含盐废水的生物处理研究

1、含盐废水的生物处理研究进展linshing含盐废水的生物处理研究进展Development of Biological technology for saline wastewater treatment摘要：含盐废水因含盐量高、离子强度大，废水的处理具有一定的难度。本文在文献调查的基础上阐述了含盐废水的来源、特性及对微生物生化特性的影响，总结了国内外对含盐废水生物处理技术的研究进展。关键词：含盐废水，生物处理，活性污泥，曝气生物滤池BAFAbstract: Because of the high salinity and the ionic strength, the treatment o

2、f Saline wastewater has a certain difficulty. This paper expatiates the emissions source and characteristics of saline wastewater, and its influence on the characteristics of microbiological, based on the literature survey. Then, we summarizes the progress of the research of saline wastewater biolog

3、ical treatment technology, including domestic and foreign.Key words: saline wastewater, biological treatment, activated sludge, biological aerated filter(BAF)前言含盐废水是指总含盐量（以NaCl含量计）至少为1%（质量分数）的生活污水、工业废水或其它含盐废水1。含盐废水的产生由来已久，近年来，随着经济的快速发展，淡水资源的匮乏，沿海地区对淡水资源的需求成倍增长，越来越多的行业把海水利用作为节约淡水、缓解淡水资源短缺的有效途径，对海水的利用

4、日益广泛。含盐废水的主要来源有2个方面：一是城市生活中海水代用排放的废水，相对于一些发达国家的年海水用量已经超过了1000亿m3，目前我国海水的年利用量仅60多亿m3，其中海水可代替淡水作为道路的冲洗水和冲厕水，如香港海水冲厕的普及率高达70以上，而大连、青岛、烟台、厦门等城市目前也在进行海水冲厕的试点实践；二是一些行业（如电力、钢铁、机械、纺织等行业的冷却水，建材、海产品、奶制品加工、造纸、印染、化工等等行业的工业生产用水）排放的大量高浓度含盐废水2-3。这些废水中除了含有大量的无机盐，如Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等离子4外，还含大量有机污染物，其中海产品养殖、加工废水和沿海城市含

5、海水的生活污水等废水的盐度及含盐种类与海水（盐度约3.3%，盐类以NaCl为主) 相同或接近，这几类含盐废水通常富含有机物、氮、磷等营养类污染物，而营养物质（尤其是氮和磷）的去除是处理上述废水的重要环节5-10。高盐、高有机物废水，若未经处理直接排放，势必会对水体生物、生活饮用水和工农业生产用水产生极大的危害，因此大部分废水最终将进入城市污水处理系统。因其盐度高，离子强度大的特点给其处理带来了极大困难。目前，含盐废水的处理方法主要有物化法和生物法。物化法很多，有电解法、膜分离法、焚烧或深井灌注等。生物法有传统活性污泥法、A2/O、间歇式活性污泥法（SBR）、生物滴滤池、接触氧化法等。但物化法处

6、理成本一般较高，且有可能带来二次污染，如电解法和焚烧法进行费用高，膜分离法中的悬浮物和有机物会堵塞膜孔，深井灌注法会产生二次污染等，这些方法难于在实际应用中推广11-12。相比来说，生物处理法具有经济、高效、无害、应用范围广、适应性强等特点被广泛应用于废水的处理中。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13。主要抑制原因在于：盐浓度过高时渗透压高，使微生物细胞脱水引起细胞原生质分离，进而破坏了微生物菌体生物膜，高含盐情况下因盐析作用而使脱氢酶活性降低，致使生物增长缓慢，产率系数低；高氯离子浓度对细菌有毒害作用，抑制了微

7、生物的生长；由于水的密度增加，活性污泥容易上浮流失14-16。早在1940年，Ingram对杆菌研究发现，当NaCl浓度10 g/L时，能够使微生物的呼吸速率降低。Lawton研究表明，当NaCl 浓度20 g/L 时，会导致滴滤池BOD去除率降低，在此浓度下，活性污泥法的BOD 去除率降低，同时污泥中的絮凝性变坏，出水SS升高，硝化细菌受到抑制17-18。为此，高含盐废水进行生物处理要求对废水进行稀释，使盐的质量分数小于1%，但这会造成水资源的浪费，使处理设施庞大，投资增加，运行费用提高。目前高盐度废水处理主要偏向于不脱盐、不稀释，直接进行生物处理。因此，研究生物处理的可行性、反应机理和处理

