（环境工程专业论文）环氧权地脂高盐废水生物强化处理研究.pdf

合肥工业大学 f i i i iii ii iii ii ii i iiiif 18 8 6 8 4 2 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位，职称) 主席：彳嘲父 中国科学技术大学教授 合肥工业大学教授 合肥工业大学教授 碲也硝伽一学 触授 导师： 饪压午 i 锄鹏 合肥工业大学副教授 合肥工业大学教授 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及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些太堂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谢意。 学位论文作者签字哆曼坝山签字日期：刎年年月够日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆互些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金起工些太 三l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：夏朋山 一名：锄眵以 导师签名：髫砌物i 易 签字日期：力，f 年4 月刀日 签字日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 环氧树脂高盐废水生物强化处理研究 摘要 本文从环氧树脂废水生化处理系统的活性污泥中分离筛选出嗜盐菌，对其 进行菌种鉴定及生长和降解特性研究，同时通过物化结合生化处理工艺，将筛 选出的嗜盐菌投加到生化处理系统中，进行生物强化处理。另外，针对高氯离 子对c o d 测定的影响，建立了一种新的c o d 快速测定方法。具体的研究成果 包括以下方面： 从活性污泥中分离筛选得到具有降解环氧树脂废水中有机物能力的菌株 j 1 和j 2 ，通过菌株的形态观察及1 6 sr d n a 序列比对分析，菌株j l 归属于芽孢 杆菌属( b a c i l l u ss p ) ；菌株j 2 属于枝芽孢杆菌属( v i r g i b a c i l l u ss p ) 。 菌株j 1 和j 2 在高盐c m 培养基中的最适的生长条件为：溶液温度3 0 ， p h 为7 0 ，n a c l 的浓度范围为5 9 l - - 7 0 9 l ，摇床振速1 6 0 r m i n 。当菌株j 1 和 j 2 生长于m s 培养基时，对环氧树脂废水中有机物的最佳降解条件为：溶液温 度3 0 ，p h 为7 0 ，n a c l 浓度3 0 9 l 。经过4 8 h 生长后菌株儿进入稳定期， 而j 2 在5 4 h 后进入稳定期。将菌悬液j 1 和j 2 按2 ：1 的体积比例混合后，在复 合菌种的接入量为1 0 时，对环氧树脂废水中的有机物的去除率最高。 在硫磷混酸体系中，用m n s 0 4 替代a g s 0 4 作催化剂，并用h g s 0 4 倍数投 加法来掩蔽氯离子，使冷凝回流时间缩短为2 0 m i n ，并且可以有效地掩蔽氯离 子对水样c o d 测定的影响。其适用的c o d 测定范围为5 0 - - 1 0 0 0 m g l ，k 2 c r 2 0 7 浓度为0 2 5 和o 5 m o l l ，氯离子浓度小于4 0 0 0 0 m g l 。该法的准确度和精密度 均能满足测定的要求。 通过生物强化处理实验，考察了盐度变化对系统降解有机物的影响以及污 泥活性的变化情况。当2 个反应器运行条件相同，进水c o d 浓度一致( 都维 持在5 0 0 m g l 左右) 时，投加了嗜盐菌的反应器可以有效改善出水水质，提高 系统的稳定性和耐受盐度。在氯离子浓度为2 5 0 0 0 m g l 时，投加嗜盐菌的反应 器c o d 去除率还能保持在7 6 左右，而未投加嗜盐菌的反应器c o d 去除率只 有4 3 。但此时即使对于投加嗜盐菌的污泥系统其出水c o d 也高于1 0 0 m g l ， 因而要保证出水水质，其耐盐上限为废水中c l 。浓度不超过2 1 0 0 0 m g l 。另外， 随着盐度的增加，盐分在污泥中逐渐积累，使两个系统的污泥活性都有所降低， 但投加嗜盐菌的系统污泥活性要明显好于未投加嗜盐菌的系统。并且盐度影响 污泥的沉降性能，高盐环境有利于污泥的沉淀，s v i 值也相应降低。 