高濃度含鹽廢水的處理研究

高濃度含鹽廢水的處理研究

生物處理是當(dāng)前廢水處理中最常用的方法之一。它應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)?；U水如染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥中間體等含鹽較高的廢水則給生物處理帶來(lái)一定的難度。這類廢水含鹽濃度較高,污染嚴(yán)重,必須經(jīng)處理后才能排放。況且,此類廢水成分復(fù)雜,不具備回收價(jià)值,采用其他處理方法成本較高,因此生物處理仍是首選的方法。無(wú)機(jī)鹽類在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中起著促進(jìn)酶反應(yīng)、維持膜平衡和調(diào)節(jié)滲透壓的重要作用。但鹽濃度過(guò)高,會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制,其主要原因在于:(1)鹽濃度過(guò)高時(shí)滲透壓高,使微生物細(xì)胞脫水,引起細(xì)胞原生質(zhì)分離;(2)在含鹽濃度高的情況下,鹽析作用會(huì)使脫氫酶活性降低;(3)高氯離子濃度對(duì)細(xì)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。為此,高濃度含鹽廢水的生物處理需要對(duì)廢水進(jìn)行稀釋,使鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%。這會(huì)造成水資源的浪費(fèi),使處理設(shè)施龐大、投資增加,運(yùn)行費(fèi)用提高。隨著水資源的日趨緊張,國(guó)家出臺(tái)的各項(xiàng)保護(hù)水資源法規(guī)和收費(fèi)措施的實(shí)施,給處理高濃度含鹽廢水的企業(yè)帶來(lái)了負(fù)擔(dān)。許多研究表明,高濃度含鹽廢水可以采用生物法處理。但鹽濃度由低到高,微生物有一個(gè)適應(yīng)期。鹽濃度的變化會(huì)引起微生物代謝途徑的改變,通過(guò)選擇培養(yǎng)可以馴化出能適應(yīng)高濃度鹽的菌種。我們?cè)鴮?duì)含CaCl2和NaCl的廢水生物處理進(jìn)行過(guò)專門研究,取得了較好的結(jié)果。1高含鹽廢水的生物處理試驗(yàn)在高濃度含鹽廢水生物處理過(guò)程中,可以按照微生物對(duì)鹽的耐受程度來(lái)分類,一般在含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以下能很好生長(zhǎng)的微生物為非好鹽微生物,而在1%以上均能生存增殖的微生物為耐鹽微生物。高濃度含鹽廢水生物處理的關(guān)鍵是要馴化出耐鹽微生物。我們分別選用普通廢水處理場(chǎng)的活性污泥和高濃度含鹽廢水排放溝邊土壤中耐鹽微生物進(jìn)行試驗(yàn)。將普通污泥倒入含CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%左右的曝氣池中,經(jīng)過(guò)半個(gè)月馴化,鏡檢微生物菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)緊密,原生動(dòng)物有鐘蟲、豆形蟲、浮游蟲等,多而活躍。經(jīng)逐步馴化至耐鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。將含鹽廢水排放溝邊土壤與廢水混合攪拌后,取懸浮液倒入曝氣池,鏡檢菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)良好,色澤透明,有大量的豆形蟲,非?；钴S。用實(shí)際工業(yè)廢水在不同鹽濃度下經(jīng)過(guò)3個(gè)月試驗(yàn),2種方法培養(yǎng)的微生物試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。由表1和表2可以看出,用以上2種方法均可馴化和培養(yǎng)出耐鹽的微生物,均能達(dá)到在高含鹽濃度條件下去除廢水中有機(jī)物的目的。