含鹽有機廢水處理生物強化工藝

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，化工、制藥、食品等行業(yè)的含鹽有機廢水日常排放量每年都在增長。一般會使用化學、物理和生物方法來處理這類廢水，可是高濃度含鹽有機廢水不能通過單一的生物強化法工藝完成處理。為了達到廢水處理的預(yù)期效果，生物強化法的結(jié)合處理已成為行業(yè)的最新選擇。實踐表明，該組合處理方法大大提高了系統(tǒng)的耐鹽性和穩(wěn)定性，出水效果顯著提高，其中廢水的COD去除率很高。為了提高處理效果，可以把生物強化法作為參考，結(jié)合其他過程處理方法對有機廢水進行協(xié)同處理。如減少鹽含量和有機物濃度，優(yōu)先通過物理和化學方法預(yù)處理，再利用生物強化法做后續(xù)的生化處理，創(chuàng)建一個更好的微生物生活環(huán)境，從而提高污水處理系統(tǒng)的效率。因此，通過對微生物進行一些淘汰和培養(yǎng)，可以提高廢水中微生物對鹽的高度適應(yīng)能力，在各項應(yīng)用中開展高鹽度有機廢水的生化處理。

1、生物強化法在廢水處理中的應(yīng)用

生物強化技術(shù)是指在傳統(tǒng)生物處理中引入特定微生物，增加有效濃度，增強降解能力，從而提高對有機物的去除率。生物強化技術(shù)包括厭氧技術(shù)和好氧技術(shù)兩種，具體應(yīng)用如下。

1.1 厭氧技術(shù)在含鹽有機廢水處理中的應(yīng)用

厭氧微生物以細菌、放線菌和支原體為主，在一些報道中也發(fā)現(xiàn)了厭氧真菌。厭氧微生物在自然界中廣泛分布，在人類環(huán)境和人體中存在著多種厭氧微生物，它們與人類密切相關(guān)。一種思考方式是，生命有很多種形式，一部分被氧氣的存在扼殺了，所以沒有時間留下痕跡，這種情況是一種可能性。但是著名的厭氧微生物，也就是不需要氧氣就能生存的有機體會繼續(xù)存在，生存的方法之一就是適應(yīng)這種新的環(huán)境。厭氧處理技術(shù)能節(jié)約電力能源消耗，產(chǎn)生生物能，污泥產(chǎn)量少，操作簡單，在能源日益稀缺的今天更加適用。

厭氧生物處理中細菌分解的有機物是不需要分子氧呼吸的，所以不必向系統(tǒng)提供氧氣，而好氧細菌降解的有機物是需要分子氧呼吸的，必須提供分子氧才能完成。1kgBOD5廢水的氧化，需要消耗0.5～1kW/h的電能，因此厭氧技術(shù)可節(jié)約能耗。厭氧生物技術(shù)相比好氧生物技術(shù)不需要氧氣的轉(zhuǎn)移，也不需要伴隨大量的合成微生物，從而降低了剩余合成污泥的處置成本，是污泥減量的方法之一。

氮、磷等營養(yǎng)物是細胞的重要元素，如廢水中缺乏氮、磷等元素，利用生物處理廢水必須添加氮、磷以滿足細菌合成細胞的需要。近十年來，厭氧處理已成為高濃度廢水處理最常用的技術(shù)。厭氧處理技術(shù)的研究較多，主要集中在厭氧反應(yīng)器的設(shè)計和微生物特性分析方面。厭氧消化技術(shù)在減少固體廢棄物和傳統(tǒng)污水灌溉中具有重要作用。特別是許多厭氧反應(yīng)器的成功使用，有效地提高了水中污染物的去除率。降解復(fù)雜的大分子有機污染物的第一步是將其水解成微生物可利用的小單體。如果有機污染物主要以大分子的形式存在，那么水解往往是整個消化過程中的限速步驟，也是影響污染物降解的關(guān)鍵因素。因此，對于中高濃度有機廢水，提高厭氧階段有機物的去除效率有利于后續(xù)好氧處理的順利進行。如何加強厭氧處理工藝、提高污染物的去除率是環(huán)境研究的重點之一。厭氧處理工藝的強化方法可分為高效厭氧反應(yīng)器的開發(fā)與應(yīng)用和厭氧處理的生物強化兩種。