8、条件，设计合理的生物反应器，提高含盐废水的生物处理效率是目前处理含盐废水的一个热点3,13。废水的生物处理是指利用自然界广泛存在的大量微生物氧化、分解、吸附废水中有机物从而净化废水的方法。生物降解不仅能氧化分解一般的有机物并将其转化为稳定的无机物，而且还具有转化有毒有害有机污染物的能力，是有机化合物在自然界中去除和再循环的重要途径和方式。微生物种类繁多，分布广泛，代谢类型多样，代谢速率快，繁殖快，易变异，适应性强，降解酶专一性强，且很多酶是在污染物的诱导下产生的等特点使其在降解、转化物质有着巨大的潜力，被国内外研究者广泛应用于高盐有机废水处理工艺之中，并取得了很大的研究进展19。下面本文就含盐

9、废水的几种生物处理工艺进行概述。1 传统活性污泥法活性污泥法是广泛应用于城市污水和工业废水的生物处理方法之一，它主要是利用活性污泥为主体的污水生物处理法。活性污泥是由微生物与悬浮物质、胶体物质混合在一起所形成的具有很强吸附、分解有机物能力和良好沉降性能的絮状体。通过驯化活性污泥筛选出具有良好降解性能的耐盐微生物是处理含盐废水的重要前提12。杨健等通过驯化活性污泥处理高含盐有机废水，系统含盐量为35 g/L，COD 负荷为1.0 kg/（kg·d），污泥经46周驯化后逐渐成熟，外观颜色由深褐色转变为浅棕黄色，镜检丝状菌消失，只有少量的原生动物，SVI为0.550.80 mL/g，MLV

10、SS/MLSS 为0.550.65，絮凝体颗粒细小紧密，无机成分多。结果表明，驯化污泥具有良好的有机物吸附和氧化能力，其COD去除率比未驯化污泥显著提高（达90以上），而未驯化的污泥则出现明显中毒现象20。何健21等通过逐步提高有机负荷盐浓度的方法，驯化出耐高浓度盐的污泥。在进水NaCl 浓度为26 80047 200 mg/L之间时，COD 和苯乙酸的去除率均可以达到95%以上。同时驯化后的污泥能适应瞬时盐浓度变化冲击。刘祥凤22等通过驯化活性污泥后，当Na2SO4量小于2 000 mg/L 范围内，驯化污泥可以正常降解高含盐废水中的有机物，指示剂苯酚的去除率也在90%以上12。张雨山等采用

11、完全混合式连续流活性污泥反应器，研究了海水进入城市污水处理系统后，不同海水盐度下传统活性污泥对COD的去除率。结果表明，当进水海水比例小于36%时，盐度并没有降低系统对有机物的去除效率并仍保持在80%以上。当海水比例超高48%时，COD的去除率显著降低23。M.F. Hamoda等研究表明，高盐环境并未抑制微生物生长，相反促进一些嗜盐细菌的生长，使反应微生物浓度增加，降低了有机负荷，提高了污泥的絮凝性，含盐量分别为0、10、30 g/L活性污泥系统的TOC去除率分别达到96.3、98.9、99.224。祝贵兵等采用传统推流式活性污泥法进行低温环境下生物处理混有冲厕海水的污水中试。结果表明，在海

