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高鹽廢水的生物處理研究進展與發(fā)展可行性分析

       隨著水資源的短缺， 廢水的處理及回收利用越來越受到人們的重視。高含鹽量廢水是指含有有機物和至少3.5%的總溶解固體物TDS的廢水。高鹽廢水中的高含鹽量對微生物的生長有很強的抑制作用， 增加了含鹽廢水生物處理的難度。從鹽度對生物處理系統(tǒng)有機物去除率和對脫氮、除磷效果影響等三個方面， 綜述了高鹽廢水生物處理的研究進展情況， 分析了高鹽廢水生物處理的可行性， 指明了高鹽廢水生物處理今后的研究方向。

       這些廢水主要來源于海水直接利用過程中排放；某些工業(yè)行業(yè)的排放， 如化學試劑的生產、石油、印染等企業(yè)；以及其他含鹽廢水排放，如大型船艦上的污水等等。在這些廢水中除含有有機污染物外，還含有大量的無機鹽， 如Cl- 、SO2 -4 、Na+、Ca2 +等離子。雖然這些離子都是微生物生長所必需的營養(yǎng)元素，但濃度過高，會抑制微生物的生長，從而使廢水無法達到理想的處理效果，是目前難處理的廢水之一。

       含鹽有機廢水主要采用兩種處理方式：非生物法（物理、化學）和生物法。由于此類廢水的溶解性有機物含量高，一般物理、化學方法難以處理并且處理成本高，而生物處理法因具有經濟、高效、無害的特點，應該是首選的處理方法。在利用生物處理法處理高鹽廢水時，往往由于廢水中鹽濃度過高，對微生物的生長會產生抑制作用，使傳統(tǒng)的生物處理法受到了極大的限制。因此，加強在高鹽環(huán)境中仍能降解污染物的特殊微生物，即嗜鹽微生物的研究探討顯得尤為必要。

       鹽度對生物處理系統(tǒng)有機物去除率和對脫氮、除磷效果影響等三個方面，綜述了高鹽廢水生物處理的研究進展情況，分析了高鹽廢水生物處理的可行性，指明了高鹽廢水生物處理今后的研究方向，以期為今后高效處理高鹽度廢水提供有益的資料。

       一、高鹽度對生物處理系統(tǒng)有機污染物的降解效率的影響

       多數(shù)人認為， 高鹽環(huán)境對生化處理有抑制作用。在高鹽度環(huán)境下， 微生物代謝酶活性受阻，生物增長緩慢，產率系數(shù)低。Ingram通過對桿菌的研究發(fā)現(xiàn)， 當NaCl濃度>10g/L時， 微生物呼吸速率降低。LawtonGW[ 5] 的研究表明，當NaCl濃度>20g/L時，會導致滴濾池BOD去除率降低，實驗表明，BOD的去除率隨著鹽濃度的增加而降低。DavisEM報告，使用活性污泥系統(tǒng)，對含鹽濃度高達12%的廢水進行中試處理實驗，實驗結果證明，廢水中的TOC去除率僅為28%～43%，而且試驗運行困難。

       但也有一些學者研究得出相反的結論。他們認為，高鹽度不會降低廢水生物處理的有機物去除率，適當?shù)暮}量可以提高污泥絮凝性，還對生物處理系統(tǒng)起到穩(wěn)定作用。

       Woolard等把嗜鹽微生物在序批式生物膜反應器（SBR）中培養(yǎng)，處理含鹽量1%～15%的合成含酚廢水，即使含鹽量高達15%（150g/L），對酚的去除率依然在99%左右。Hamoda和Al-Atlar[8]對活性污泥法處理含鹽廢水（10g/L和30g/L）的研究發(fā)現(xiàn)，在高鹽度環(huán)境中生物活性和有機物去除率均有提高，TOC去除率在NaCl為0g/L、10g/L、30g/L時分別為96.3%、98.9%、99.2%，他們認為在高鹽度環(huán)境中，微生物生長沒有受到抑制， 相反促進了一些嗜鹽細菌的生長，使反應器內微生物濃度增加，降低了有機負荷，也提高了污泥的絮凝性。由此可見，嗜鹽微生物比普通微生物對高鹽度環(huán)境有更強的適應能力， 以嗜鹽微生物為主的生物處理系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。

       二、高鹽度對生物處理系統(tǒng)脫氮效果的影響

       高鹽度會對硝化菌和反硝化菌產生抑制， 但許多研究結果表明， 如果污泥在高鹽環(huán)境中有足夠的馴化時間， 使硝化菌和反硝化菌大量增殖， 系統(tǒng)就能有較好的脫氮效果。但關于鹽度對硝化反硝化的影響還存在一些不一致甚至自相矛盾的結論。

