高盐度废水的生物处理进展

前言

高盐度有机废水,是指总含盐量(以NaCl含

量计)至少为1%的废水,盐量主要来源于两个方

面:一是海水直接利用于工业生产和生活用水,二

是有些工业企业生产过程中排放的高盐度废

水[ 1 ] 。目前,许多国家、特别是一些干旱地区和沿海地区,水资源短缺问题愈演愈烈,为了缓解淡水

资源日益紧缺的局面,一些沿海地区已经推行海水

直接利用于工业生产和生活用水,导致了排放废水

中含有大量的无机盐。另外,一些工业品生产,如

杀虫剂、除草剂、有机过氧化物、制药和染料等化学制造业,肉类加工厂和海产品加工厂等的生产废水中,也含有大量的无机盐。

一般情况下,高盐度废水的有机物含量也很

高,如果未经处理直接排放,会给生态环境带来极

大的污染和危害,严重影响人们的生活质量和身体

健康。因此,对含盐废水处理工艺的研究也越来越

深入。通常情况下,过去都是采用物化法来处理此

类废水,而不采用生物处理工艺,因为高盐度会对

生物系统产生抑制作用,但物化方法却会消耗大量

的能源,启动和运行的成本都非常高。目前,人们

正在研究可以代替物化方法的处理工艺,这些工艺

大部分都涉及到好氧或厌氧生物处理。文中综合

了国内外的有关文献,综述了生物法处理高盐度有

机废水的研究进展。

1好氧生物处理高盐度废水

1. 1盐度对好氧生物系统的影响

尽管Ludzack和Noran[ 2 ]研究发现,当废水中

的氯离子浓度大于5～8 g/L 时,就会对传统的好

氧生物处理系统产生抑制作用。但实践证明,活性

污泥只要经过适当驯化,利用微生物处理高盐分废

水是可能的。通过逐步提高有机负荷和盐浓度的

方法,可驯化出耐盐浓度3% ～5% (甚至更高)的

污泥。一般情况下,盐度越高,污泥驯化的时间越

长,经驯化的菌群发生变化,菌胶团以嗜盐菌为主。

研究发现,盐浓度的变化对生物处理系统存在

影响,高含盐有机废水不利于生物处理,盐浓度的

波动对生物处理影响更大。文湘华等[ 3 ]认为,盐

2008年6月刘克山1高盐度废水的生物处理进展·59·浓度的变化过大,会导致细胞组分的分解,在延时

曝气工艺中,盐度的急剧增高,导致BOD去除率降

低;反之,当进水由含盐水换成一般废水时,曝气池

中污泥浓度降低。降低含盐浓度比增加含盐浓度,

对微生物的影响更大,当无盐系统突然加入30 g/L

的NaCl时,系统的BOD去除率降低了30%。而当

污泥经30 g/L的NaC1驯化后,当瞬间降低反应器

内的盐浓度到2 g/L,系统的BOD去除率则降低了

75%左右。刘洪亮[ 4 ] 利用生物滤池进行研究表

明,在盐浓度为250 mg/L环境中,稳定运行的活性

污泥系统受不同盐浓度的冲击,在系统恢复的过程

中发现,冲击幅度小的则恢复较快,冲击幅度大的

则恢复较慢,当系统恢复稳定后, BOD去除率比无

盐时低10%。由此可见,高含盐废水的生物处理,

盐浓度的大幅度变化,会影响高含盐废水生物处理

系统的正常运行。盐浓度的改变,直接影响渗透压

的变化,渗透压的急剧变化,会直接导致细胞活性

降低,甚至死亡。所以在高含盐有机废水的生物处

理系统中,应该加强对盐浓度的监测和控制,使盐

浓度的波动控制在一定范围之内,从而使生物处理

系统始终保持在稳定的运行状态。

但是,也有一些学者得出了截然相反的结论。

他们认为,高盐度不会降低废水生物处理的有机物

去除率,适当的含盐量可以提高污泥絮凝性,还对

生物处理系统起到稳定作用。例如Campos等[ 5 ]

发现,盐度对污泥的沉降性能影响很轻微,并不会

对污泥的物理性质产生长久的影响。实验表明,在

活性污泥反应器中, VSS浓度达到20 g/L。Kargi

和Uygur[ 6 ]用SBR处理含盐废水时发现,尽管盐度

增加会导致SV I值增加,但在盐度为6%时, SV I值

也只有97 mL /g,而且污泥的沉降性能很好。出现

这些分歧,可能是由于盐分对污泥沉降性能的影

响,不仅取决于盐分的浓度,还可能取决于废水中

所含盐分的种类。盐分可以增加混合液的重量,这

不利于污泥的沉降,同时盐分还可以增加电荷强

度,这有利于污泥的沉降。

1. 2好氧处理高盐度废水的实践

文守成等人[ 7 ]利用SBR 法,经过四周驯化培

养耐盐活性污泥,来处理高含盐油田废水,实验结

果表明,在较高含盐量(5 000 mg/L)的生物制药废水中,大多数微生物能在其中存活和繁殖,并能形

成菌胶团,保证了废水生化处理系统的良好活性,

废水的处理效率较高, SBR池进水COD平均浓度

为3 124 mg/L 时, 出水COD 平均浓度为

265 mg/L, COD平均去除率为91. 5%。

杨健等[ 8 ]对处理高盐度废水的活性污泥驯化

进行了研究。他们取城市污水处理厂的回流污泥,

按一定步骤进行驯化,直到CODcr有机负荷VSS达到1. 0 kg/ ( kg·d)时,含盐量为35 000 mg/L。结果表明:驯化污泥的有机物去除效果,明显好于未

