含盐废水处理研究动态 7页

'含盐废水处理研究动态含盐废水处理研究动态（李华）摘要：含盐废水中包含的无机盐会对生物有抑制作用，对以造成质壁分离或细胞失活，因此传统的活性污泥难以处理高含盐废水。本文针对几种处理含盐废水的菌种：普通的厌氧或好氧污泥、嗜盐菌和耐盐酵母菌，分别阐述了其耐盐机理和研究进展。具中，普通污泥经过驯化后微牛物可以在高含盐废水的条件下达到去除有机物的LI的，但是废水屮盐浓度的变化会导致高含盐废水工物处理失败，因此该方法运行有一定局限性，在流程的选择和参数的控制上应注意控制盐浓度波动的范围，而嗜盐菌和耐盐酵母菌在处理高含盐废水方血有广阔的应用前景。关键词：高浓度含盐废水生物处理技术嗜盐菌盐酵母菌前言：随着工业的发展，高盐度工业废水排放量也在迅速增加。高盐度废水属于极难处理的废水Z—。LI前对于高盐度废水采用的处理方法有：电解法、膜分离法、焚烧法或深井灌注法，但这些方法因处理费用高而难于在实际中推广［1.2.3］。生物处理是冃前废水处理最常用的方法z—,它具有应用范围广、适应性强等特点。化工废水如染料、农药、医药中间体等含盐较高，会给生物处理带來一处的难度。这类废水含盐浓度较高，污染严重，必须经处理后才能排放。况且，此类废水成分复杂，不具备回收价值，采用其他处理方法成本较高，因此牛•物处理仍是首选的方法。无机盐类在微生物生长过程屮起着促进酶反应、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心抑制，因此在进行处理时一定要对污泥进行驯化或添加嗜盐菌等耐盐菌。1.高含盐废水及普通活性污泥法处理原理1.1高盐度冇机废水及其來源高盐度有机废水是指含有机物和至少3.5%（质量分数）的总溶解性|古|体物的废水。这种含盐废水往往含有高浓度的口J溶性无机盐如Ca2+、Na+、Cl—等，含盐量为海水的3借以上。主要來源于煤化或炼钢等重工业生产过程小的煤气洗涤废水、循环水系统排水、化学水站排水等，冇时还包括生化处理后的冇机废水；其次，医药、海产品加工行业等都会排放出含盐浓度较高的有机废水。1.2无机盐对生物的抑制作用及问题无机盐对牛:物冇抑制作用，因而，在含高盐废水的生化处理中，传统的牛物处理法受到了极人的限制，主要抑制原因在于：1）当盐（NaCl）质量分数＞1%时，渗透压高，会造成质壁分离或细胞失活，严重影响废水处理效果和出水水质；2）高含盐情况下因盐析作用而使脱氢酶活性降低；3）高氯离了浓度对细菌有毒害作用；4）由于水的密度增加，活性污泥容易上浮流失。因此，淡水环境的微生物不能在含较高盐浓度的环境中生存，多数研究表 明普通活性污泥不能处理含盐质量分数3%—5%的废水，处理过程屮主要面临以下四个问题: (1)普通活性污泥对离子浓度的变化敏感。系统受盐冲击后，有机物去除率下降，出水悬浮固体增加。通常盐质量分数变化0.5%—2%会干扰系统性能。盐浓度的快速变化比缓慢变化产生更大的负作用。即使是驯化污泥，要保证系统有好的处理效果，也要求有相对稳定的离子浓度。(2)盐浓度的增加干扰了细胞止常的代谢功能降低降解动力。因此含盐废水应在低的F/M值下处理。(3)出水悬浮固体增加。盐浓度的增加减少了污泥屮原生动物和丝状菌的数量.影响了污泥正常的絮凝和沉淀过程。(4)普通活性污泥适应能力有限，一旦菌种适应了高盐环境.就丧失了在低盐环境生存的能力。国内外很多学者都对含盐废水生物处理可行性进行了研究，力求找到-•种处理含盐废水经济有效的方法。1.嗜盐菌的特性2.1耐盐微生物的分类研究根据细菌最佳生长所需的盐浓度(一般以Nacl计)的不同，细菌可分为非嗜盐菌、海洋细菌和嗜盐细菌。非嗜盐菌是指在食盐浓度不高于1%的介质中能良好生长，在普通生物法的活性污泥以及在淡水和陆地生态系统中主要含冇这种细菌，也称弱嗜盐菌，是指适丁生长在盐浓度为1%〜3%的介质中。