关键词：嗜盐菌高盐环氧树脂废水c o d 测定 m e t h o dw a se s t a b l i s h e df o rr a p i dd e t e r m i n a t i o no fc o d s p e c i f i cr e s u l t si n c l u d et h e f o l l o w i n g ： t w oh a l o p h i l i cb a c t e r i a sw e r eo b t a i n e df r o mt h ea c t i v a t e ds l u d g e ，t h e yh a dt h ea b i l i t y t od e g r a d eo r g a n i ci ne p o x yr e s i nw a s t e w a t e r t h r o u g ht h es t r a i nm o r p h o l o g ya n d16 s r d n a s e q u e n c ea n a l y s i s ，s t r a i nj 1b e l o n g st ob a c i l l u s ( b a c i l l u s 踱) ；s t r a i nj 2b e l o n g st o b r a n c h e sb a c i l l u s ( v i r g i b a c i l l u s 踞) i i ll l i g hs a l tm e d i u mo fc m ，t h eo p t i m u mg r o w i n gc o n d i t i o n sw i t hs t r a i n sj 1a n dj 2 w e r e ：s o l u t i o nt e m p e r a t u r ea t3 0 ( 2 ，p hw a s7 0 ，n a c lc o n c e n t r a t i o nr a n g e df r o m5 9 lt o 7 0 9 l ，a n ds h a k i n gv e l o c i t y 晰t l l16 0 r m i n w h e nt h es t r a i n sj 1a n dj 2w e r eg r o w ni nm s m e d i u m ，t h eb e s td e g r a d a t i o nc o n d i t i o n so fo r g a n i cm a t t e ri ne p o x yr e s i nw a s t e w a t e rw e r e ： s o l u t i o nt e m p e r a t u r ea t3 0 c ，p hi s7 0 ，n a c lc o n c e n t r a t i o no f3 0 9 l ms t r a i n sj 1c a m e i n t os t a b l ea f t e r4 8 hg r o w t h , a n dj 2w a s5 4 h w h e nt h ev o l u m er a t i oo f j la n dj 2w a s2t o l ， a n dt h e nt h ea m o u n to ft h ec o m p o s i t es t r a i nw a s10 ，i th a dt h eh i g h e s tr e m o v a lr a t eo f o r g a n i cm a t t e ri ne p o x yr e s i nw a s t e w a t e r i nt h em i x e da c i ds y s t e m , u s i n gm n s 0 4a l t e r n a t i v ea g s 0 4a sc a t a l y s t , a n dw i t h m u l t i p l ei n v e s t m e n th g s 0 4 t os h e l t e rt h ec h l o r i d ei n f l u e n c e ，s h o r t e nt h er e f l u xt i m et o2 0 r n i n i na d d i t i o n , i tc a ne f f e c t i v e l ym a s kt h eh i g