       1、高鹽度對反硝化反應的影響

       研究證實高鹽環(huán)境中可以進行反硝化反應， 如vanderHoekP等發(fā)現(xiàn)NaCl或Na2 CO3為30g/L時能夠進行反硝化反應。大部分的研究結果表明反硝化效率隨著進水鹽度增加而降低， 但是YoshieS等通過試驗得出鹽度為10%的反硝化活性高于鹽度為2%的反硝化活性， 2%鹽度下嗜鹽菌反硝化菌和非嗜鹽反硝化菌可能共存， 并且互相競爭底物， 然而10%鹽度下可能會導致嗜鹽菌反硝化菌占統(tǒng)治地位， 從而提高了反硝化效率。

       2、高鹽度對硝化反應的影響

       鹽會抑制硝化菌的生長， 硝化反應對鹽濃度和鹽沖擊都敏感。RoseM F等處理含鹽廢水時發(fā)現(xiàn)50g/L的NaCl系統(tǒng)中氨的去除率為48%， 而沒有NaCl的系統(tǒng)氨的去除率高達94%。ChenG H等發(fā)現(xiàn)鹽度在4.12g/L的NaCl有利于硝化，但超過這個濃度會下降。

       其產生對立結論的原因：（1）系統(tǒng)的構造和實驗條件（如：溫度、pH、廢水中含有抑制微生物的化合物等）的差異；（2）系統(tǒng)微生物種類，如使用單一或混合的微生物，馴化或沒有馴化的微生物；（3）鹽加入系統(tǒng)的方式， 如突然加入或逐漸加入。

另外， 還有研究表明， 在硝化反應過程中， 硝化細菌對鹽度比亞硝化細菌更敏感， 在達到一定鹽度后硝化過程中會出現(xiàn)亞硝酸鹽的大量積累。由于反硝化菌能夠直接將NO-2 -N還原， 生物脫氮可經過NH+4 -N※NO-2 -N※N2 這樣的途徑完成（即短程硝化反硝化生物脫氮）。短程硝化反硝化生物脫氮工藝可以減少硝化階段的需氧量， 并且可以節(jié)省反硝化階段的有機碳源， 因此， 可以通過控制溫度、pH值、溶解氧、游離氨以及污泥齡等條件來抑制硝化菌的活性或減少硝化菌的數(shù)量， 以實現(xiàn)短程硝化。

       3、高鹽度對生物處理系統(tǒng)除磷效果的影響

       IntrasungkhaN等采用SBR反應器將進水鹽度由低逐漸升高研究了鹽度對氮磷去除的影響。鹽度大于5g/L時，磷的去除率大幅度下降， 無法進行生物除磷。UygurA等研究發(fā)現(xiàn)，當廢水中含鹽濃度從0g/L增加到60g/L時， PO3 +4 -P的去除率由84%降到22%。

       研究發(fā)現(xiàn)， 聚磷菌在含鹽環(huán)境中經過長期馴化， 也能適應高鹽環(huán)境：廢水中含鹽濃度低于32.5g/L時， 經過3～7 h的好氧吸磷階段，可使出水PO3 +4 -P濃度低于0.5g/L；當含鹽量超過35g/L后， 好氧吸磷速率明顯降低。

       目前，對高鹽廢水中磷去除規(guī)律的研究較少，而且去除效果不理想， 分析其原因， 可能與聚磷菌對鹽度更敏感和研究人員的馴化方法及馴化時間有關。聚磷菌受到高鹽度沖擊時， 不能立刻通過調節(jié)自身新陳代謝而對高鹽環(huán)境產生適應性， 導致馴化時間短除磷功能大幅下降， 甚至會完全失去除磷功能。

       4、高鹽廢水生物處理的可行性分析與今后研究方向

       適應于淡水環(huán)境的微生物在受到高鹽度廢水沖擊時， 其正常代謝功能會受到抑制。但在高鹽環(huán)境中，微生物會通過自身的滲透壓調節(jié)機制平衡細胞內的滲透壓或保護細胞內的原生質， 這些調節(jié)機制包括細胞聚集低分子量物質， 如氨基酸、糖、甘氨酸三甲基內鹽來形成新的保護層， 調節(jié)自身新陳代謝， 改變遺傳基因， 因而通過選擇培養(yǎng)可以馴化出耐高鹽度的菌種， 系統(tǒng)可獲得較好的處理效果。

       另外， 在自然界高鹽環(huán)境如鹽湖、死海、鹽場和海洋中， 也廣泛生存著耐極高鹽度的嗜鹽菌。一些研究表明將嗜鹽菌接種到污水處理構筑物中， 能有效的去除高鹽廢水中的有機物。如EstrellaAspe等用海洋底泥接種可有效處理漁場廢水。耐鹽微生物和嗜鹽微生物的廣泛存在為高鹽廢水的生物處理提供了保證。

       綜上所述， 利用生物系統(tǒng)處理高含鹽量有機工業(yè)廢水技術上是可行的， 表明嗜鹽菌在含鹽有機廢水處理中的應用有一定前景。但在實際工程中， 利用生化法直接處理（指不經過稀釋和預先提取鹽）高含鹽量生產廢水的應用還遠遠不夠廣泛， 要使生化法在含鹽有機廢水處理中真正得到廣泛的應用，還需要做很多更深入的研究。

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