这种微生物既具有耐盐菌的特性，同时在高盐环境中乂能和嗜盐菌共存。嗜盐细菌是指有在含盐的环境才能生长的微生物，在种属可分为嗜盐杆菌属、嗜盐球菌属、嗜盐碱杆菌属、小盒球菌属等，按其适宜生长所需的盐量，分为中度嗜盐菌和极端嗜盐菌。中度嗜盐菌指在含盐浓度为3%〜15%的环境中能良好生长的微心物，主要是真细菌群落。极端嗜盐菌是指在含盐浓度为15%〜30%的介质中也能良好生长的微生物，最适宜生长浓度为20%〜25%,甚至在饱和浓度中也能生长。2.2嗜盐菌的生态与营养结构嗜盐菌为革兰氏阴性菌，多为好氧化能异养，能利用的碳源，适宜于偏碱性的环境(pH为9〜10)；该种群具有极高的生长速率.其时代周期约为4h；菌体多为圆形，直径为2〜4nm；外观呈红色、紫色或浅褐色；不运动或丛鞭毛运动；这些异养型和自养型的屮度和极端嗜盐菌的特性常适川于处理含盐有机工业废水。嗜盐菌的生长需要很复杂的营养结构，一些细菌在葡萄糖、氨和无机盐的介质中就可生长，但人多数嗜盐菌都需要诸如氨基酸或维生索等生长因索。在实验室屮，可利用酵母膏和蛋门质水解物提供这些生长要索。另外,80ug/L的铁离了和48mg/L的镁离了是嗜盐菌生长必不可少的营养。2.3嗜盐菌耐盐机理研究进展嗜盐菌能在高盐环境中很好的工存，保持-其细胞结构和生理活性，应冇其特殊的工理结构。目前，总的来说，对微工物的盐适应机理，有以下理论解释：嗜盐菌的细胞内所含的K+浓度是细胞外的100倍左右。而细胞外Na+的浓度是细胞内的4倍。因此，嗜盐菌应该貝冇灵巧的排钠吸钾的牛理特性，而嗜盐细菌的紫膜提供了这种牛:理功能。紫膜接受光能 驱动细胞的质子，形成电位梯度，产生能量可以合成ATP,弥补在高盐浓度（盐浓度越高，溶解氧越低）-卜•底物有氧氧化所得能量的不足，为细胞浓缩K+和排斥Na+提供能量保证，以满足嗜盐菌正常的生理需要，一些细胞还含有视黄醛肮，这种肮的存在为细胞内的质了移动捉供推动力。另外，嗜盐菌具有的升常的膜，现己发现四种不同功能的特殊的色素蛋口一视黄醛蛋白,即细胞视紫红质（bacteriorhodopsin,hR）>氯视紫红质（Halorhodopsin,hR）>感光视紫红质I（Sensoryrhodopsin,SRI）及感光视紫红质TI（SRII）,对盐生盐杆菌的bR研究最透彻，由三个bR分子构成的三聚体可在细胞膜上，形成一个刚性的二维六边形的稳定特征结构，即紫膜。紫膜中含有的菌视紫索或称视紫红质，是由菌视蛋白与类胡萝卜索类的色索以1结合组成的。嗜盐菌的菌视索对强烈吸收570rim处的绿色光谱区，菌视紫素的视觉色基（发色团）通常以一种全一反式（alltrans）结构存在丁膜内侧，它可被激发并随着光吸收暂时转换成顺式状态，这种转型作用的结果使一•质子经转移到般的外面，随着菌视紫素分子的松弛和黑暗时吸收细胞质中的质子，顺式状态又转换成更为稳肚的全一反式异构体，再次的光吸收乂被激发，转移H+,如此循坏，形成质膜上的矿质子梯度差，即11+泵，产生电化势，菌体利用这种电化势在ATP酶的催化下，进行ATP的合成，为菌体贮备牛命活动所需要的能量，使菌体在高盐浓度下牛存。小度嗜盐菌的细胞内除了含有K-、Na+外，还含有有机化合物（氨基酸、三甲鞍乙内酯、丙三醇等）以调节渗透压。在调节渗透压过程中。Na+并非必耍的，但是嗜盐菌的营养吸收、细胞质内pH的调节、电位的平衡都需要Na+的存在。嗜盐菌的酶在高盐坏境能发挥作川是因为它们的蛋门质组织具有独特的适皿性，人多数嗜盐菌微生物的蛋门质中含有过量的酸性氨基酸和非极性的残余物，过量的酸性物质需要阳离子屏蔽其附近的负电荷，否则蛋门质会遭到破坏。总Z,嗜盐菌屮的人多数酶的活性和稳定性、核蛋门的稳定性和功能的发挥以及细胞的生长都需要一定浓度的NaCl和KCI来维持，嗜盐菌这种生长需要高盐浓度的生理特征是在漫长的进化过程中，通过口然选择，是细胞结构与功能高度适应高盐环境的结果。