hc h l o r i d ei o no nt h ed e t e r m i n a t i o no fc o d i nw a t e rs a m p l e s t h i sm e t h o di sa p p l i c a b l et od e t e r m i n ec o dr a n g eo f5 0 - 1 0 0 m g l ， k e c r 2 0 7c o n c e n t r a t i o ni s0 2 5a n d0 5 m o l l ，a n dt h ec h l o r i d ei o nc o n c e n t r a t i o ni sl e s st h a n 4 0 0 0 0 m g l t h ea c c u r a c ya n dp r e c i s i o no ft h i sm e t h o dc a l lm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h e d e t e r m i n a t i o n b yb i o a u g m e n t a t i o ne x p e r i m e n t , s t u d y i n gt h ei m p a c to fd e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e r a n dt h ec h a n g e so fs l u d g ea c t i v i t ya st h es a l i n i t yv a r y a f t e rt h ea c t i v a t e ds l u d g es y s t e m w a sa c c l i m a t e db ys a l tf o r4 0d a y s ，10 v o l u m eo ft h ec o m p l e xs t r a i n sw e r ea d d e dt ot h e r e a c t o r w i t ht h ei n c r e a s eo fc h l o r i d ei o nc o n c e n t r a t i o n , t h eo r g a n i cm a t t e rr e m o v a lr a t eo f s y s t e mf o rd o s i n gh a l o p h i l i cb a c t e r i ai ss i g n i f i c a n t l yb e t t e rt h a nt h a ta c t i v a t e ds l u d g e s l u d g ea c t i v i t yd e c r e a s e d , b u tt h es y s t e mw h i c hw a sa d d e dt h eh a l o p h i l i cb a c t e r i ai s s i g n i f i c a n t l yb e t t e rt h a nt h a tw i t h o u ta d d i n gh a l o p h i l i cb a c t e r i a l m o r e o v e r ，s a l i n i t ya f f e c t s t h es l u d g es e t t l i n gc h a r a c t e r i s t i c s ；h i g h - s a l te n v i r o n m e n ti sc o n d u c i v et ot h ed e p o s i t i o no f s l u d g e ，a n dt h es v iv a l u ea l s or e d u c e da c c o r d i n g l y k e y w o r d s ：h a l o p h i l e s ；h y p e r h a l i n e ；e p o x yr e s i nw a s t e w a t e r ；c o dd e t e r m i n a t i o n ； 致谢 三年的研究生生涯即将结束，此刻回首这几年的学习和生活上的点点滴滴，心情 久久不能平静。