12、水比例为30、59 低温条件下，系统对COD 仍有较高的去除率。低温对硝化菌生长具有抑制作用，海水明显地抑制亚硝酸盐至硝酸盐的转变，造成亚硝酸盐的积累，实现了短程硝化25。常丽丽等将高盐环境下的海边污泥和普通污水处理厂的污泥进行驯化。研究结果表明，海边污泥在NaCl 质量浓度为35 000 mg/L，COD 的去除率可达到97%以上，而普通污泥在15 000 mg/L，COD 的去除率也可达到94%以上12。2 间歇式活性污泥法（SBR）间歇式活性污泥法（SBR）又称序批式活性污泥法，是一种结构形式简单、运行方式灵活多变、空间上完全混合、间歇操为主要特征的有别于传统活性污泥法生物法。每一个运行

13、周期按次序分为五个阶段：进水、反应、沉淀、排水和闲置期。由于在空间和时间上的间歇性，使它具有了工艺系统组成简单、运行操作灵活，能有效防止污泥膨胀的优点，因此中小型工业企业多可采用此方法进行含盐废水的生化处理。 杨健20等采用SBR活性污泥法处理高含盐石油发酵工业废水，废水的TDS为5065 g/L，COD为36g/L。结果表明高盐量对驯化后的污泥并无明显的抑制作用，COD去除率稳定在90%以上，BOD去除率也稳定在95%以上。C. Glass等利用序批式反应器处理高盐高氮废水，在硝酸氮质量浓度为8 200 mg/L，pH9、TDS18的条件下，经过驯化的污泥能够脱氮，但未经驯化的污泥系统在硝酸

14、氮质量浓度为5 400 mg/L 时就完全停止反硝化反应。当pH为7.5，硝酸盐氮质量浓度为5 400 mg/L 时，即使是驯化污泥也完全停止硝化反应,这表明高盐环境降低了序批式反应器的脱氮效率26。孙晓杰等利用SBR研究了海水对城市污水处理系统中短程硝化的影响，研究结果表明，在较高游离氨情况下，生活污水中不含海水时，亚硝酸积累率基本上为零，未出现短程硝化；当海水比例为30时可以实现短程硝化，而且氨氮的平均去除率为88.53%，其亚硝酸积累率为81.57。说明NaCl对亚硝酸积累有一定影响，采用SBR 法处理海水冲厕污水是可行的。王志霞等研究SBR法对含海水城市污水的脱氮除磷效果，当盐质量浓度

15、10 500 mg/L，MLSS为2 100 mg/L，COD负荷0.31.0 kg/（m3d），厌氧段DO为0.2 mg/L，好氧段DO 为2.03.0 mg/L，运行周期为12 h的条件下，COD去除率在87以上，NH4+-N 和TP的去除率均在68以上；盐质量浓度的增加使出水SS 浓度减小，污泥沉降性能也逐渐增强，说明SBR反应器对含海水城市污水具有良好的脱氮除磷效果3。汪善全等采用序批式摇床反应器（SBBR）在高含盐废水中利用不同类型接种污泥培养好氧颗粒污泥。结果表明好氧颗粒污泥能够有效处理含盐废水并且具有良好的抗盐度能力。当盐度小于10 g/LNaCl，进水基质为葡萄糖时，可以取得7

16、0.3%97.6%的TOC去除率。当进水盐度达到35 g/L，并且进水基质为难降解Voc 废水时，可以达到70%的去除率27。3 厌氧生物处理厌氧生物处理是指在无氧或缺氧条件下，利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对废水中的有机物进行生化降解过程。刘欢利用高温厌氧生物处理高含盐活性红2染料废水，以常温厌氧絮状物为接种污泥，经过三个阶段后，运行温度为55，水力停留时间为12 h，NaCl质量浓度为50 000 mg/L，COD为1 000 mg/L，RR2为100 mg/L条件下，UASB反应器的COD和RR2去除率分别为70%和80%。S.Belkin等利用厌氧反应器处理高含盐化工废水，

17、结果表明，厌氧处理过程可提高生物处理工艺对含盐污水的处理效果，并减少盐分对微生物的毒害作用，用厌氧/好氧两相生物系统处理化工废水，在TDS 高达90 g/L 时，总溶解性有机碳（DOC）的去除率达50。刘锋等用上流式厌氧生物滤池对柠檬酸废水进行处理试验。试验结果表明，当Cl质量浓度为300700mg/L时，出水清澈透亮，COD去除率没有明显变化；当Cl质量浓度为7001 430 mg/L时，出水呈乳白色，COD去除率稳定；当进水Cl质量浓度达到2 640 mg/L 时，COD去除率达到85，但出水发黑，臭味较大，这说明UBF反应器能承受Cl质量浓度在3 000 mg/L左右，当进水COD负荷低