在含NaCl的氯丁橡膠廢水生物處理試驗(yàn)中,對(duì)馴化后的微生物進(jìn)行菌分離,其優(yōu)勢(shì)菌種為假單孢桿菌,其數(shù)量占菌數(shù)量的80%以上。而處理不含鹽的氯丁橡膠廢水的菌種主要是細(xì)菌和真菌,這表明微生物在含鹽廢水的馴化過(guò)程中,優(yōu)勢(shì)菌屬發(fā)生了較大的變化,分離出的優(yōu)勢(shì)菌種可以在更高的含鹽濃度下生長(zhǎng)。表3是耐鹽菌種馴化前后的結(jié)果。從表3可以看出,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的馴化,微生物耗氧速率大大提高。2高含鹽氯丁橡膠廢水耐鹽特性分析抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的鹽濃度對(duì)不同細(xì)菌差別很大,如對(duì)大腸桿菌的鹽質(zhì)量濃度是6%,對(duì)枯草桿菌是9%,對(duì)嗜鹽菌是10%以上。由淡水環(huán)境到高濃度鹽環(huán)境時(shí),由于能適應(yīng)高濃度鹽的菌種很少,輪蟲、固著及游泳性纖毛蟲等原生動(dòng)物迅速死亡,穩(wěn)定以后游泳性纖毛蟲可以重新出現(xiàn)。從低濃度鹽到高濃度鹽時(shí),微生物有一個(gè)適應(yīng)期,由高濃度鹽到低濃度鹽適應(yīng)期更長(zhǎng),鹽濃度的變化可能引起微生物代謝途徑的改變。細(xì)菌馴化過(guò)程就是使細(xì)菌代謝方式逐漸適應(yīng)高濃度鹽環(huán)境并使耐鹽菌大量增殖的過(guò)程,但這需要一定的時(shí)間,急劇地變化鹽濃度或馴化時(shí)間過(guò)短都會(huì)使細(xì)菌受到抑制,把握鹽濃度的變化程度和馴化時(shí)間是十分重要的。在采用活性污泥法處理含鹽廢水時(shí),若鹽濃度變化過(guò)大則可能導(dǎo)致處理效率和微生物活性的急劇下降。圖1是處理環(huán)氧丙烷廢水時(shí)CaCl2濃度突然變化對(duì)微生物脫氫酶的影響。當(dāng)CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2%突然升至3%時(shí),微生物由于受抑制而使脫氫酶(TF)產(chǎn)生速率由4.18μg/(mg·h)下降到0,出水的COD也升高,經(jīng)一段時(shí)間適應(yīng)后,脫氫酶又逐漸恢復(fù)到原來(lái)水平。我們用高含鹽氯丁橡膠廢水馴化的優(yōu)勢(shì)耐鹽菌種進(jìn)行耐鹽試驗(yàn),觀察微生物的生長(zhǎng)情況,其生長(zhǎng)情況見(jiàn)表4。從表4可以看出,經(jīng)過(guò)一定鹽濃度范圍馴化的微生物在低濃度鹽或更高濃度鹽條件下均難以正常生長(zhǎng),甚至不生長(zhǎng)。3高鹽廢水的生物處理3.1高鹽廢水的生物處理方法選擇高濃度含鹽廢水生物處理流程與普通生物處理流程基本一樣,主要包括調(diào)節(jié)、曝氣、二次沉淀、污泥回流、剩余污泥脫水、投加營(yíng)養(yǎng)鹽等。(1)鹽濃度調(diào)整加含鹽廢水調(diào)節(jié)池考慮主要因素是廢水鹽濃度的變化,除考慮生產(chǎn)波動(dòng)周期、沖擊因素外,應(yīng)重點(diǎn)考慮水中鹽濃度的變化和如何進(jìn)行調(diào)整,如低濃度含鹽水量的減少或過(guò)高濃度含鹽來(lái)水的沖擊。(2)曝氣、含磷鹽處理根據(jù)廢水中含鹽類型的不同,曝氣池的選擇也應(yīng)有所不同。鈣離子能增加活性污泥的絮體強(qiáng)度,高濃度CaCl2可使污泥中的灰分達(dá)到40%~50%,污泥密度增加,曝氣池中的污泥質(zhì)量濃度可達(dá)到20g/L以上。對(duì)于這種廢水,應(yīng)采用提升力較大的傳統(tǒng)曝氣、深井曝氣、流化床曝氣等曝氣方法;曝氣也應(yīng)選用氣泡較大、提升力較強(qiáng)的散流曝氣器等曝氣方式,不可采用氣泡較小的微孔曝氣器和可變孔曝氣器,以防止曝氣孔被無(wú)機(jī)鹽堵塞,不利于曝氣池的攪動(dòng);曝氣強(qiáng)度也應(yīng)大于普通生物處理,在10m3/(m2·h)左右,或用中心管來(lái)增加提升和攪拌能力。