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高含盐、高COD污水处理

发表时间:2013-10-30 09:40
一、高盐废水的组成
高盐废水的定义:高盐废水是指总含盐质量分数至1%的废水.其主要来自化工厂及石油和天然气的采集加工等.这种废水含有多种物质(包括盐、油、有机重金属和放射性物质)。含盐废水的产生途径广泛,水量也逐年增加。去除含盐污水中的有机污染物对环境造成的影响至关重要。 采用生物法进行处理,高浓度的盐类物质对微生物具有抑制作用,采用物化法处理,投资大,运行费用高,且难以达到预期的净化效果。采用生物法对此类废水进行处理,仍是目前国内外研究的重点。
高含盐量有机废水的有机物根据生产过程不同,所含有机物的种类及化学性质差异较大,但所含盐类物质多为Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等盐类物质。虽然这些离子都是微生物生长所必需的营养元素,在微生物的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。但是若这些离子浓度过高,会对微生物产生抑制和毒害作用,主要表现:盐浓度高、渗透压高、微生物细胞脱水引起细胞原生质分离;盐析作用使脱氢酶活性降低;氯离子高对细菌有毒害作用;盐浓度高,废水的密度增加,活性污泥易上浮流失,从而严重影响生物处理系统的净化效果。
    针对高盐废水如何处理的问题,我们详细介绍一种处理方法,即高含盐有机废水生物处理。在化工、制药、燃料的生产过程中,产生的废水除含有高浓度的有机物外,还含有高浓度的盐类物质,采用生物法进行处理,高浓度的盐类物质对微生物具有抑制作用,采用物化法处理,投资大,运行费用高,且难以达到预期的净化效果。采用生物法对此类废水进行处理,仍是目前国内外研究的重点。些篇文章介绍盐浓度对微生物的抑制作用,采用生物法处理含盐有机废水的研究及应用现状。
二、盐浓度对生物处理的影响
    高含盐量有机废水的有机物根据生产过程不同,所含有机物的种类及化学性质差异较大,但所含盐类物质多为Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等盐类物质。虽然这些离子都是微生物生长所必需的营养元素,在微生物的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。但是若这些离子浓度过高,会对微生物产生抑制和毒害作用,主要表现:盐浓度高、渗透压高、微生物细胞脱水引起细胞原生质分离;盐析作用使脱氢酶活性降低;氯离子高对细菌有毒害作用;盐浓度高,废水的密度增加,活性污泥易上浮流失,从而严重影响生物处理系统的净化效果。
    高盐环境对生化处理有抑制作用,表现为微生物代谢酶活性受阻,致使生物增长缓慢, 产率系数低。早在1940年,Ingram[1]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[2]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。处理含高浓度卤代有机物废水的实验表明,BOD的去除率随着盐浓度的增加而降低。Davis[3]采用活性污泥系统,处理含盐浓度高达12%的废水中试实验结果证明,废水中的TOC去除率较低,且实验运行相当困难。
三、高含盐有机废水生物处理技术
3.1  好氧微生物法
    在实际的工程应用中,Ludzack[12]和 Noran的研究表明,当氯化物的含量高于5-8 g/L的时候,将对传统的好氧废水处理工艺产生影响。尽管盐的含量对生物活性存在着致命性的影响,但活性污泥对高含盐环境的适应并非不可实现。工程上通常采用从低含盐量逐渐增加的方式来培养微生物,以使之适应高含量的环境,使废水得到净化。Doudoroff[13]研究表明,埃希氏菌群在生长的停滞期对NaCl的适应能力最强。研究表明,盐浓度频繁改变比起逐渐改变对微生物能产生更加不利的影响,且盐浓度的大幅度改变将会导致细胞质的释放,从而使可溶COD上升[14-19]。虽然可以证明通过驯化活性污泥可适应高盐环境,但是一个主要的瓶颈是此类适盐系统的正常运行通常需要在5%含盐量以下[20-24]。