18、于4 kg/（m3·d）时，COD去除率达85。表明可以应用UBF反应器处理高含盐有机废水。张高山等利用ABR对含盐废水的运行性能进行了研究，在氯离子浓度为8 500 mg/L，COD浓度为12 640 mg/L，HRT为48 h时，COD的去除率为85.9%。进一步提高氯离子的浓度至15 000 mg/L，含盐量在1.5%左右的废水，污泥仍能够正常的降解废水中的有机物28。4 生物接触氧化法接触氧化法又称淹没式生物滤池，是在生物滤池的基础上通过接触曝气方式演变成的污水生物处理技术。接触氧化法运行时填料全部浸没在污水中，利用机械装置向水体充O2，生物膜绝大部分附着在固体填料上。由于吸

19、附作用，生物膜表面上附着一层滞流薄水层，空气中O2通过滞流层进入生物膜，在有O2条件下，污水层内有机物不断被膜中微生物吸附、氧化分解。生物膜法具有较强的抗毒性和耐冲击负荷能力，可以维持较高的污泥龄，生物相相对稳定，容积负荷较高，水力停留时间较常规活性污泥法大为缩短19。Ruey-Shin Juang等用微孔聚丙烯中空纤维膜接触器作为生物反应器，当废水中NaCl浓度达1.52 mol/L时，能完全降解500 mg/L的苯酚。解庆林等将厌氧-好氧联合技术应用于处理石油终端处理厂污水（废水中（Cl）平均值为113 480 mg/L，（COD）约为150400 mg/L），处理效果良好，出水水质稳定，

20、出水（COD）为1467 mg/L，达到国家污水排放一级标准。王新刚采用水解酸化生物接触氧化法处理高盐含油废水，水解酸化作用使废水的可生化性提高了10.2%，在总的停留时间为14 h（水解8 h+好氧6h）的情况下，系统运行稳定，出水水质良好，COD 及油的去除率分别维持在85%和88%，出水已达到一级排放标准29。5 耐（嗜）盐细菌法由于盐度的抑制作用，采用传统的生物转盘处理含海水的生活污水时，COD去除率较低。F. Kargi等通过向生物转盘系统中投加耐盐细菌，提高生物转盘对含盐污水的处理效率，在盐质量分数<1%，有机物负荷Ls<4 000 mg/（m2·h），面积率

21、A/Q>1 500（m2·h）/m3 时，投加耐盐细菌的生物转盘系统的COD去除率>90%，这说明投加耐盐细菌能显著提高生物转盘的处理效率。而在好氧序批式反应器中，9 h内耐盐细菌对含盐5的废水COD去除率达85，较普通活性污泥系统处理效率提高46.5。表明投加耐盐菌种能提高系统的COD去除率，对高盐污水效果更加明显30-31。季民32等利用厌氧生物滤池好氧移动床工艺（AF-MBBR）对天津滨海地区含盐量达6 80120 816 mg/L，Cl为2 747.79 498.1 mg/L垃圾卫生填埋场渗滤液行了处理试验，当Cl质量浓度由5 734 mg/L升至9 498 mg

22、/L时，COD去除率由32.2降至10.4，表明高盐量对AF-MBBR 工艺的COD去除率具有明显的抑制作用。采用微生物技术对垃圾渗滤液中的微生物进行了分离、筛选得到了5种菌，并进一步纯化培养和富集后，5种菌对垃圾渗滤液中COD的去除率均超过20，其中3#菌投入的第2天，出水明显变清，COD的去除率由20升至47.5，这说明采用从高盐渗滤液中分离、富集的耐盐菌作为AF-MBBR的接种微生物处理高盐垃圾渗滤液是可行的3。6 曝气生物滤池曝气生物滤池（biological aerated filter，BAF）是固定化生物反应器的一种，近年来被广泛应用于三硝基甲苯废水、焦化废水、采油废水、硝基苯和

