌主要积累k c l 。在调节渗透压过 程中，n a + 并非必要的，但是嗜盐菌的营养吸收、细胞质内p h 的调节、电位的平衡 都需要n a + 的存在1 6 l “j 。嗜盐菌的酶在高盐环境能发挥作用是因为它们的蛋白质组 织具有独特的适应性，大多数嗜盐菌微生物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屏蔽其附近的负电荷，否则蛋白质回遭 到破坏，并且盐能增加憎水物质的相互作用【6 9 】。总之，嗜盐菌中的大多数酶的活性 和稳定性、核蛋白的稳定性和功能的发挥以及细胞的生长都需要一定浓度的n a c i 和k c i 来维持1 7 。嗜盐菌这种生长需要高盐浓度的生理特征是在漫长的进化过程中， j 口 南京理工大学硕士学位论文 通过自然选择，是细胞结构与功能高度适应于高盐环境的结果【7 ”。 此外，嗜盐菌普遍能合成糖( 主要是蔗糖、甘油葡糖) 、氨基酸等，这些组分 成为嗜盐菌的渗透压调节剂，有利于稳定和保护菌体内酶的活性 7 1 】，当受到高盐废 水冲击时，会调节自身新陈代谢，改变遗传基因，使其能在高盐浓度下正常生长例。 3 实验部分 3 - 1 实验主要评价分析方法 ( 1 ) 活性污泥的性能测定 7 2 7 3 】 污泥沉降比( s v )在曝气中取混合均匀的泥水混合液l o o m l 置于1 0 0 m l 的量筒中，静置3 0 r a i n 后，沉降的污泥所占整个混和液的体积比，即为污泥沉降比。 污泥浓度( m l s s )单位体积的曝气池混合液中所含有污泥的干重，实际上 是指混和液悬浮固体的浓度。将测定过沉降比的1 0 0 m l 量筒内的污泥全部倒入漏斗， 过滤，将载有污泥的滤纸移入烘箱，在1 0 5 c 1 1 0 。c 温度下烘干置至恒重( 约1 小 时) ，置于干燥器冷却至室温称重。则： m l s s ( g 几) = ( 滤纸重+ 污泥干重) 一滤纸重 1 0 。 挥发性污泥浓度( m l v s s )它是指挥发性悬浮固体，包括微生物和有机物。 将己烘干至恒重的干物质，置于5 5 0 c 6 0 0 c 的马福炉灼烧至恒重( 约4 0 m i n ) ，冷 却至室温称重，即为灰分重量，则： m l v s s ( 以) = ( 干污泥重量一灰分重量) 1 0 污泥指数( s v i )即污泥容积指数，是指曝气池混和液经3 0 m i n 静置沉淀 后，1 克干污泥所占的容积，反映了活性污泥的松散程度和凝聚、沉降性能，计算 公式如下： j 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 s v i ( m l g ) 2 ( s v + m l s s ) 1 0 ( 2 ) 废水可生化性的测定 废水中有机污染物的生物降解的难易程度称为可生化性，目前，测定可生化性 的方法很多，主要有呼吸线测定法【州1 ，b o d 衰减法【7 5 l ，生物量测定法【7 6 】，锥形瓶 试验法i ”1 ，物质结构分析法7 8 1 ，b o d 5 c o d 比值法 7 9 】等。本论文t n 用瓦勃氏呼吸 仪，通过测定微生物的呼吸率即耗氧特性的曲线以评价有机污染的生物降解性。 瓦勃氏呼吸仪的工作原理是在恒温及不断搅拌的条件下使一定量的微生物与 基质在一定容积的反应瓶中进行接触反应，微生物在呼吸过程中吸收氧气同时释放 出二氧化碳，测压计测得到结果是氧的吸收量及二氧化碳的总和，在反应瓶中央小 杯中投加k o h ，n - 氧化碳全部被吸收，此时压力的降低完全是氧消耗形成的，使 用测压计测定氧分压的变化，即可推算出消耗的氧量隅o l 。 ( 3 ) 耗氧速率( o u r ) 的测定 测定耗氧速率达方法很多，如极谱法、华氏法、排气法和原电池氧测定法，本 实验采用原电池氧测定法，该方法简便使用，只需一台溶解氧测定仪，一个搅拌器， 一个充氧泵。首先取一台溶解氧测定仪，装好电池和氧探头，调节好电压、极化电 压及零点。测定室温，根据室温确定氧的饱和溶解度，据此调节初始值。 从曝气池中取混合液体2 0 0 毫升，置于一锥形瓶中，充分曝气5 m i n 后，迅速 取出曝气头，放入搅拌子，然后立即将d o 探头插入锥形瓶，用橡皮膏裹封d o 仪 与锥形瓶的接口处，打开搅拌器和溶氧仪，每隔1 分钟测一次溶解氧，至读数不再 变化为止。以d o 为纵轴，时间为横轴作图，利用最小二乘法作回归直线，直线的 斜率即为单位时间的耗氧量，单位为m 9 0 ：几m i n ，用该值除以混和液的污泥浓度， 即为耗氧速率( o u r ) ，单位为m 9 0 。g m l h 。 ( 4 ) 培养基的配置【8 1 , 8 2 1 本实验在耐盐微生物培养过程中，所使用的培养基的营养比例为： b o d ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：l ( 重量比) 具体成分组成如下： j 2 南京理工大学硕士学位论文 碳源葡萄糖3 9 n ； 氮源氯化铵2 5 0 m g l ： 磷源十二水磷酸氢二钠4 7 4 m g l ，磷酸氢二钾4 5 m g l ； 无机盐硫酸镁9 m g l ，氯化铁o 7 5m g l ，氯化钙1 0 9 2 m g l ： 微量元素每1 升取3 m l 微量元素溶液，微量元素溶液组成为：3 9 9m g l 硫酸锰，4 2 8m g l 硫酸锌，3 4 7m g l ( n h 4 ) 6 m n 7 0 2 4 4 h 2 0 。 酸碱调节剂1 0 的氢氧化钠 培养基的p h 在7 7 5 范围内，溶液的c o d 值大约为1 8 0 0 m g l ，在培养过程 将作为微生物的营养液。 将培养基稀释3 倍后即可作为模拟生活污水。 ( 5 ) 驯化液的配置 用自来水配置n a c l 浓度为3 8 9 几的溶液，作为培养耐盐微生物的驯化液。 ( 6 ) c o d 、b o d 的测定 c o d 测定采用重铬酸钾氧化法、b o d 的测定采用五日生化法吲 ( 7 ) c 1 。的测定 废水中c 1 的浓度采用离子选择电极法测定【8 4 】 3 2 实验数据的分析与处理方法 在废水处理试验研究过程中，需要了解各种参数之间是否有联系，如溶液的溶 解氧和乍物作用时间的关系，盐度与生物降解速率常数的关系等。有些变量之间既 有关系又无确定性关系，称为相关关系，它们之间的关系式叫回归方程式，最简单 的直线回归方程为： y = “+ b ( 3 2 1 ) 式中口，b 为常数。上述回归方程可根据最小二乘法来建立。 相关系数是表示两个变量之间关系的性质和密切程度的指标，符号为v ，其值 j 3 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 在一1 h 1 之间。x y 的相关关系有如下几种情况： 若x 增大，y 也相应增大，称x 与y 呈正相关，此时0 v 1 ，若v = 1 ， 称完全正相关； 若x 增大，y 相应减小，称x 与y 呈负相关，此时一1 v o o l ( n ) p o o l v 有非常显著意义而且相关 若， o 1 v 关系不显著。 