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?；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。無機鹽類在微生物生長過程中起著促進(jìn)酶反應(yīng)、維持膜平衡和調(diào)節(jié)滲透壓的重要作用。但鹽濃度過高,會對微生物的生長產(chǎn)生抑制,其主要原因在于:(1)鹽濃度過高時滲透壓高,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,鹽析作用會使脫氫酶活性降低;(3)高氯離子濃度對細(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廢水進(jìn)行稀釋,使鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%。這會造成水資源的浪費,使處理設(shè)施龐大、投資增加,運行費用提高。隨著水資源的日趨緊張,國家出臺的各項保護(hù)水資源法規(guī)和收費措施的實施,給處理高濃度含鹽廢水的企業(yè)帶來了負(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,微生物有一個適應(yīng)期。鹽濃度的變化會引起微生物代謝途徑的改變,通過選擇培養(yǎng)可以馴化出能適應(yīng)高濃度鹽的菌種。我們曾對含CaCl2和NaCl的廢水生物處理進(jìn)行過專門研究,取得了較好的結(jié)果。1高含鹽廢水的生物處理試驗在高濃度含鹽廢水生物處理過程中,可以按照微生物對鹽的耐受程度來分類,一般在含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以下能很好生長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。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)過半個月馴化,鏡檢微生物菌膠團結(jié)構(gòu)緊密,原生動物有鐘蟲、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,鏡檢菌膠團結(jié)構(gòu)良好,色澤透明,有大量的豆形蟲,非常活躍。用實際工業(yè)廢水在不同鹽濃度下經(jīng)過3個月試驗,2種方法培養(yǎng)的微生物試驗結(jié)果分別見表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物的目的。在含NaCl的氯丁橡膠廢水生物處理試驗中,對馴化后的微生物進(jìn)行菌分離,其優(yōu)勢菌種為假單孢桿菌,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程中,優(yōu)勢菌屬發(fā)生了較大的變化,分離出的優(yōu)勢菌種可以在更高的含鹽濃度下生長。表3是耐鹽菌種馴化前后的結(jié)果。從表3可以看出,經(jīng)過一定時間的馴化,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)菌生長的鹽濃度對不同細(xì)菌差別很大,如對大腸桿菌的鹽質(zhì)量濃度是6%,對枯草桿菌是9%,對嗜鹽菌是10%以上。由淡水環(huán)境到高濃度鹽環(huán)境時,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,微生物有一個適應(yīng)期,由高濃度鹽到低濃度鹽適應(yīng)期更長,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程,但這需要一定的時間,急劇地變化鹽濃度或馴化時間過短都會使細(xì)菌受到抑制,把握鹽濃度的變化程度和馴化時間是十分重要的。在采用活性污泥法處理含鹽廢水時,若鹽濃度變化過大則可能導(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CaCl2濃度突然變化對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,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)一段時間適應(yīng)后,脫氫酶又逐漸恢復(fù)到原來水平。我們用高含鹽氯丁橡膠廢水馴化的優(yōu)勢耐鹽菌種進(jìn)行耐鹽試驗,觀察微生物的生長情況,其生長情況見表4。從表4可以看出,經(jīng)過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,甚至不生長。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)波動周期、沖擊因素外,應(yīng)重點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高濃度含鹽來水的沖擊。(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,以防止曝氣孔被無機鹽堵塞,不利于曝氣池的攪動;曝氣強度也應(yīng)大于普通生物處理,在10m3/(m2·h)左右,或用中心管來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提高污泥濃度有利,只要菌膠團不解體,既使產(chǎn)生絲狀菌,污泥也不會上浮流失;應(yīng)注意含磷營養(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。對含NaCl濃度較高的廢水進(jìn)行生物處理時,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,菌膠團比處理含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,特別是對于含CaCl2廢水,最好采用中間進(jìn)水、周邊傳動式刮泥機,以適應(yīng)污泥濃度高、密度大的特點。在采用傳統(tǒng)活性污泥法處理高濃度CaCl2廢水時,應(yīng)適當(dāng)加大污泥回流量,以減少廢水波動造成的沖擊,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)計參數(shù)可參考普通污泥脫水。3.2鹽濃度波動的控制措施高濃度含鹽廢水對生物處理不利,鹽濃度的波動對生物處理影響更大。鹽濃度越高,污泥馴化時間也越長,經(jīng)馴化后菌群發(fā)生變化,菌膠團以嗜鹽菌為主。經(jīng)過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行,使菌膠團解體,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,由于菌膠團的解體,出水COD甚至高于進(jìn)水COD,經(jīng)過一段時間(約2個星期),處理才恢復(fù)原狀。因此,高濃度含鹽廢水生物處理時,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,加強對鹽濃度變化的監(jiān)測和控制,使鹽濃度的波動控制在一定的范圍;(2)在處理含CaCl2廢水時,通過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帶來的沖擊;(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)_擊污泥流失時能迅速補充污泥,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的分析過程中,過濾時廢水中的鹽也會粘在恒重過的濾紙上,使分析結(jié)果偏高,造成很大的分析誤差。因此,可用過濾后的廢水將濾紙浸透后恒重,或各取50mL原水和過濾液,烘干后稱重,兩者差為含鹽廢水的SS量。對于COD的測定,按照《水質(zhì)——化學(xué)需氧量的測定——重鉻酸鹽法》(GB11914—89)的規(guī)定,“當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度超過1000