此外，大多数嗜盐菌能合成糖（主要是蔗糖、海藻糖、甘油筍匍糖）、如基酸等，它们成为嗜盐菌的渗透压调节剂，有利于稳定和保护菌体内酶的活性，当受到高盐废水冲击时，会调节白身新陈代谢，改变遗传基因，使其能在高盐浓度下正當生长。2.4酵M菌处理高含盐废水耐盐酵母菌已被应用于发酵行业，如酱油生产和单细胞蛋门质的生产。这些酵母菌能在高盐、高糖环境中生氏良好。冇些酵母菌甚至还能在饱和盐浓度下牛长。与嗜盐菌不同，酵母菌通常不依靠盐生存。当它们受到盐水冲击时，细胞萎缩。一旦它们长时间地适应后，细胞体积恢复。对数生长期细胞比稳定期细胞具有更强的耐盐性，这种耐盐性包括了很多复杂的反应和机理：（1）具冇冇效的离子输送泵，及时排出细胞内Na等有毒物质；原生质膜中存在Na—三磷酸腺试（ATP）酶和Na+/H+反向载体，Nd+—ATP酶活性不受盐影响，有利于细胞内保持较低的稳定的Na+浓度。（2）具有保护性物质海藻糖。脱水的干细胞内大部分的水被海藻糖取代，改变了细胞内水的结构和动力，降低了细胞膜和蛋白质的坏境温度，因此抑制了细胞的生物活性。保护细胞不会自我分解；并且海藻糖有利于蛋门质的稳定，在水合细胞内，海藻糖稳定了周I韦I水的结构。（3）具有有效快 速的新陈代谢途径合成多元醇；在高盐浓度下，耐高渗透压酵母菌产多元醇的代谢途径改变。耐盐酵母菌可以用來处理高有机物、高含盐废水。它比普通的好氧或厌氧细菌处理效果更好。在高盐条件下，酵母菌的基质利用率、污泥最大比增长率、半速率常数以及营养物去除能力更高。冃前，耐盐酵母菌处理含盐废水的实例还较少，其耐盐机理还没有彻底弄清，有待于进一步研究。川酵母菌初步降解再川细菌处理，是处理高有机物、高含盐废水的可行的有效的方法。3耐盐微生物的研究现状2.1耐盐微生物分离提取研究在嗜盐菌方面的研究工作国外起步较早，Birgitte,S-L和Nygaard,p研究了嗜盐菌的抗I嚟吟突变体。Robert.H等人研究了甘氨酸，甜菜碱，肉莓碱等在不同盐浓度下，対嗜盐菌(Tetragenococcushalophila)生长的影响。国内有分类学方面的研究报道,如周培瑾等人从新顋吐鲁番艾丁湖分离一株嗜盐小盒菌(Haloarculaaidinensissp.nov.),徐徳强等从江苏黄海盐场分离一株盐单胞1^(Halomonashuanghaiensissp.nov.)oH新玉等从内蒙古察汗淖碱湖分离到-•株极端嗜盐嗜碱杆菌(Natronobacteriumsp.),对该菌产纶的胞外嗜盐碱性淀粉酶的产&条件和酶的性质进行了初步的研究。周培瑾等研究了极端嗜盐菌的16SrDNA的PCR扩增。李尔炀是从生理学角度对耐盐菌耐盐性的一•些研究结果。信欣研究了耐盐菌株特性及具在高盐有机废水生物处理中的应川，分离、筛选岀既耐高盐、又可以高效降解冇机污染物的微牛•物，依据菌株的生理生化特性以及16srDNA序列的测试，把菌株鉴定到种然后研究了菌株在不同的环境因索条件下降解皂索废水COD的能力,探讨了菌株的耐盐机理。周月慧1删研究了一株耐盐菌EC51的生长特性,对其系统发育进行了分析。实验表明：菌株EC51在30°C的培养温度F生长量最大，最大适生长温度是30°C,pH在6.0为最适生长初始pH。3.2国内外对高含盐废水的实验性研究进展M.F.Hamoda等对活性污泥法处理含盐废水(10g/L和30g/L)的研究发现，高盐环境下生物活性和有机物去除率均有所提高，T0C去除率在NoCl为0g/L,10g/L和30g/L时，分别为96.3%、98.9%、99.2%,结果显示：高盐条件下，微牛物半长没冇受到抑制，相反促进了一些嗜盐菌的生长，使反应微生物浓度增加，降低了有机负荷，也提高了污泥的絮凝性。