高含鹽濃度情況下增加氧的傳遞速度對(duì)提高污泥濃度有利,只要菌膠團(tuán)不解體,既使產(chǎn)生絲狀菌,污泥也不會(huì)上浮流失;應(yīng)注意含磷營(yíng)養(yǎng)鹽的投加位置,以免產(chǎn)生的磷酸鈣鹽沉淀,不僅影響使用效果,而且易產(chǎn)生結(jié)垢堵塞管線。對(duì)含NaCl濃度較高的廢水進(jìn)行生物處理時(shí),其污泥灰分含量低于處理含CaCl2廢水的污泥灰分含量;在污泥膨脹或曝氣池受到?jīng)_擊污泥解體時(shí),菌膠團(tuán)比處理含CaCl2廢水的更容易上浮流失。因此,含NaCl濃度較高廢水的生物處理最好采用生物膜法。(3)廢水處理的水量二沉池表面負(fù)荷應(yīng)有一定的余量,尤其是對(duì)于含NaCl廢水,主要是考慮廢水密度增加不利于污泥沉淀;處理水量較大時(shí),特別是對(duì)于含CaCl2廢水,最好采用中間進(jìn)水、周邊傳動(dòng)式刮泥機(jī),以適應(yīng)污泥濃度高、密度大的特點(diǎn)。在采用傳統(tǒng)活性污泥法處理高濃度CaCl2廢水時(shí),應(yīng)適當(dāng)加大污泥回流量,以減少?gòu)U水波動(dòng)造成的沖擊,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4)絮凝劑的用量由于含CaCl2廢水生物處理剩余污泥含鈣鹽多,有利于脫水,可不用再加絮凝劑。經(jīng)濃縮后的污泥質(zhì)量濃度可大于50g/L。剩余污泥量與普通廢水處理的剩余污泥類似,設(shè)計(jì)參數(shù)可參考普通污泥脫水。3.2鹽濃度波動(dòng)的控制措施高濃度含鹽廢水對(duì)生物處理不利,鹽濃度的波動(dòng)對(duì)生物處理影響更大。鹽濃度越高,污泥馴化時(shí)間也越長(zhǎng),經(jīng)馴化后菌群發(fā)生變化,菌膠團(tuán)以嗜鹽菌為主。經(jīng)過(guò)馴化后的活性污泥在含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%~5%、甚至更高情況下均能正常運(yùn)行,達(dá)到同樣的處理效果。但鹽濃度的突然變化,可直接破壞生物處理的正常運(yùn)行,使菌膠團(tuán)解體,污泥上浮。如前所述,我們將生物處理CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2%突然提高至3%,脫氫酶TF產(chǎn)生速率降為0,出水COD升高,由于菌膠團(tuán)的解體,出水COD甚至高于進(jìn)水COD,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(約2個(gè)星期),處理才恢復(fù)原狀。因此,高濃度含鹽廢水生物處理時(shí),鹽濃度大幅度的變化是影響生物正常處理的主要因素。為此,應(yīng)采取如下控制措施:(1)在調(diào)節(jié)池進(jìn)、出口設(shè)電導(dǎo)儀,加強(qiáng)對(duì)鹽濃度變化的監(jiān)測(cè)和控制,使鹽濃度的波動(dòng)控制在一定的范圍;(2)在處理含CaCl2廢水時(shí),通過(guò)增加曝氣池污泥濃度和加大污泥回流量可在一定程度上減少鹽濃度波動(dòng)帶來(lái)的沖擊;(3)在污泥濃縮池應(yīng)存有一定的剩余污泥,以便在曝氣池受到?jīng)_擊污泥流失時(shí)能迅速補(bǔ)充污泥,使生物處理很快恢復(fù)到正常水平。4含鹽廢水的cod和鹽析水質(zhì)的測(cè)定SS的標(biāo)準(zhǔn)分析方法為重量法。在高濃度含鹽廢水SS的分析過(guò)程中,過(guò)濾時(shí)廢水中的鹽也會(huì)粘在恒重過(guò)的濾紙上,使分析結(jié)果偏高,造成很大的分析誤差。因此,可用過(guò)濾后的廢水將濾紙浸透后恒重,或各取50mL原水和過(guò)濾液,烘干后稱重,兩者差為含鹽廢水的SS量。對(duì)于COD的測(cè)定,按照《水質(zhì)——化學(xué)需氧量的測(cè)定——重鉻酸鹽法》(GB11914—89)的規(guī)定,“當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度超過(guò)1000