含鹽工業(yè)廢水生化處理耐鹽污泥馴化及其機制

1、含鹽工業(yè)廢水生化處理耐鹽污泥馴化及其機制出處：中國給排水設(shè)備網(wǎng) 作者： 中國給排水設(shè)備網(wǎng)簡介： 通過比較在高鹽和低鹽條件下活性污泥馴化過程，研究了含鹽工業(yè)廢水生化處理耐鹽污泥馴化的可行性、特點及其生物學(xué)過程。結(jié)果表明以鹽份作為選擇壓力可以馴化出具有高降解活性的耐鹽污泥，在NaCl濃度為45000mg/L，容積負荷為1。6kgCODCr/m3d時，其CODCr去除率可達到96.6%。對耐鹽污泥的馴化過程中的微生物優(yōu)勢生理群變化分析顯示，隨著進水鹽濃度的增加，耐鹽苯乙酸降解微生物生理群數(shù)量在15d時間內(nèi)從109cfu/gVSS上升到1011cfu/gVSS，成為污泥中的優(yōu)勢生理群。關(guān)鍵字：高鹽工業(yè)

2、廢水 生化處理 耐鹽污泥馴化 優(yōu)勢生理群演替 耐鹽微生物  對于含鹽工業(yè)廢水生化處理的研究國內(nèi)外雖有報道16，但多局限于可行性和工藝條件研究，而對于在高鹽份條件下污泥或生物膜中微生物菌群組成和變化則未見報道，且已有的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論也很不一致，有人認為含鹽工業(yè)廢水適于生化處理16，11，也有人認為含鹽工業(yè)廢水因鹽份對微生物的毒害而不適于生化處理8，9，造成這種爭論的原因是對污泥適應(yīng)鹽份的生物學(xué)機制缺乏了解。因此，研究含鹽廢水生化處理的污泥馴化特點和生物學(xué)過程有相當(dāng)重要的理論意義和應(yīng)用價值。1 材料與方法1.1 材料試驗廢水取自泰興德源精細化工廠苯乙酸車間酸化廢水母液，pH值為23，含有

3、高濃度的NaCl(以HCl調(diào)節(jié)pH值到中性后其NaCl質(zhì)量百分含量為22.5%)、苯乙酸(8600mg/L)和CODCr (18500mg/L)。接種污泥為揚子石化公司污水生化好氧處理系統(tǒng)脫水后的剩余污泥，含水量為86。6%，活菌數(shù)為2.6×109cfu/gVSS。1.2 方法1.2.1 污泥的馴化方法一般工廠排放的高鹽廢水和其他廢水(生活廢水、地面沖洗水等)混合后，NaCl濃度在1%5%左右，選擇45000mg/LNaCl (由原廢水稀釋5倍)的鹽濃度作為目標(biāo)進水鹽濃度。為減輕瞬間高濃度鹽份對污泥中微生物的沖擊和毒害，馴化時采用逐步加壓馴化方法，即接種污泥后，開始低濃度進水(原廢水

4、稀釋40倍)，在馴化過程中視系統(tǒng)CODCr去除率和污泥馴化情況逐步提高進水濃度，直到預(yù)定的目標(biāo)鹽濃度。同時設(shè)一低鹽濃度為7500mg/L(由原廢水稀釋30倍)下正常運行。1.2.2 分析項目和測試方法  污泥沉降比、SVI、TSS、VSS測定采用文獻10的方法。DO測定采用JPB-607型溶解氧自動測定儀，上海安亭儀器廠生產(chǎn)。CODCr測定水樣經(jīng)硝酸銀充分沉淀Cl以消除干擾，測定方法見文獻10。 Cl測定硝酸銀滴定法10。苯乙酸含量的測定水樣經(jīng)三氯甲烷萃取脫水后于258.8nm紫外比色測定。污泥中微生物計數(shù)和優(yōu)勢菌的分離，取反應(yīng)器中泥水混合液，加入0.2%的焦磷酸鈉作為解絮凝劑11，