在这人生重要的三年里，我不仅学习了许多专业知识，对本专业有了 更深刻的认识，更学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，怎样将理论与实践相 结合，这将对我以后的工作学习大有裨益。 在论文即将定稿之际，我要特别感谢我的导师彭书传教授。本论文是在彭书传教 授的悉心指导下完成的。彭老师严谨的治学态度、清晰的思路、辨证的方法、深厚的 理论基础、丰富的实践经验以及正直、豁达的为人使我受益匪浅。彭老师不仅对我的 学习和研究有很大的指导和帮助，还经常耳提面命的教我处事做人的道理，这些教诲 我会铭记在心，也会受益终生的，我在此表示衷心的感谢。本论文的工作还得到了程 天虎、王进等老师的大力指导和支持，他们为我的论文的完成提出了很多宝贵的意见 和建议，在此表示由衷的感谢。论文写作过程中，参考或引用了国内外专家学者的文 献，在此一并表示深深的谢意! 此外，非常感谢同实验室和课题组的鲍腾、舒林、肖海、张国君、张艳、王安磊、 郑环、孔殿超、赵明、黎少杰、张澜、刘畅和高超等同学在学习和生活上给我的帮助 和支持，并且感谢他们在我身处逆境时给我的关心和鼓励。尤其是鲍腾和舒林师弟参 与了论文的部分实验，付出了辛勤的汗水，在此表示深深的感谢。而且他们积极进取 的学习精神和勤奋刻苦的工作态度使我肃然起敬，值得我努力学习。 这里还要特别感谢我的父母，是他们无微不至的关怀与照顾，使我三年来安心于 学业和工作，才有了今天的成绩，在此表示由衷的谢意。 最后感谢评阅论文和出席论文答辩的各位专家教授! 作者：夏明山 二o 一一年四月 1 ：； ： ：； ：； 4 ! ； 一7 7 1 ； 1 3 环氧树脂废水特点及其研究进展9 1 3 1 环氧树脂废水的特点9 1 3 2 国内外环氧树脂废水处理技术研究9 1 4 高盐废水c o d 快速测定方法研究进展1 1 1 4 1 氯离子干扰扣除法。1 1 1 4 2 银盐抑制法l l 1 4 3 加c r ”法1 2 1 4 4 标准曲线法1 2 1 4 5h c l 去除法1 2 1 4 6h g s 0 4 倍数添加法1 2 1 5 本论文的研究内容及意义1 2 第二章嗜盐菌的分离与鉴定1 4 2 1 实验材料与方法1 4 2 1 1 实验材料1 4 2 1 2 实验方法15 2 2 结果与讨论一l8 2 2 1 嗜盐菌株的驯化分离1 8 2 2 2 嗜盐菌株的形态及生理生化特性1 8 2 2 3 嗜盐菌的革兰氏染色。1 9 2 2 4 菌株d n a 提取与p c r 检测结果1 9 2 2 5 菌株的1 6 sr d n a 序列分析和同源性比较2 0 2 3 本章小结2 3 第三章嗜盐菌的生长及降解环氧树脂废水特性研究2 4 3 1 嗜盐菌的生长特性研究2 4 3 1 1 实验材料2 4 3 1 2 实验方法2 5 3 1 3 结果与讨论2 5 3 2 嗜盐菌降解环氧树脂废水特性研究2 7 3 2 1 实验材料。2 7 3 2 2 实验方法2 8 3 2 3 结果与讨论。2 9 3 3 本章小结3 2 第四章m n s 0 4 硫磷混酸快速测定高氯离子水样中c o d 3 4 4 1 实验部分3 4 4 1 1 实验仪器3 4 4 1 2 实验试剂3 4 4 1 3 实验步骤3 4 4 2 结果与讨论3 5 4 2 1 最佳控制条件的确定一3 5 4 2 2 最佳c o d 测定范围的选择3 6 4 2 3 氧化剂浓度对c o d 测定影响实验3 6 4 2 4 氯离子浓度对c o d 测定影响实验3 7 4 2 5 精密度与准确度试验3 8 4 3 本章小结一3 9 第五章投加嗜盐菌的生物强化处理实验。4 0 5 1 实验部分4 0 5 1 1 实验废水4 0 5 1 2 反应器接种污泥和菌种4 0 5 11 3 反应器装置4 0 5 1 4 环氧树脂废水的物化处理实验4 0 5 1 5 活性污泥系统的耐盐驯化4 0 5 1 6 投加嗜盐菌后系统对有机物去除效果的影响4 1 5 1 8 废水测试分析项目及测试方法4 1 5 2 结果与讨论4 l 5 2 1 混凝正交实验4 l 5 2 2 活性污泥系统的耐盐驯化4 3 5 2 3 投加嗜盐菌对系统c o d 去除率的影响4 5 5 2 4 投加嗜盐菌后系统污泥性能的变化4 6 5 - 3 本章小结4 8 第六章结论与展望5 0 6 1 主要结论5 0 6 2 展望。