动力学分析得到，随着盐浓度的增加，基质降解常数减小，而污泥产量增加。Woolard等从大盐湖的土壤中筛选的嗜盐菌在SBR反应器中处理模拟含酚(约100mg/L)油III废水，含盐量14%,经过7个月的连续运行，出水的酚浓度小于0.1mg/L,COD浓度小于10mg/L,悬浮物浓度小于50mg/L。而利用序批式生物膜反应器处理含盐量15%的含酚(约100mg/L)废水，处理后岀水酚含量低于5mg/L,单-位载体表而的生物膜量为 1.86g(干物质)，生物膜厚度达到126ugo从生活污泥中接种的菌种经驯化，对含盐量6%〜8%的废水的TOC去除率达到80%；対丁含盐最为12%的废水T0C去除率能达到13%。THongchaiPanswad对接种和未接种驯化污泥用A2/0(水力停留时间2+2+12h)处理，其COD、氮、磷质量浓度分别为500mg/L、25mg/L、15mg/Lo当NaCl质量浓度从0到30g/L时发现,未经驯化的污泥COD去除率从97%(0g/LNaCI)至U60%(30g/LNaCl),驯化的污泥COD去除率从90%(5g/LNaCl)到71%(30g/LNaC!)。氧吸收率(SOUR)在稳定状态下，随盐度增加而增加。总氮去除率减少较小，说明硝化细菌比异养菌史能适应高盐环境。系统受到剂量高达70g/L的盐冲击时，总氮去除率减少至40%〜60%。反硝化表现出与硝化相同的趋势，反硝化菌比硝化菌有更好的盐度耐受力。磷去除率从48%(0g/L)降到10%(30g/L),这说明聚磷菌比碳化和硝化菌对盐度更敏感，低盐度冲击后磷去除率比冲击前还好，[1148%提高到58%,高盐度冲击后不能恢复。系统达到稳定运行的时间经过驯化只需8〜15d,未经驯化的则需15〜20d。冲击后恢复时间，驯化的为4〜7d,未驯化的为5〜19d°4结语普通的好氧或厌氧污泥遭受含盐废水冲击时，对以通过口身的渗透压调节机制來适应这种环境，但其适应能力有限，它们通常不能处理含盐较高的废水。嗜盐菌和耐盐酵母菌对盐有特殊的适应性，它们可以在高含盐废水中生长繁殖，并H具有较强的降解能力，因此有广阔的应用前景。今后应加强它们在实际废水屮的研究，提高它们的处理能力。从上述研究中我们可以发现：第一，无机盐对微生物生长影响较大，高盐情况下尤为如此。由于处理工艺、废水水质、运行条件、微生物驯化方式的不同，得出的结果有很人不同，这仍然是一个值得进一步深入研究的课题；第二，H前，人们研究盐度対耐盐菌的影响，主要采用变化NaCl浓度的方法进行研究，但实际操作中，基本上是海水直接直接替代淡水，因而其研究必然忽略了海水中其他无机盐对微生物的影响；第三，长期以來，人们主要研究普通具有反硝化能力的细菌，对具有耐盐能力的反硝化细菌以及盐度对其反硝化活性的影响研究的很少。5.参考文献[1]LawtonGW.Effectofhighsodiumchorideconcentrationontrickingfilterslimes[J].SewageandIndustrialwaters.1957,29(11):1228-1236.[2]BelkinS,BrennerA.Biologytreatmentofakighsalinitychenmicalindustrywasterwater[J].Wat.Sci.Tech,1993,31(9):61-72.[3]WenCG.Effectofsalinityonremovalconfficientofreceivingwaters[J].Wat.Sci.Tech.,1984,16(1):139—154.[4]周培瑾，徐毅，肖昌松，等.嗜盐小盒菌属新种的鉴定[J].微生物学报，1994,34(2):89—95. 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