含盐废水的生物处理研究进展

ENVIRONMENTALSCIENCEMay,1999

含盐废水的生物处理研究进展

文湘华　占新民　王建龙　钱　易

(清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京　100084　Email:shc2den@tsinghua.edu.cn)

摘要　含盐废水包括海水直接利用后排放出的废水和许多工业废水,如化工废水、农药废水.因为含盐量高、废水的生物处理具有一定的难度.本文在文献调查的基础上讨论了含盐废水生化处理的可行性、盐对微生物生化特性的影响和国内外对含盐废水生化处理技术和机理研究的进展.

关键词　含盐废水,生物处理,嗜盐微生物.

ReviewofTheBiologicalTreatmentofSalinityWastewater

WenXianghua　ZhanXinmin　WangJianlong　QianYi

(StateKeyJointLaboratoryofESPC,DepartmentofEnvironmentalEngineering,TsinghuaUniversity,

Beijing　100084,ChinaE2mail:shc2den@tsinghua.edu.cn)

Abstract　Manykindsofwastewatercontainshighly2concentratedsalt,suchasmunicipalwastewaterincitiesutilizingseawaterasonepartofwatersupply,chemicalindustrialwastewaterandpesticidewastewater,etc..Itisnecessarytoputemphasisonthebiologicaltreatmentofsalinitywastewater.Inthispaper,influenceofsaltonmicroorganismandthedevelopmentofthebiologicaltreatmentarereviewed.Keywords　salinitywastewater,biologicaltreatment,halophilicbacteria.

　　含盐废水包括含盐生活污水、含盐工业废水和其它的含盐废水.根据含盐废水的来源可以将含盐废水分为:

(1)海水直接利用过程中排放出的废水[1]　近年

等行业.表1和表2分别列出了染料中间体对氨基偶氮苯盐酸盐废水和农药多菌灵废水的含盐情况[4].

(3)其它含盐废水　大型船舰上的污水是高含盐

生活污水;某些地下水异常地区的天然水比一般淡水的含盐量高很多,如河北平原部分地区浅层地下水为咸水,总溶解固体浓度可以到5g󰃗L左右[5].

1　含盐废水生物处理的可行性

来,为缓解淡水资源日益紧缺的局面,许多沿海城市开始推行海水直接利用.

海水可以直接利用于很多方面:①海水用作工业冷却水,广泛用于电力、钢铁、化工、机械、纺织、食品等行业.现在,日本沿海绝大多数企业的工业用水量的

40%～50%为海水,美国工业用水的1󰃗5为海水,西欧

微生物广泛存在于自然界,其中一些对盐适应性强的嗜盐微生物在含盐废水生物处理中占有重要地位.表3对常见的嗜盐细菌作了简单的概括[6].　　作为废水生物处理生物相中重要一相的原生动物中也有一些嗜盐类,如:展现突口虫(Condylostoma2

patuum),红色角毛虫(Keronopsisrube),绿模瘦尾虫

六国到2000年海水利用量将达到2500×108m3[2,3].我国海水年利用量约为60×108m3,大大落后于日美等先进国家[1].②用作工业生产用水.在建材、印染、化工等行业的某些生产工艺中,海水可以直接作为生产用水.例如碱厂用海水代替淡水用于化盐工艺;电厂把海水作为冲灰水.③城市生活用水.用于冲洗道路和厕所,消防以及游泳娱乐等方面.在,冲厕海水量已达43×10m󰃗d,约为全港淡水用量225×10m󰃗d的

4

3

4

3

(Uroloptopsisviridis)(Euplotesvannus)[7].

和扇状游什虫

这些嗜盐微生物为废水生物处理提供了保证.另外,适应于生活在淡水或淡水生物处理设施中的微生物在受到高含盐废水的冲击时,会通过自身的渗透压调节机制来平衡细胞内的渗透压或保护细胞

17%[1].

无论海水直接用于哪一方面,最终都将进入城市污水处理厂.

(2)工业废水　一些工业行业在生产过程中排放

出高含盐的有机废水,如印染、腌制、造纸、化工和农药

文湘华:女,37岁,博士,副教授

收稿日期:1998210206

3期　　　　　　　　　　　　　　　　　环　　境　　科　　学　　　　　　　　　　　　　　　　　　105　

表1　对氨基偶氮苯盐酸盐生产废水水量和水质

水量󰃗t・d-21

1

pH0～016

COD󰃗mg・L-

1

色　　度

20000～40000

苯胺类物质󰃗mg・L-7000～9000

1

Cl-󰃗mg・L-

1

40000～6000040000～100000

表2　多菌灵农药废水水质

COD󰃗mg・L-44500

1

内的原生质,这些调节机制包括细胞聚集低分子量物质,如氨基酸、糖、甘氨酸三甲基内盐来形成新的胞外

色　　度

邻苯二胺

󰃗mg・L-1

875

CaCl2

󰃗mg・L-143000

1

保护层,调节自身新陈代谢,改变遗传基因[8].因此,正常的活性污泥处理工艺会通过活性污泥的适应性而处理含盐废水.