51 参考文献5 2 插图清单 图1 1 嗜盐菌的紫膜9 图2 1 菌株j l 菌落形态18 图2 2 菌株j 2 茵落形态18 图2 3 菌株儿和j 2 总d n a 提取结果l9 图2 - 4 菌株儿和j 2 的1 6 sr d n a 扩增产物琼脂糖电泳图1 9 图2 5 菌株j 1 的系统发育树2 1 图2 6 菌株j 2 的系统发育树2 2 图3 1 溶液温度对菌株j 1 和j 2 生长量的影响2 5 图3 2 溶液p h 对菌株j l 和j 2 生长量的影响2 6 图3 3 盐度对菌株j 1 和j 2 生长量的影响2 6 图3 - 4 摇床振速对菌株j l 和j 2 生长量的影响2 7 图3 5 溶液温度对菌株降解环氧树脂废水的影响一2 9 图3 6 溶液p h 对菌株降解环氧树脂废水的影响2 9 图3 7n a c l 浓度对菌株c o d 去除率的影响一3 0 图3 8n a c l 浓度为3 0 0 0 0 m g l 菌株儿和j 2 的生长量3 1 图3 - 9 菌种j 1 和j 2 不同投加比例对c o d 去除率的影响3 l 图3 1 0 复合菌种投加量对c o d 去除率的影响3 2 图5 1 反应装置实物图。4 0 图5 2 反应装置示意图4 0 图5 3 驯化期污泥m l s s 、m l v s s 、s v 3 0 和s v i 变化曲线4 4 图5 - 4 驯化期不同盐度下系统对c o d 的去除效果4 4 图5 5 氯离子浓度对普通活性污泥系统去除有机物的影响。4 5 图5 6 氯离子浓度对投加复合菌种系统去除有机物的影响4 5 图5 7 未加嗜盐菌系统m l s s 、m l v s s 、s v 3 0 和s v i 变化曲线4 7 图5 8 添加嗜盐菌系统m l s s 、m l v s s 、s v 3 0 和s v i 变化曲线4 7 表4 4 不同c o d 标准溶液的测定3 6 表4 5 不同氧化剂浓度对c o d 测定影响3 7 表4 6 不同氯离子浓度对c o d 测定影响3 8 表4 7 本法的精密度和准确度。3 8 表5 1 正交试验结果表4 2 表5 2 正交试验计算分析表4 3 7 4 4 5 5 6 7 4 4 5 5 6 1 1 1 1 1 1 c - 二2 3 1 j 1 j 前言 高盐废水是指含盐百分比至少为1 的废水【l 】。近年来，随着海水的大量利 以及生活和工业生产中带来大量的高盐废水，含盐废水的排放已带来十分严重 的环境污染，特别是某些工业含盐废水( 如医药废水、石油开采废水、化工印 染废水、环氧树脂废水等) ，除受到本身高盐的限制外，还含有大量的有毒难降 性有机物，这些废水的大量排放，给我国的生态环境造成了极大的压力。 环氧树脂是一类重要的热固性树脂品种，用途广泛。环氧树脂生产废水是 一种高盐分高浓度的有机废水，含难生物降解的有机氯化物，处理难度大，处 理成本高m j 。 生物处理是目前污水处理最常用的方法之一，它具有有经济、高效、无害、 适应性强等特点。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，但盐度过高，会对微生物的生长产生抑制作用。一 些研究认为驯化后的活性污泥能够耐受的盐度范围为1 0 3 0 9 l t 3 6 】；且盐度变 化对驯化效果影响很大，盐度在0 5 2 变化通常会对处理系统产生严重的 干扰，致使系统对有机物去除率降低、微生物呼吸速率降低、s v i 增大、出水 b o d s 、s s 升高，而且从高盐变为无盐产生的影响要比从低盐环境变为高盐环 境产生的影响更大。 自然界拥有丰富的微生物资源，其中一些嗜盐微生物在含盐废水生物处理 中占据着重要的地位。它们的生长依赖于一定的盐浓度，在自然界高盐环境如 盐湖、盐碱地、海水、晒盐池和盐渍食物中，广泛生存着耐极高盐度的嗜盐菌 和耐盐菌【7 j 。这些嗜盐菌或耐盐菌的存在为生物法有效处理高盐废水提供了保 证。因此通过一定的选择培养可以筛选出某些特定的嗜盐菌，它们可能具有很 高的专性降解能力，大大提高生物处理效果；而且与普通生物处理法相比，筛 选得到的嗜盐菌对盐度的变化有很好的适应性，减少盐度冲击给生物处理系统 带来的影响。因此，如何对高盐废水进行有效生物处理的关键和难点就在于能 否筛选出对特定有机物具有一定降解效果的嗜盐菌。 本文从环氧树脂废水生化处理系统的活性污泥中分离筛选出嗜盐菌，并对 其进行菌种鉴定及生长和降解性能研究，同时通过物化结合生化处理工艺，将 筛选出的嗜盐菌投加到生化处理系统中，进行生物强化处理。另外，针对高氯 离子对c o d 测定的影响，建立了一种新的c o d 快速测定方法。具体的研究内 容包括： ( 1 ) 嗜盐菌的分离筛选及菌种鉴定：用特定的高盐培养基对活性污泥中的 微生物进行多次的分离、纯化，直至获得纯的菌种。