    Kargi[25]和Dincer于1997年开始使用逆流床反应器研究盐浓度对好氧生物处理的影响。反应器中采用活性污泥接种,人工合成废水由溶解蜜糖、尿素、磷酸二氢钾和氯化钠组成,浓度为50 g/L,COD∶N∶P的比例为100∶10∶1。研究发现,当盐度从零上升到5%的时候,出水COD去除率从85%降至59%。此后,又进行了包括好氧生物转盘在内的一系列创造性的实验,得出嗜盐菌是改善好氧处理工艺的最佳途径。
3.2  厌氧生物法
    早于1965年,Kugelman[26]和McCarty就得出结论,Na+浓度超过10 g/L的时候,将强烈抑制甲烷的产生。然而,Omil[27]等于1995年的研究表明,活性产甲烷菌群对废水盐度的适应是可能的,其效率取决于让菌群适应高含盐量所采取的方法。此外,Feijoo[28]于1995年得出,污泥中Na+的毒性取决于多种因素,其中尤为重要的一点是,污泥的特征和对高含盐水的逐渐适应性。
    近年来,利用嗜盐微生物厌氧消化对废水中的有机物进行生物降解的研究和应用越来越广泛。不过相比好氧生物的相关研究,研究成果还相对较少,其中大多数探索的盐浓度在10-71 g/L之间,远比好氧研究的范围要小。
    Aspé等[29]于2001年模拟了金属元素钼对厌氧消化的抑制作用,认为产甲烷阶段是最受抑制的阶段。后来,人们采用厌氧过滤器[30-32];上流式厌氧污泥床反应器[33];厌氧接触反应器[34]等工艺;处理海产品加工废水,上述方式进行废水处理时,COD去除率在70%到90%之间,其有机负荷率为1-15 kg COD m3/d。Lefebvre等[35]使用UASB技术研究皮革厂浸泡废水的厌氧消化处理,适宜的工况限制在较低有机负荷下。限制了此类工艺的应用。
3.3  厌氧/好氧处理技术
由于单独的好氧和厌氧工艺在处理工业废水中COD去除率无法达到预期的效果,因此为了更好的处理废水中的有机物,两种方法的结合成了研究人员的又一选择。Panswad[36]和Anan于1999年采用了好氧/缺氧/厌氧工艺对含有3%盐分的合成废水进行处理,COD去除率达到71%的。2006年,Lefebvre等处理皮革废水实验,UASB技术与活性污泥后处理的结合改善了废水处理工艺总体效果,COD去除率可达96%[35]。采用厌氧/好氧处理工艺,物化手段的使用主要体现在废水的预处理上,其目的主要在于降低废水中的有机物和盐度,为微生物处理创造良好的环境。采取的整体工艺流程:废水首先经过调节池,然后经过物化的预处理(通常采用调节pH值、混凝、沉淀、电解、微电解等方法),而后加入预先培养好的嗜盐菌进行生物处理。
四、含盐废水蒸馏脱盐法
蒸馏法是一种最古老、最常用的脱盐方法。目前工业废水的蒸馏法脱盐技术基本上均是从海水脱盐淡化技术基础上发展而成。蒸馏法就是把含盐水加热使之沸腾蒸发,再把蒸汽冷凝成淡水的过程。蒸馏法是最早采用的淡化法,其优点是结构简单、操作容易、所得淡水水质好等。蒸馏法有很多种,如多效蒸发、多级闪蒸、压气蒸馏、膜蒸馏等。
五、结语
    废水中较高盐浓度对生物处理有抑制作用,针对利用污泥对高盐浓度的适应性,对微生物进行筛选和驯化,获得的嗜盐菌可承受较高盐度,使生物处理高含盐有机废水成为可能。嗜盐菌廉价,来源广,可以利用许多有机物(包括难降解和有毒物质)作为碳源,因此,利用嗜盐细菌处理高含盐量有机废水有广阔的应用前景,研究快捷的嗜盐菌选择驯化方法,对实际应用和理论研究均具有重要意义。
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