1000～3000

表3　嗜盐细菌

名　　　　称

野油菜黄单胞菌X.campestris

生枝动胶菌Z.ramigera鳗孤菌V.anguillarum

费氏孤菌V.fischeri肋生孤菌V.costicola霍乱孤菌V.cholerae

付溶血孤菌V.parahaemolyticus明亮发光杆菌P.phosphoreum哈威折光杆菌L.harveyi1970

紫色色杆菌C.violaceumBergonzini吲哚黄杆菌F.indoltheticum泰伦黄杆菌F.tirrenicum湿润黄杆菌F.uliginocum嗜海水黄杆菌F.halmephilum脱硫脱硫孤菌河口亚种D.desulfuricanssubsp.aestuarii

嗜　盐　浓　度

210%～510%

310%生长良好,615%不生长

NaCl10%不生长,7%生长差,不加NaCl

特　　　　性

革兰氏阴性,好氧,杆菌革兰氏阴性,好氧,杆菌致病菌

革兰氏阴性;兼性厌氧,孤菌不水解酪蛋白

可以生长

10%不生长,不加盐不生长,7%生长良好NaCl10%中生长

NaCl7%中生长差,不加NaCl可以生长NaCl7%生长良好,无NaCl不能生长3%适于生长,015%～5%可生长,无盐不革兰氏阴性,兼性厌氧,杆菌严格好氧或者兼性厌氧菌体周生鞭毛菌体周生鞭毛

生长

最适合食盐210%～310%,无盐不长盐浓度不能超过6%生长需食盐,从海水环境分离生长需食盐,从海水环境分离生长需食盐,从海水环境分离生长需食盐,从海水环境分离

生长需要NaCl,在含苹果酸盐硫酸盐培养基上生长

生长需要NaCl,在含苹果酸盐硫酸盐培养基上生长嗜盐

革兰氏阴性厌氧菌

需盐脱硫孤菌D.salexigens盐脱氮付球菌P.halodenitrificans

威氏硝化杆菌N.winogradskyiwinslowetal

1917

革兰氏阴性厌氧菌专营有机化能型

革兰氏阴性无机化能型,专性好氧

革兰氏阴性无机化能型,专性好氧

革兰氏阴性无机化能型,专性好氧

革兰氏阴性无机化能型,专性好氧

革兰氏阴性球菌,产甲烷细菌硝化球菌N.mobilis.watsonetWaterbury海水+亚盐环境

1971

欧洲亚单胞菌N.europaeaWinograd2海水或者淡水富加NH3和无机盐的培养sky12基海洋亚硝化球菌N.occanus禾他甲烷球菌M.voltae可以忍受5%NaCl2　含盐废水生物处理的实验研究

Kargi和Dincer利用间歇生物反应器进行了自

些学者开展了用不同反应器处理含盐废水的效率研究,如滴滤池[13]、延迟活性污泥法[14]、传统活性污泥工艺[15]等.同济大学环境生物教研室提出了用不同生物处理工艺处理有机废水时所允许的NaCl浓度

(表4).

[12]

配水样实验,研究了盐的抑制作用及动力学常数[9];

Hanoda和Al2Atlar利用完全混合式反应器研究了NaCl浓度(10g󰃗L和30g󰃗L)对活性污泥工艺处理效

关于高含盐量对生物处理系统的影响,有以下2种观点:

(1)高盐环境及盐浓度的变化对生物处理有抑制

率的影响[10];Belkin等研究了高盐环境下化工废水生物处理的可行性

[11]

;在国内,安林和顾国维讨论了盐

度对二阶段接触氧化法处理废水的影响[12].其它一作用　Ingram通过对杆菌的研究发现,当NaCl浓度

106环　　境　　科　　学

表4　几种生物处理方法中NaCl浓度的量

工　　艺

污泥处理

1

20卷

活性污泥工艺

8000～9000

生物滤池

10000～40000

自　净　化

10000

两阶段接触氧化

25000～35000

NaCl󰃗mg・L-5000～10000

大于10g󰃗L时,微生物呼吸速率降低[16].当NaCl浓度大于20g󰃗L时,会导致滴滤池BOD去除率降低[13],在此浓度下,活性污泥法的BOD去除率降低,同时污泥的絮凝性变坏,出水SS升高,硝化细菌受到抑制[15].以含高浓度卤代有机物废水进行的试验表明,BOD去除率随盐浓度的增加而降低[11].

高盐环境下微生物代谢酶活性受阻,生物增长慢,产率系数低;水体密度增加;影响污泥絮凝性[1].处理含盐废水反应器中溶解氧浓度较低[17].高盐环境下的污泥较一般污泥糖类、蛋白质含量低而脂类、

[18]

RNA含量高.

一致,且多数工作局限在配水实验,因此,研究含盐废水的生物处理的可行性、机理和处理技术是必要的.