将所获纯菌种进行生理生 化及1 6 sr d n a 序列分析，以鉴定其菌属。 ( 2 ) 菌种的生长及降解有机物特性实验：将筛选得到的嗜盐菌于高盐c m 培养基中培养生长，考察溶液温度、p h 、n a c l 浓度及摇床振速对菌种生长量 的影响；并在m s 培养基中对菌种降解环氧树脂废水中有机物特性进行研究， 包括溶液温度、p h 、n a c l 浓度及复合菌种的投加量等。 ( 3 ) m n s 0 4 硫磷混酸快速法测定高盐废水c o d ：主要研究在硫磷混酸体 系中，用m n s 0 4 代替a 9 2 s 0 4 作为催化剂来缩短冷凝回流时间，并通过h 9 2 s 0 4 倍数投加法来掩蔽氯离子的影响，从而达到快速测定高氯离子废水c o d 的目 的。考察了改进方法的c o d 测定范围、k 2 c r 2 0 7 适用浓度和氯离子的影响范围 以及该方法的准确度和精密度。 ( 4 ) 投加嗜盐菌对环氧树脂高盐废水生物强化实验：将普通活性污泥系统 进行一定盐度的耐盐驯化后，把筛选得到的嗜盐菌按一定比例投加到活性污泥 系统中，以未投加嗜盐菌的活性污泥系统作为参照，对环氧树脂高盐废水进行 生物强化处理，研究投加嗜盐菌后盐度的提高对系统有机物降解率的影响及污 泥活性指标的变化( m l s s 、m l v s s 、s v i 等) 。 2 1 1 高盐废水来源及生物处理研究进展 1 1 1 高盐废水的来源及危害 高盐废水是指含有有机物和至少1 的总溶解固体物的废水，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n a + 、c a 2 + 、c 1 、s 0 4 厶 等。高含盐废水包括生活污水和高盐工业废水，主要来源于以下几个方面1 8 q l j ： ( 1 ) 海水直接利用过程中排出的废水。目前，许多国家，特别是一些干旱 地区和沿海城市，水资源短缺问题日益严重，为了缓解淡水资源日趋紧缺的局 面，许多沿海地区已经推行海水直接利用。 ( 2 ) 来源于工业生产。一些工业如石油、化工、印染、造纸、杀虫剂、除草 剂和制药等化学制造业，这些行业属于重污染行业，废水排放量大，且废水中 含有高浓度无机盐和难降解或有毒有机污染物。另外，肉类加工厂和海产品加 工厂等食品企业生产废水中也含有大量的无机盐。 ( 3 ) 其它含盐废水。如大型船舰上的生活污水是高含盐废水；沿海地区城市 污水的盐度会由于海水渗入城市下水道而增加；某些地区地下水异常，其天然 水比一般淡水的含盐量还要高很多，如河北平原部分地区浅层地下水为咸水， 总溶解固体浓度可达到5 9 l 左右。 高盐废水的排放会产生十分严重的环境污染，特别是一些工业含盐废水， 除受到本身高盐度的限s u # i ，还含有大量的有毒难降解有机物，而且其排放量 已经很大，并随着我国经济的快速发展，呈急剧增长的趋势，给我国的生态环 境造成了极大的压力。 虽然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【1 2 d 5 】：( 1 ) 盐浓度过高时水样渗透压高，会使微生物细胞脱水，引起细胞 原生质分离；( 2 ) 高盐情况下因盐析作用而使细胞脱氢酶活性降低；( 3 ) 高氯离子 浓度对细菌有毒害作用；( 4 ) 由于水的密度增加，活性污泥容易上浮流失。因此 采用普通的生化法处理高含盐的有机废水时，往往无法达到理想的处理效果， 通常需要进行稀释处理，使其在低盐浓度下( 盐浓度小于1 ) 运行，这造成水资 源的浪费，处理设施庞大，投资增加，运行费用提高等。 1 1 2 高盐废水的物化处理 由于传统生物处理方法的处理效果受盐分影响较大，物化法在处理高盐废 水方面显示出一定优势。然而单纯依靠物化法去除高盐废水中的污染物，系统 能耗高、启动及运行费用高而限制了其发展。随着对高盐废水生物处理系统研 究的深入，物化法一般只作为预处理措施，以降低废水中过高的盐含量或去除 部分污染物，提高了废水的可生化性，从而减轻对后续生物处理系统的影响。 3 目前研究较多的高盐废水物化处理方法主要有：蒸发、电解法、混凝沉淀、膜 分离技术等【l d 2 1j 。 1 1 3 高盐废水的生物处理工艺 国外从五十年代后期开始了对含盐废水生化处理的一系列研究。国内研究 的时间相对较晚。目前主要包括生物膜法( 有生物滤池和流化床反应器等) 、传 统活性污泥法、s b r 法、a b 法、厌氧处理法以及a o 和a 2 o 等工艺。 l a w t o n 和e g g e r t 2 2 1 研究了盐度变化对滴滤池的影响。