驯化污泥的有机物去除效果,驯化污泥具有良好的

有机物吸附和氧化能力, CODcr去除率可稳定在90%以上。未驯化的污泥,则出现明显的中毒现

象。驯化污泥经4～6周的培养,逐渐成熟,外观颜

色变为浅棕黄色, SV I值在55～80之间,污泥絮凝颗粒细小而紧密。尽管证明了活性污泥对盐度适

应的可能性,但是,其中存在的最大问题,在于微生

物对这种适应性,一般都被限制在盐分小于5%才

具有可能性[ 9 ] ,否则,很容易出现污泥膨胀,污泥

絮凝性能下降,出水SS升高,有机物和氨氮去除率

降低。因此,最好采用特殊的微生物,来处理高盐

度废水,目前研究最多的,就是接种嗜盐菌来处理

高盐度废水。

C. R. Woolard[ 10 ]从大盐湖分离出嗜盐菌,分别在序批式反应器和序批式膜反应器中培养,实验结

果表明,嗜盐菌并不需要很复杂的营养物质,要维

持酚的降解,只需要15% (150 g/L)的盐、氨、磷和铁。含盐质量分数为1% ～15%的合成酚废水,经

过12 h (反应时间7 h)处理后,酚的去除率为99%

左右,出流悬浮物较高, SV I为100 mg/L 以上, SS

为50 mg/L 左右。Kargi等[ 11 ]人在2000 年,利用

含有嗜盐菌的系统,用活性污泥法成功的处理了油

田废水, COD 去除率达到了95%。同样, Kubo

等[ 12 ]利用序批式反应器处理盐度为15%的酸洗

废水, COD去除率达到了90%。另外, Bozo等[ 13 ]

在用活性污泥法净化高盐度油田废水时,研究了

PAC对活性污泥系统的影响。实验结果发现,过

高的水力负荷,会导致生物反应器的污泥流失,添

加PAC后,其与废水表面混溶,能够增加反应器的

污泥体积指数,降低出水的SS,并且能够促进污染

物的降解。这是由于PAC的吸附以及起到了固定

微生物的作用,微生物附着在PAC表面,可以防止

因为水力负荷过高而导致生物量的流失。

2厌氧生物处理高盐度废水

2. 1盐度对厌氧生物系统的影响

大量含盐有机废水,采用厌氧处理更具有实用

性。经过连续驯化的厌氧污泥可以适应更高的盐

·60·刘克山1高盐度废水的生物处理进展第21卷第3期度,对盐度的抗冲击性更强。厌氧条件下,甲烷菌

活性会受到盐度的抑制,特别是当向厌氧反应器投

加NaOH和Na2 CO3 调节pH值时,钠离子的影响

就不容忽视。海产品加工的废水中,含高浓度的离

子主要是Na+ 、Cl- 和SO2 -

4 。Gumersindo Ferjoo[ 14 ]

利用UASB研究了VFA的甲烷化反应,当钠离子

质量浓度从3 g/L 增加到16 g/L,硝化作用减少

50% ,厌氧污泥显示了较高的耐盐性。经过40 d

的硝化反应,当钠离子质量浓度为21. 5 g/L时,甲

烷菌活性增加了45%。当阴阳离子同时存在时,

产生拮抗作用,从而影响了钠离子的毒性。所以,

废水中含海水盐度较含钠盐度更好处理。温度也

是重要的影响因素,高温细菌产生污泥聚集,而中

温细菌没有污泥聚集或絮凝现象。

2. 2厌氧处理高盐度废水的实践

近l0多年来,厌氧技术的发展,随着科研人员

对厌氧反应机理的深入研究而有了长足的进步。

各种厌氧反应器,如UASB、AF、EGSB、IC、厌氧水解等,已相继在国内外的生产中得到广泛的应用。

厌氧技术处理的对象,不仅从高浓度有机废水向

中、低浓度延伸,还从处理含低离子浓度的废水,向

含中、高离子浓度的废水过渡。

Arjen Rinzema[ 15 ]研究了UASB反应器中盐度

对硝化的影响, pH值为6. 5～7. 2时,盐度分别为

5 g/L、10 g/L和14 g/L 时,乙酸形成甲烷会减少10% 、50% 、100%。

RamonMendez[ 16 ]利用中温和高温厌氧滤池(MAF和TAF) ,处理高浓度含盐工业废水,该废水

含COD为10～50 g/L,含Cl- 为8～9 g/L,含Na+ 为5～12 g/L,实验分别采用MAF和TAF进行。

经过9个月的启动期后,即使在COD有机负荷率

高达9 kg/ (m3 · d ) ( TAF) 和24 kg/ (m3 · d ) (MAF) ,氯离子质量浓度达到13 g/L,实验仍然运

行平稳, COD 去除率高达73% ( TAF ) 和64% (MAF) ; COD 甲烷化达到69% ( TAF ) 和66% (MAF) 。硫酸根离子完全被去除, H2 S浓度在生