1 4 ( 3 2 3 ) 南京理工大学硕士学位论文 4 耐盐微生物的培养及其特性研究 4 1 耐盐微生物的培养与驯化方法 培养与驯化微生物是为了使微生物能够适应特定废水以达到降解有机物的目 的，本实验培养的耐盐微生物就是从普通道滑陛污泥中筛选出能在高盐环境中生存 并能降解有机污染物的微生物群体。微生物培养与驯化的方法很多，主要有静置烧 瓶筛选法8 5 1 、三角瓶振荡培养法f 8 6 】、连续活性污泥培养法f l 】、半连续活性污泥培养 法【8 7 1 等。 本实验采用半连续活性污泥培养法。半连续活性污泥法是取污水处理厂活性污 泥置于曝气装置中，加入受试物和经过沉淀的生活污水，曝气一段时间后，沉淀污 泥并弃去上清液，留在曝气装置中的污泥和再次加入的等量受试物和生活污水混合， 重复上述步骤。 本实验所用的污泥取自南京锁金村污水处理厂的终沉池单元的浓污泥，培养器 的有效容积为47 l ，恒温水浴的温度控制在2 0 c 2 5 c 范围，用普通曝气机进行曝 气培养。溶液总体积为3 8 l ，因水分的蒸发每天应适当补充一些自来水。在污泥驯 化过程中，每隔7 天左右提高一次盐度负荷，每次提高的幅度为2 9 l 。 在每个驯化周期内，用显微镜观察混和液中的微生物种类以及凝絮体情况。在 提高负荷前，应测定活性污泥性能的变化，包括污泥沉降性、沉降速度以及污泥浓 度等，同时要观察微生物的活性，通过测定驯化前和驯化后上清夜的c o d 值确定 微生物的降解性能，确定是否可以提高盐度负荷。如果微生物还未适应该阶段的盐 度，应考虑延长驯化时间，直至微生物对于废水中的有机物去除率保持稳定后再继 续增加负荷。 通过测定经过活化的污泥浓度，根据f m 为0 3 k g c o d ( k g m l s s d ) 左右投加 培养基，因此，确定本实验培养耐盐微生物所用的受试物组成为：培养基为j l ，驯 f 5 耐盐微生物的培养与h b p a c 强化处理高含盐废水的研究 化液根据不同培养阶段用自来水进行适当地稀释，保证培养装置中的溶液总体积为 38 l 。每天换一次水。每次换水时，应先停止曝气，待沉淀1 小时后弃去上清液， 所排出的上清液约占总体积达6 0 - - 7 0 ，留在曝气装置中的污泥和再次加入的受试 物均匀混合，曝气培养2 4 小时后换水。 在每一阶段结束时，污泥量可能会增加，因此进行下一阶段的培养驯化之前， 必须排放多余的污泥。具体作法是待泥水混和液静置1 小时后，倒掉上清液，量取 1 l 的浓污泥进行下一阶段驯化，剩余污泥另存容器中备用。污泥在驯化过程中，应 定期地测定溶液中的溶解氧，使混合液中的溶解氧维持在2 0 m g l “0 m g l 。同时 要控制溶液的p h 在6 5 8 0 之间。 4 2 培养过程出现的现象、问题及解决方法 在实验开始时，由于取自锁金村的活性污泥放置时间太长了，污泥中的微生物 已经转化为厌氧微生物，污泥外观显灰黑色，矾花细小。将污泥经三层纱布过滤， 以去除大颗粒的杂质，取3 l 经过滤后的污泥混和液“闷曝”( 即只对接种液曝气充 氧而不加入和排出营养液) 4 8 小时后，污泥的颜色已经转化为褐色，矾花明显增大， 增多，显微镜观察到大量的活跃微生物，尤其观察到污泥性能成熟标志的钟虫属尤 其活跃，证明污泥已经转化为好氧活性污泥，该泥水混和液将作为本实验的接种液。 从第3 天开始；b n 引l l 化液，进行耐盐微生物的培养。