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高鹽污水生物處理技術

發布時間:2008-9-15 10:11:27  中國污水處理工程網

1 高鹽廢水產生途徑

1.1海水代用排放的廢水

  所謂海水代用就是將海水不進行淡化處理而直接替代某些場合使用的淡水資源。

  在工業上,海水可以廣泛的用作鍋爐冷卻水,應用到熱電、核電、石化、冶金、鋼鐵廠等行業上。發達國家年海水冷卻水用量已經超過了1000億m3。目前我國海水的年利用量為60多億m3。青島電廠1936年就開始將海水作為工業冷卻水,至今已經有60多年的歷史。目前,青島市電力、化工、紡織等行業的12家臨海企業,年用海水8.37億m3。天津年利用海水達到18億m3。此外,秦皇島熱電廠、黃道熱電廠和上海石化總廠等70多家臨海火力發電、核電、化工、石化等企業均已不同的方式直接利用海水。對于印染、建材、制堿、橡膠以及海產品加工等行業,海水還可以作為工業的生產用水。

  城市生活用水。在城市生活中,海水可以替代淡水作為沖廁水。目前香港海水沖廁的普及率高達70%以上,未來計劃普及率提高到100%,并因此成為世界上唯一以海水作為沖廁水的城市。而在大連、天津、青島、煙臺等城市的個別單位,也有采用海水沖廁的實踐,但規模較小。

1.2工業生產廢水

  一些行業,如印染、造紙、化工和農藥等,在生產中產生高含鹽量的有機廢水。

1.3 其他高鹽廢水

  船舶壓艙水
  廢水最小化生產中產生的污水
  大型船艦上產生的生活污水

2 無機鹽對微生物的抑制原理

2.1 抑制原理

  含鹽廢水主要毒物是無機毒物,即高濃度的無機鹽。

  有毒物質對廢水生物處理的影響與毒物的類型和濃度有關,一般隨著濃度升高可分為刺激作用、抑制作用和毒害作用三大類。

  高濃度無機鹽對廢水生物處理的毒害作用主要是通過升高的環境滲透壓而破壞微生物的細胞膜和菌體內的酶,從而破壞微生物的生理活動。

  ①微生物在等滲透壓下生長良好。微生物在質量為5~8.5g/L的NaCI溶液中,紅血球在質量為9g/L的NaCI溶液中形態和大小不變,并生長良好;②在低滲透壓(ρ(NaCI)=0.1g/L)下,溶液水分子大量滲入微生物體內,使微生物細胞發生膨脹,嚴重者破裂,導致微生物死亡;③在高滲透壓(ρ(NaCI)=200g/L)下,微生物體內水分子大量滲到體外,使細胞發生質壁分離。

  2.2 淡水微生物在不同鹽度下的存活率

  不同生活在淡水環境下或者淡水處理構筑物中的微生物接種到高鹽環境下,僅有部分微生物存活。這是鹽度對微生物的一種選擇。將淡水微生物的存活率定義為100%,當鹽度超過20g/L,其存活率低于40%。因此,當鹽度超過20g/:L,一般認為用不同淡水微生物無法進行處理。

 3 適鹽微生物的分類與利用

  耐鹽微生物:能耐受一定濃度的鹽溶液,但在無鹽條件下生長最好,其生長也不需要大量無機鹽。
  嗜鹽微生物:指在高鹽條件下可以生長的細菌,其生長離不開高鹽環境。按照最佳生長鹽度范圍可以分為三類。
  海洋菌: 最佳生長鹽度1~3%
  中度嗜鹽菌: 最佳生長鹽度3~15%
  極度嗜鹽菌: 最佳生長鹽度15~30%





此圖為部分適鹽微生物形態的電鏡圖

4 生物處理高鹽污水遇到的問題

鹽度適應差

  傳統活性污泥法馴化處理鹽度低于2%含鹽廢水。

  當鹽度環境變為淡水環境時,污泥的適應性會很快消失。

鹽度變化影響大

  鹽度在0.5~2%變化通常會對處理系統產生嚴重的干擾。

  突然變化鹽度比逐漸變化鹽度對系統的干擾更大

  從高鹽變為無鹽產生影響比低鹽環境變為高鹽環境產生的影響要大

降解速率緩慢

  隨著鹽度的升高有機物降解速率下降,因此低F/M更適合含鹽廢水的處理。圖3.5為SBR法處理在各鹽度下的處理效果。

污泥流失嚴重

  鹽度改變污泥中微生物的組成,改變了污泥的沉淀性和出水SS,污泥流失嚴重.