结果发现盐度对滴滤 池的处理效率有重要影响。当突然将盐度增加至2 0 0 0 0 m g l 时，系统的b o d 5 去除呈现负值。当滴滤池在2 0 0 0 0 m g l 以上的盐度条件下成功驯化后，再突然 变到无盐环境，b o d 5 的去除再次出现负值现象。 l u d z a c k 和n o r a n 2 3 】研究了盐度对活性污泥处理系统的影响。结果表明在 高盐条件下，活性污泥的絮凝性变差，出水悬浮物浓度升高，有机物的去除率 降低，同时发现微生物的呼吸速率随着盐度的升高而变快1 2 引。 但r y u c e lt o k u z 2 4 】的研究结果则截然相反。他在处理盐度为3 5 9 l 的含盐 废水时，发现盐度的变化对活性污泥处理系统仅有轻微影响，出水悬浮物浓度 和氧呼吸速率均没有明显变化，且盐度的增加有利于提高反应器中污泥浓度。 m f h a m o d a 等【2 5 】采用活性污泥法处理含盐废水( 1 0 9 l 和3 0 9 l ) ，其研究 结果也与r y u c e lt o k u z 相似。他们发现随着水样盐度的升高，微生物的活性和 有机物去除率也均有所提高，t o c 去除率在n a c l 浓度为0 9 l 、1 0 9 l 和3 0 9 l 时分别为9 6 3 、9 8 9 和9 9 2 ，可见在高盐度环境中微生物生长并没有受到 抑制，相反促进了一些嗜盐细菌的生长，使反应器内微生物浓度增加，降低了 有机负荷，也提高了污泥的絮凝性。 c h a r l e sg l a s s t 2 6 】研究了利用s b r 反应器处理高盐高氨氮污水。在p h 值分 别为7 5 和9 时，逐步将硝酸氮的浓度从2 7 0 0 m g l 增加到8 2 0 0 m l ，同时t d s 从5 增加到1 6 ，再提高到1 8 。实验结果表明，在水样p h 值为9 ，硝酸氮 质量浓度为8 2 0 0 m g l ，t d s 为1 8 条件下，污泥经过驯化后能够具有一定脱 氮作用，而未经驯化的污泥在硝酸氮浓度为5 4 0 0 m g l 时，即完全停止反硝化 反应。但在p h 值为7 5 时，即使是驯化污泥，当硝酸氮质量浓度为5 4 0 0 m g l 时也完全停止反硝化反应。盐度增加导致脱氮率减小。 a r j e nr i n z e m a t 2 7 】研究了u a s b 反应器中盐度变化对硝化反应的影响。在溶 液p h 值为6 5 7 2 ，盐度分别为5 m g l 、1 0 m g l 和1 4 m g l 时，乙酸形成甲烷 产量会相应减少1 0 、5 0 和lo o 。 r m e n d e z 2 s 】用厌氧工艺处理加工海产品废水( c l 。质量浓度为1 5 m g l ) ，实 验发现该工艺不但可以处理来自多个工厂的海产品废水，而且在水质水量发生 一定波动时，其处理效果仍很稳定。当c o d c r 有机负荷在4 k g ( m 3 d ) 时，c o d 去除率仍能达到7 6 8 0 。 4 t h o n g c h a i 和p a n s w a d 【2 9 】采用a 2 o 工艺，以利用未接种驯化活性污泥为对 比，研究盐度对工艺处理效果的影响。当氯化钠浓度从0 9 l 增加到3 0 9 l 时， 发现未经驯化的活性污泥c o d 去除率从9 7 下降到6 0 ，而驯化污泥c o d 去 除率从9 7 降至7 1 。两个系统的氧吸收率在稳定状态下，都随盐度升高而增 加。且盐度的提高对系统的总氮去除率影响较小，说明硝化细比异养菌更能适 应高盐环境。 国内对高盐废水生化处理的研究起步较晚，且对于高盐有机废水的生化处 理研究大多集中于活性污泥的驯化方面。 顾晓梧【3 0 】研究了活性污泥法的耐盐度能力。当n a c l 浓度逐步提高到1 0 9 l 时，出水c o d 值仍可维持在5 0 m g l 以内。随着n a c l 浓度继续增加，活性污 泥的凝聚性能越来越差，在n a c i 浓度上升到2 0 9 l 时，系统出水变得十分混浊， c o d 去除率仅有5 0 。 何健【3 1 】等采用逐步提高有机负荷盐浓度的方法，驯化出耐高盐的活性污 泥。在进水氯化钠质量浓度为2 6 8 0 0 - - 4 7 2 0 0 m g l 之间时，保持较高的污泥浓 度可使反应器c o d c r 容积负荷达到0 6 k g ( m 3 - d ) ，c o d c r 和苯乙酸去除率达到 9 5 以上。 