将接种液静置1 小时后，取 沉降的浓污泥1 l 置于容积为5 l 的培养器中，加入1 l 的培养基、2 0 0 m l 驯化液， 用自来水稀释至3 8 l ，该溶液的含盐浓度为2 9 l ，然后将培养器放在恒温水浴中。 将水浴温度控制在2 3 c 2 5 c 。充分曝气进行培养。 在培养开始阶段，发现污泥量减少，可能是曝气时间太长，导致了微生物的自 身氧化b , 8 8 , 8 9 ，后来采用间歇曝气，使每天的曝气总时间为1 2 小时( 利用间歇控制 开关每隔1 分钟曝气1 分钟) ，经过调整后，培养系统能正常运行。在盐浓度小于 4 9 l 时，培养系统很稳定，污泥性能良好，显微镜观察微生物活性强，c o d 去除 j 6 。 南京理工大学硕士学位论文 率都能维持在8 0 以上，因此，实验中每隔三天就提高一次盐度负荷。 当盐度提高到6 9 l 后，污泥发生了轻微膨胀，但过了1 2 小时观察培养系统基 本恢复正常，此后几天c o d 去除率又逐渐提高。当培养系统的盐浓度提高8 9 c 后， 系统明显出现恶化，污泥的沉降性变差，出水浑浊，c o d 去除率低( 3 7 ) ，经过 1 2 天的驯化适应后，培养系统恢复正常。当盐度增加到1 2 9 l 时，经过7 天的培 养，培养系统的c o d 有一定的去除率，但c o d 去除率仅为6 1 。 为了考察培养系统的最高耐盐度，进一步提高盐的浓度( 盐浓度为1 5 9 m ) ，培 养系统中的微生物经过1 0 天适应后，溶液中的c o d 的去除率较低，约为4 2 ( 通 过离，t 3 后测定上清液c o d ) ，而且上清液较浑浊，可能系统中的一部分微生物无法 适应1 5 玑的盐度。从实验中可以得出结论，仅仅靠这种培养方式很难培养出耐盐 度高于1 5 9 m ，而且，本实验所处理的废水的盐度约为1 5 9 r c ，因此，本实验不再继 续培养耐盐度更高的微生物。将一部分耐盐度为1 5 9 l 的微生物用低温保藏，以便 以后继续加以培养研究。 从培养过程中可e 2 , 结出：溶液中的含盐量为8 9 c 时，是微生物系统的能否正常 运转的转折点，当盐度小于该值时，微生物能保持原来的活性，而一旦高于此值， 盐度就对微生物产生了明显得抑制作用，上清液的浊度也逐渐增大，污泥的沉降性 降低；而且随着盐度的增加，系统中的微生物所需要的适应时间也随之增加。 在培养过程中出现的一些现象还需进一步加以研究。当盐度增加到1 0 叽时， 污泥的膨胀现象一直无法消除，后来调整了培养基地营养比例，加大了n 、p 元素 的含量( b o d ：n ：p = 1 0 0 ：7 5 ：1 5 ) ，采取该措旋后，第2 天培养系统基本恢复 正常，污泥沉降性、c o d 去除率提高，这说明耐盐微生物可能需要的相对要多些， 但是否微生物的耐盐度越高所需的n 、p 营养电越多还需进一步的研究。当盐度增 加到8 9 m 后，混合液的p h 有时也会降低到6 0 以下，但污泥并未明显膨胀。 j 7 堕兰燮生塑盟量鲞量旦呈：坠竺塑些竺堡壹鱼垫堕查塑堕堑 4 3 耐盐微生物的耐盐研究 在耐盐微生物的培养过程中，随着盐度的增加，对活性污泥中的微生物的种类 和数量进行了观察，对活性污泥中的微生物特性进行了研究，同时，对活性污泥的 性能进行了测定。 4 3 1 培养过程耐盐微生物种类的演替 在耐盐培养过程中，随着盐度的增加，污泥中的微生物组成会相应的发生变化， 本实验将通过显微镜观察对耐盐微生物的种类及形态进行研究。本实验所培养的是 混合菌体，污泥中除了含有大量的耐盐细菌外，还可能含有耐盐性强的微型动物， 如一些漫游虫、钟虫等。本实验没有对某一种专性菌属进一步的进行驯