物气中占3%～4%。

P. Balslev. Olesen[ 17 ]对厌氧滤池(AF)和厌氧

流化床(AFB)进行研究。对含盐量2% ～4%的废

水, COD 有机负荷从2. 6 kg/ (m3 · d ) 增加到12. 5 kg/ (m3 ·d) (AF)和15 kg/ (m3 ·d) (AFB) , 实验未出现抑制现象,气体产量和污泥量均没有太

大的变化。

Rovirosa等[ 18 ]利用下流式厌氧混合床反应器(DFAFBR) ,处理含盐量为15 g/L的猪场废水时,

发现水力停留时间对系统处理效果产生了影响:当

水力停留时间为96 h, COD去除率超过90% ,当水

力停留时间为12 h, COD去除率则降为68%。

3厌氧/好氧组合工艺处理高盐度废水

虽然好氧法和厌氧法都能处理高盐度废水,但

是有机物的去除效果并不是十分理想,因此,越来

越多的研究者将两种方法组合起来,以提高高盐度

废水的处理效果。厌氧阶段对于稳定有机物密度

和种类,以及抗冲击负荷有非常重要的作用,还能

为后续好氧段减少有机负荷,降低废水的毒性和提

高降解率,降低好氧阶段的建设和运行费用。另

外,通过厌氧阶段的反硝化反应和好氧阶段的硝化

反应,还可以达到脱氮除磷的目的。

刘洁玲[ 19 ]应用A - B 二段法,对处理高含盐

量皂化废水进行了研究,试验结果表明:在含盐量

为2% ,变化幅度小于2. 5%时,采用A - B二段接触氧化法处理环氧丙烷皂化废水,不需要专门的耐

盐菌种, COD总去除率可达到80% ～86%,使处理后的水质达到一级排放标准。

Tsuneda等[ 20 ]分别考察了单一的硝化、反硝化和厌氧- 好氧过程中,盐度与N的去除率之间的

关系。实验表明,在硝化过程中,当盐度从1%提

高到2%时,稳定期的N2O转化率增长了2. 2倍, 从0. 22%提高到0. 48%;在反硝化过程中,盐度从3%提高到5%时,对N2O的转化率并没有明显的

影响; 在厌氧- 好氧活性污泥系统中,当盐度为

3%时,稳定期的N2O 转化率明显增长,当盐度从1. 6%提高到3%时, 其转化率从0. 7% 提高

到13%。

Panswad和Anan[ 21 ]研究了未经驯化和驯化的活性污泥,对厌氧/缺氧/好氧组合系统处理含盐废

水的影响,水力停留时间为14 (2 + 2 + 12) h,泥龄为10 d,结果发现,未经驯化系统,当盐分从0 g/L

上升到30 g/L 时, COD 去除率从90%下降到60% ,N的去除率从88%下降到68%。而经过驯化的系统,当盐分从0. 5%提高到3%时, COD 去除率则从90%下降到71% ,N的去除率从85%下降到70%。并且他认为,厌氧反硝化过程对高盐

度有较强的抗冲击能力,在冲击期,两个系统对P

的去除率都很低,经过驯化的系统,重新达到稳定

状态,需要的时间比未经驯化的系统要少。

(下转第115页)

2008年6月张泓1基层污染减排管理工作刍议·115·核”以及“打和牌”的现象;对工作失职或故意为企

业隐瞒超标数据的考核人员,要及时提出批评,责

令整改;构成违纪的,纪检监察部门要根据情节,予

以行政处分和经济处罚,对情节严重的,要移交司

法机关处理。

3结语

污染减排是“十一五”期间的约束性指标,是

推动生态文明建设的战略性措施和重要抓手。在

具体操作时,应提升减排工作思维理念,摆脱传统

的减排资料统计中出现的思维惯性,确立科学的减

排指标体系、核算体系,杜绝数据填报过程中的闭

门造车现象;要从“三大体系”入手,系统核查数据

的真实性、方法之间的一致性、约束性指标的可达

性;要确立全新的系统考核机制,强势推进污染减

排工作的提升。

(上接第60页)

4结论

介绍了好氧、厌氧和他们的组合工艺,生物法

处理高盐度废水的研究进展情况。虽然生物法处

理此类废水受到盐度的影响,但可以看出,当废水

盐度小于5%时,利用传统的活性污泥法就可以驯

化出耐盐菌,经过一段时间的适应后,就能有效地

去除高盐废水中的有机物。而如果要处理更高盐

度的废水,最好的方法就是接种嗜盐菌。此外,组

合工艺比单一处理工艺,也显示出更大的优势