杨健f 3 2 】等人对活性污泥处理系统驯化前后的生物相进行观察，发现驯化后 污泥中的钟虫、盾纤虫和丝状菌均已消失，可能是因为这些微生物对盐度的提 高无法适应所致。但驯化后污泥中仍存在少量的原生动物，如纤毛虫中的漫游 虫和裂口虫等。 刘正【3 3 】在含n a c l 的氯丁橡胶废水生物处理试验中，对驯化后的微生物进 行分离，发现其优势菌种为假单胞杆菌，其数量占总菌数量的8 0 以上。而处 理不含盐的氯丁橡胶废水系统的菌种主要是细菌和真菌，这表明微生物在含盐 废水的驯化过程中，优势菌属发生较大的变化，分离出的优势菌种可以在更高 的含盐浓度下生长。但研究同时发现盐浓度的突然变化，可直接破坏生物处理 的正常运行，使菌胶团解体，污泥上浮。 1 1 4 投加嗜盐菌生物强化处理高盐废水 为了解决难降解有机废水的处理问题，国外学者提出了生物强化技术 ( b i o a u g m e n t a t i o n ) 的概念。生物强化技术是指在生物处理系统中，通过投加具 有特定功能的微生物、营养物或基质类似物，达到提高废水处理效果的手段和 方法。 自然界中广泛存在着一种嗜盐微生物一嗜盐菌，它们的存在为高盐废水有 效生物处理提供了物质保障。因此国外许多学者研究通过投加嗜盐菌对高盐废 水进行生物强化处理，这些高效优势菌种可以改善常规活性污泥法的处理效果， 具有专门处理某些污染物指标或特种废水的特点，尤其适用于难降解有机废水 3 4 - 3 6 1 。在国内，投加嗜盐菌生物强化处理高盐废水的研究尚处于初步阶段，关于工 5 业应用的研究尚未见诸报道。 d i n c e r 等人【3 7 3 8 】利用生物转盘处理含盐废水，并向反应器中投加嗜盐菌， 在盐度不超过3 时，获得较好的去除效果，其c o d 去除率超过9 0 ；盐度为 5 时，c o d 去除率达到8 5 ；盐度为1 0 时，c o d 去除率仍可达6 0 。 k a r g i 和d i n c e r l 3 9 】采用非耐盐活性污泥处理1 5 的含盐废水，发现c o d 的去除率和盐的浓度有很大关系，但高盐浓度下加入耐盐菌h a l o b a c t o r h a l o b i u m 后可明显提c o d 的去除率。同时还报道了模拟废水的动力学参数， 但这些数据不能说明工业废中抑制性化合物的降解性。 f e r r e r 4 0 】等以酵母膏、蛋白胨和葡萄糖为底物研究了盐度变化对中度耐盐 菌d e l e y ah a l o p h i l a 生长速率的影响。研究结果表明，在盐浓度为1 0 时菌株 具有最大的生长速率，且在盐浓度为2 5 1 5 范围内，n a c l 浓度的变化对菌 株生长速率影响并不大，由此可见，菌株d e l e y ah a l o p h i l a 在变化盐浓度下能保 持良好生长和底物降解性能，这对工业废水的生物过程是非常有益的。 u y g u r 和k a r g i t 4 1 】使用s b r 工艺处理合成的含盐废水，研究发现随着 n a c l 浓度的增加，系统对c o d 去除率逐渐降低。在盐分从o 上升到6 过程 中，c o d 去除率从9 0 降低到3 2 。但在向s b r 处理系统中加入一株嗜盐菌 后，系统的处理情况得到显著的改善，在盐度为5 时，c o d 去除率可达7 3 ， 而同比状态下未加嗜盐菌的c o d 去除率仅为4 7 。 国内从2 0 世纪8 0 年代以来对嗜盐菌的分离和鉴定进行了大量的研究工作， 但利用嗜盐菌处理有机废水的研究尚处于初步阶段，很少有相关的研究报道。 张小龙等【4 2 】在实验室分离出两株嗜盐菌，并将它们投加到接触氧化反应器 中通过连续操作对含盐废水进行处理，研究了盐度、c o d 负荷、溶解氧对c o d 去除率的影响关系。在废水盐度为3 5 9 l 、进水c o d 为4 5 0 0 m g l 、c o d 容积 负荷为3 5 k g c o d m 3 d 时，系统对c o d 去除率达到9 0 左右，取得较好的去 除效果。 信欣等【4 3 】以皂素废水为进水基质，耐盐菌株作为诱导菌投加到皂素废水生 物处理系统中( b 反应器) ，以未投加组( a 反应器) 作对比，考察盐度对反应器运 行性能的影响。试验结果表明：当废水氯离子浓度为9 0 0 0 - - 1 4 0 0 0 m g l 时，盐 度对a 反应器中的微生物产生轻度抑制，而b 反应器的c o d 的平均去除率为 9 6 3 2 ，几乎没有抑制作用；当进水氯离子浓度为1 7 0 0 0 - 一2 2 0 0 0 m g l 时，盐 度对a