 5 高鹽污水生物處理工程對策

5.1 馴化淡水微生物

  適應于生活在淡水生物處理設施中的微生物在進入一定濃度的含鹽環境內,會通過自身的滲透壓調節機制來平衡細胞內的滲透壓或保護細胞內的原生質,這些調節機制包括聚集低分子量物質來形成新的胞外保護層,調節自身的代謝途徑,改變基因組成等,因此,正常活性污泥可以在一定鹽度范圍內通過一定時間的馴化處理含鹽廢水。

  雖然污泥通過馴化可以提高系統耐鹽范圍,提高系統的處理效率,但是,馴化污泥中的微生物對鹽度的耐受范圍有限,而且對環境的變化敏感。當鹽度環境變化時,微生物的適應性會立刻消失。馴化只是微生物適應環境的暫時生理調整,不具有遺傳特性。這種適應性的敏感對污水處理工程的實施很不利。

  研究認為,在鹽度小于20g/L條件下,可以通過鹽度馴化處理含鹽污水。但是馴化鹽度濃度必須逐漸提高,分階段的將系統馴化到要求鹽度水平。突然高鹽環境會造成馴化的失敗和啟動的延遲。

5.2 稀釋進水鹽度

  既然高鹽成為微生物的抑制和毒害劑,那么將進水進行稀釋,使鹽度低于毒域值,生物處理就不會收到抑制。這種方法簡單,易于操作和管理;其缺點就是增加處理規模,增加基建投資,增加運行費用,浪費水資源。

5.3 利用適鹽微生物

  接種或者基因固定化適鹽微生物處理高鹽污水是一種有效的處理方法。此種方法可以處理超過3%的高鹽污水,這是不同馴化法無法實現的。其篩選出的某些具有特定污染物去除的適鹽菌可以具有高的專性降解能力,大大提高處理效果。篩選接種物來源于海洋或者河口底泥、曬鹽場底物和其他高鹽環境下的活性物質。篩選往往有一定的程序和基因化措施。

  這種方法的缺點是啟動時間長,前期啟動費用高。但是對于高鹽污水生物處理而言,是可行的方法。

 5.4 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的存在或者增加而降低的情況。

  圖中可以看出一種毒物的毒害作用隨著另一種物質的低濃度增加而減少,并在最佳狀態后,隨拮抗劑濃度的進一步增加而反應速率下降。


  目前研究,發現K會對Na產生拮抗作用,減少Na鹽對微生物的毒害作用。吸鉀排鈉作用  

  主要原理可能是Na+/K+反向轉運功能。細菌的生長雖然需要高鈉的環境,細胞內的Na濃度并不高,如鹽桿菌光介導的H+質子泵具有Na+/K+反向轉運功能,即具有吸收和濃縮K+和向胞外排放Na+的能力. K+作為一種相容性溶質,可以調節滲透壓達到細胞內外平衡,其濃度高達7mol/L,以維持內外同樣的水活度.例如嗜鹽厭氧菌、嗜鹽硫還原菌及嗜鹽古菌是采用細胞內積累高濃度K+來對抗胞外的高滲環境.例酵母中的Na+/K+反向載體可以將多余的鹽分排出體外,提高酵母的耐鹽性.

5.5 選擇合適處理工藝

  不同的處理工藝影響微生物的耐鹽范圍。以下為報道的幾種生物處理方法中NaCl濃度的限制量

污泥處理

活性污泥工藝

生物濾池

自凈化

兩段接觸氧化法

NaCImg/L

5000~10000

8000~9000

10000~40000

10000

25000~35000

   研究普遍認為生物膜法的耐鹽能力大于懸浮活性污泥法。另外, 加設厭養段可以大大提高后繼好氧段的耐鹽范圍。

6 高鹽污水生物處理的設計要求

6.1 增設鹽度調節池

  鹽度變化對穩定的系統產生極大的影響,表現為處理效率的急劇下降和污泥的大量流失。設計時應設立調節池保證鹽度的相對穩定。可以在調節池進出口設立電導監測裝置,加強鹽度的在線的控制于反饋,防止鹽度沖擊造成處理系統處理的失敗。

6.2 減少污泥負荷

  鹽度降低生物降解的速率,因此設計負荷要相對減少。很多研究已經證明,在高鹽環境下污泥指數降低,因此,不必擔心過低負荷造成的污泥膨脹。

6.3 增加污泥濃度

  高鹽處理污泥的蓄凝性差,污泥流失嚴重。因此,在設計中應保證高的污泥濃度。這也是提高處理效率的一種手段。還可以在設計污泥濃縮池時,保證額外的污泥儲量,當污泥流失時,迅速補給。

6.4 加大澄清池停留時間

  高鹽影響蓄凝性,因此加長的停留時間有力于污泥的沉降。

6.5 加大曝氣量

  微生物在高鹽環境的適應表現為好氧呼吸速率加大,因此呼吸會造成額外的氧耗量。提高水中溶解氧濃度利于微生物的新陳代謝作用。提供其適應高鹽環境的生理要求。

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