参

考

文

献

1　尤作亮等.海水直接利用及其环境问题分析.给水排水,

1998,24(3):

2　刘洪滨.我国海水淡化和海水直接利用事业前景的分

析.海洋技术,1995,14(4):76

3　谭征等.走向海洋新世纪.北京:北京工业大学出版社,

1993.93

4　占新民,王建龙等.中和沉淀2树脂吸附法处理对氨基偶

氮苯盐酸盐废水的实验研究.环境工程,1998,16(3):75　郭永海.河北平原地下水环境演化规律及其与人类活动

相互关系的研究.中国地质大学博士论文,1993.12

6　邱文芳主编.环境微生物学技术手册.北京:学苑出版

社,19.234

7　沈韫芬,章宗涉等.微型生物监测新方法.北京:中国建

筑工业出版社,1990.63

8　Gauthier,M.J.FlatauG.NandBreittmayerUA.

ProtectiveEffectofGlycineBetaineonSurvivalofEs2

.cherichiaColiCellsinMarineEnvironment.Wat.Sci

().,1991,242:129～132Tech9　FikretKargiandAliRDincer.BiologicalTreatmentof

SalinityWastewaterbyFed2BatchOperation.J.Chem.

～172Tech.Biotech.,1997,69:167

10　HamodaMFandAl2AtlarIMS.EffectsofHighSodi2

umChlorideConcentrationonActivatedSludgeTreat2

.Tech.,1995,31(9):61272ment.Wat.Sci

11　ShimshonBelkin,AsherBrenneretal.Biological

TreatmentofaHighSalinityChemicalIndustrial

.Tech.,1993,27(7～8):105～Wastewater.Wat.Sci

112

12　AnLiandGuGuowei.TheTreatmentofSaline

WastewaterUsingaTwo2StageContactOxidation

.Tech.,1993,28(7):31～37Method.Wat.Sci

13　LawtonGWetal.EffectofHighSodiumChloride

ConcentrationonTricklingFilterSlimes.Sewageand

～1236IndustrialWastes,1957,29(11):1228

14　StewartMS,LudwigHFetal.EffectsofVarying

SalinityontheExtendedAerationProcess.Sewageand

～1177IndustrialWastes,1962,34(11):1161

15　LudzackFJetal.ToleranceofHighSalinitiesbyCon2

ventionalWastewaterTreatmentProcesses.Sewage

～1416andIndustrialWastes,1965,37(10):1404

16　IngramM.TheInfluenceofSodiumChlorideandTem2

peratureontheEndogenousRespirationofBacillus

.Journ.Bacter.,1939,38:613～618Cereus

17　Ching2GuangWen.Jao2FuanKao,LawrenceKWang

andChiiCherngLiaw,EffectofSalinityonReaeration

.Tech.,CoefficientofReceivingWaters.Wat.Sci

1984,16(1):139～154

18　DFKincannonandAFGaudy.SomeEffectsofHigh

SaltConcentrationsonActivatedSludge.J.WPCF.1966,38(7):1148～1159

19　WoolardCR.BiologicalTreatmentofHypersaline

～2833Wastewaters.DAI,1993,542058:25

20　KincannonDFandGaudyAF.ResponseofBiological

WasteTreatmentSystemstoChangeinSaltCondi2

～496tions.J.Biotech.Bioeng.,1968,10(4):483

许多学者发现盐浓度的变化对生物处理存在影响.延时曝气工艺中,急剧的盐度增高导致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[14].降低含盐浓度比增加盐浓度对微生物的影响更大,当无盐系统突然加入30g󰃗LNaCl时,系统BOD去除率降低30%;而当污泥经30g󰃗LNaCl驯化后,系统BOD去除率则要降低75%左右.Kincannon和Gaudy认为盐浓度的变化会导致细胞组分的分解[18].

(2)含盐量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　Woolard等把嗜盐微生物在

序批式生物膜反应器(SBBR)中培养,处理含盐量1%～15%的合成含酚废水,即使含盐量高达15%(150

g󰃗L),对酚的去除率依然在99%左右[19].

Hamoda和Al2Atlar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提高,TOC去除率在NaCl0

g󰃗L、10g󰃗L、30g󰃗L时,分别为9613%、9819%、(L・d)、(L9912%;OUR分别为1275mg󰃗1987mg󰃗(L・d).他们认为在高盐条件下,微・d)和2000mg󰃗

生物生长没有受到抑制,相反促进了一些嗜盐菌的生长,使反应器内微生物浓度增加,降低了有机负荷.另外,NaCl的加入也提高了污泥的絮凝性[10].

Kincannon和Gaudy发现在适宜NaCl浓度下(8

～10g󰃗L),能维持反应器内较高的污泥浓度,并建议城市污水处理厂可通过适当措施使污水NaCl浓度维持在8g󰃗L左右[20].

目前生化治理含盐废水的研究得出的结论不很