1.2 好氧技術(shù)在含鹽有機廢水處理中的應(yīng)用

研究發(fā)現(xiàn)，當廢水含鹽量小于5g/L時，好氧顆粒污泥對COD的去除率可達92%，總氮去除率為60.2%。研究好氧顆粒污泥在2~20g/L條件下的脫氮除磷能力。在整個實驗過程中，顆粒結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，但當CODCr質(zhì)量濃度為20mg/L時，亞硝酸鹽氧化和除磷受到抑制。研究發(fā)現(xiàn)，在2.5%的鹽度下，好氧顆粒污泥能長時間保持穩(wěn)定，而在5%的鹽度下，好氧顆粒污泥中微生物的活性受到抑制，系統(tǒng)中絲狀菌大量增加導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。將14mg/L和30mg/L的SVI好氧顆粒污泥培養(yǎng)75d，當鹽度為30g/L時，有機電荷比（OLR）達到1。雖然已有好氧顆粒污泥處理含鹽廢水的實驗，但好氧顆粒污泥在含鹽環(huán)境中的長期穩(wěn)定運行及耐鹽機理尚需進一步探索。此外，含鹽廢水也具有短期排放的特點，但好氧顆粒污泥短期影響鹽度的廢水處理研究較少。因此，好氧顆粒污泥承受短期鹽度影響的能力和機理還需要進一步研究。

2、對比實驗

2.1 實驗準備

人工配制實驗用水，用純牛奶加鹽模擬含有機鹽的生產(chǎn)廢水。牛奶的主要成分為：每100mL純牛奶含有3g蛋白質(zhì)、3.5g脂肪和7.9g非脂肪固體。使用前，將牛乳稀釋35.5倍至COD約為3950mg/L。廢水是一種白色乳化液。沉淀1d，有許多細小懸浮顆粒，濁度基本不變，仍為白色膠體狀態(tài)。稀釋后水質(zhì)如表1所示。

該水樣平均COD含量（質(zhì)量濃度）為4188.88mg/L，屬于高濃度有機廢水，但BOD5含量與COD含量之比為0.696，屬于易生化處理的廢水。因為牛奶中的氮源形式主要是有機氮（蛋白質(zhì)），NH3-N的內(nèi)容不高，水的濁度已經(jīng)超過儀器的檢出限度，主要是因為在水中有許多微粒，使其成為白色的乳液。在實驗廢水中含有可溶性有機物，具有良好的生物降解性，應(yīng)采用生物法處理。但若直接采用好氧生物處理，則廢水中乳蛋白和乳脂物質(zhì)的生物降解速度較慢。為了達到一級排放標準，應(yīng)停留2d以上時間，因此采用厭氧/好氧聯(lián)合工藝。厭氧/好氧脂肪酸含量對比如表2所示。

2.2 實驗方法

實驗中采用厭氧/好氧工藝，對厭氧污泥進行生物強化處理。厭氧部分取厭氧污泥，再加入適當濃度的模擬廢水，將放入帶塞的錐形瓶中，在35℃恒溫器皿上進行厭氧培養(yǎng)。好氧部分取成熟活性污泥，加入適當濃度的模擬廢水，置于35℃恒溫器皿上進行好氧培養(yǎng)。每間隔2min記錄COD強化效果，可以得到結(jié)果如圖1所示。

經(jīng)對比可知，厭氧強化樣品的去除效果優(yōu)于好氧處理。厭氧強化樣品和濁度的去除率較好氧處理分別提高了28.5%和17.5%。由于廢水中含有大量的蛋白質(zhì)，在厭氧條件下發(fā)生氨化作用，導(dǎo)致NH3-N的積累，因此厭氧出水的含量高于原水，且厭氧出水與好氧出水相差不大。厭氧強化后，好氧工藝處理的最終出水低于厭氧空白，說明厭氧工藝的生物強化在一定程度上促進了后續(xù)好氧工藝的順利進行。當厭氧懸浮污泥進入好氧過程時，對污泥的去除表現(xiàn)出明顯的強化效果，含細菌的厭氧出水去除率是空白樣厭氧出水的1.5倍。與空白樣品相比，細菌的相對去除率提高了35.54%。

2.3 實驗結(jié)論

不同鹽濃度的廢水受到?jīng)_擊后，好氧顆粒污泥系統(tǒng)的污泥濃度變化不顯著。好氧顆粒污泥系統(tǒng)在鹽度沖擊后，經(jīng)過數(shù)周后COD的去除率可恢復(fù)到85.5%，而在鹽度沖擊后，COD的去除率則穩(wěn)定在72.6%，不能恢復(fù)到鹽度沖擊前的水平。好氧顆粒污泥的最大耐鹽性為35g/L。生物強化法處理含鹽有機廢水中分離出的細菌對模擬廢水厭氧處理具有明顯的生物強化效果。厭氧處理后，接種樣品的COD去除率比未接種樣品提高了35.54%。

3、結(jié)語

含鹽有機廢水中鹽含量較高，會對傳統(tǒng)的生化處理方法產(chǎn)生抑制作用，且高鹽度會導(dǎo)致廢水的滲透壓較高，因此將生物強化法應(yīng)用于含鹽有機廢水處理中。以微生物強化處理廢水，以求提升廢水處理效果。文中分析了厭氧技術(shù)和好氧技術(shù)處理廢水的方法，并經(jīng)過實驗對比，驗證了厭氧廢水處理效果優(yōu)于好氧處理技術(shù)。希望本文研究能夠為含鹽廢水處理提供參考。（來源：中科芯集成電路有限公司）