23、苯胺废水以及高盐度乙烯废碱液等含有毒有害物质废水的处理。BAF能够通过固定化保护微生物，降低其在极端环境中所受的伤害，提高系统对有毒有害物质及环境冲击负荷的耐受力，使系统保持较高的稳定性。研究表明，BAF在含盐环境中能保持较高的有机物去除率，而且能够有效解决含盐废水处理中出水浊度高、微生物流失严重的问题。但常规BAF属于好氧工艺，不适用于废水的脱氮除磷。以往有关滤池处理含盐废水的研究报道也很少涉及到氮和磷的去除问题。为了改善BAF的脱氮除磷效果，在实验中尝试将常规的连续曝气改为间歇曝气，并对生物滤池在这两种运行模式下的性能进行比较。而后，将经验证具有更好废水处理效果的间歇曝气生物滤池系统（in

24、termittentlyaerated biological filter，IABF）应用于含盐废水的处理，研究其在不同盐度下去除废水中有机物、总氮（total nitrogen，TN）和总磷（total phosphorus，TP）的能力，以期找到一种适用于处理富含营养污染物的含盐废水的生物处理工艺33。G. W. Lawton4等试验研究了盐对生物滴滤池处果的影响。当进水由淡水或低盐水骤理效然变为20 g/L含盐污水时，出现了BOD负去除现象。当滴滤池系统适应20 g/L含盐污水后，又将进水突然变为淡水，同样有BOD 负去除现象。盐度波动对生物滴滤池影响很大。L.Yang34等采用上流淹没

25、式好氧生物滤池和滴滤池组合处理盐度为20 g/L的含油海水，当进水总有机碳（TOC）质量浓度为1 000 mg/L，容积负荷为1.5 kg/（m3d）时，出水TOC去除率>90%，组合工艺对含盐污水有良好的适应性。实验研究表明生物滤池系统的最佳运行参数为HRT = 6. 0 h，A /L = 15；间歇曝气能够强化生物滤池的脱氮除磷性能，促使生物滤池高效而全面地去除废水中各种营养类污染物( CODCr、TN及TP )；IABF能够耐受一定的盐度，在处理较高盐度的废水时，系统依然能维持较好的污染物去除效果；在相同盐度下，IABF与其他一些已试用于含盐废水处理的生物工艺相比具有更高的CODC

26、r、TN及TP去除能力，在去除含盐废水中营养污染物方面具有一定的优势。3 展望本课题组在实验室条件下，采用连续曝气生物滤池法，以牡蛎壳为填料，通过驯化活性污泥，通过投加海盐（盐浓度接近海水盐度3.3%，NaCl计）、MgSO4、KH2PO4、NH4Cl模拟含海水废水，以葡萄糖为碳源，探索系统对含盐废水的有机物（NH4+-N）的去除效率及其影响因素并提取耐盐茵等。高含盐废水处理技术与工艺的研究尚任重道远，其应用市场前景广阔。采用合理的化学、物理、生物组合技术处理高浓度含盐废水尚处于开拓阶段，还有大量的研究工作要做。如单元技术的强化，耐盐活性污泥的驯化，采用重组DNA 技术培育高效耐盐菌类，选择性

27、膜的研制以及高效絮凝剂的开发；实现有机物的去除与无机盐去除有效地结合等将是下一步的研究方向。参考文献1 文湘华,占新民,王建龙,等.含盐废水的生物处理研究进展J.环境科学,1999,3.2 胡青,夏四清.盐度对膜生物反应器处理含盐废水影响的研究进展J.环境污染与防治,2012,34(1):60-63,713 邹士洋,张建平,伍俊荣,丁冰泉,黄富民.生物技术处理高含盐废水的研究进展J.工业水处理,2008,28(11):1-44 Lawton G W. Effect of high sodium chloride concentration on trickling filter slimes

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