5、于搖床震蕩30min，取1mL做梯度稀釋涂平板。總菌數(shù)用含10000mg/LNaCl完全培養(yǎng)基平板計數(shù);耐鹽微生物總數(shù)用含45000mg/LNaCl完全培養(yǎng)基平板計數(shù);苯乙酸降解微生物用含5000mg/LNaCl苯乙酸基礎(chǔ)培養(yǎng)基平板計數(shù);耐鹽苯乙酸降解微生物用含45000mg/LNaCl苯乙酸基礎(chǔ)培養(yǎng)基平板計數(shù)。完全培養(yǎng)基：酵母膏5g，蛋白胨10g，瓊脂20g， NaCl視需要添加，去離子水1000mL，pH值7.2。苯乙酸基礎(chǔ)培養(yǎng)基：(NH4)2SO41g，K2HPO41.4g，KH2PO40.6g，MgSO40.1g，CaCl20.1g，苯乙酸0.3g，瓊脂20g，NaCl視需要添加，去離

6、子水1000mL，pH值7.5。2 結(jié)果與討論2.1 馴化前接種污泥活性為了解接種污泥在馴化前的降解活性和耐鹽能力，考察了接種污泥在降解幾種有機廢水時的氧氣攝入速率(OUR)。OUR反映了污泥在好氧條件下的降解活性。在人工配制的不同NaCl濃度的含葡萄糖(1000mg/L)廢水中，接種污泥的OUR隨廢水中NaCl濃度的升高而呈下降趨勢，在鹽濃度為5000mg/L時，接種污泥的OUR能達到28.0mgO2/(Lh)，當(dāng)鹽濃度為25000mg/L時，其OUR下降到12.0mgO2/Lh，當(dāng)鹽濃度為45000mg/L時，其OUR只有3.2mgO2/Lh，表明接種污泥活性對鹽份敏感，不能耐鹽;在稀釋3

7、0倍的苯乙酸酸化廢水中，接種污泥的OUR只有0.3mgO2/Lh，而接種污泥內(nèi)源代謝的OUR有0.5mgO2/Lh，表明接種污泥不但不能降解苯乙酸酸化廢水且活性還受到抑制。2.2 污泥馴化結(jié)果試驗結(jié)果表明，接種對鹽份敏感的活性污泥，以鹽份作為選擇壓力，逐步提高壓力強度(圖1)，可以馴化出能耐受高濃度鹽份并具有良好降解性能的活性污泥。在進水NaCl濃度為45000mg/L，容積負荷為1.6kgCODCr/m3d條件下，其CODCr的去除率達到了96.6%，和對照沒有明顯區(qū)別(圖2)。圖1NaCl濃度變化Fig。1 The chronological curve of NaCl level圖2CO

8、DCr去除率和容積負荷的變化Fig.2 The chronological curve of COD Crremoval efficiency and volumetric loading高鹽CODCr去除率對照CODCr去除率高鹽容積負荷對照容積負荷2.3 污泥馴化過程中的理化性質(zhì)變化2.3.1 污泥形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化接種污泥呈黑色團塊，塊徑較小，平均為0.020.1mm(圖3A)。曝氣2d后，團塊變得松散(圖3B)，但沒有良好的絮凝性能，污泥的顏色由黑色變?yōu)榛液稚俚降S褐色。到馴化的第10d后，污泥開始具有良好的絮凝性能，停止曝氣后，能形成較大的絮狀物，絮狀物平均大小為26mm，鏡檢可以看到

9、污泥中含有大量的細菌(圖3C，圖3D)，而沉淀后出水中細菌數(shù)量和懸浮物很少，水質(zhì)很好。圖3接種污泥馴化過程中形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化Fig。3 Structure change of the inoculaA。接種污泥(×1000倍)      B。馴化第 2d(×1000倍)C。馴化第 14d(×1000倍)    D。馴化第 38d(×1000倍)2.3.2 污泥濃度的變化  在馴化期間，污泥濃度的變化如圖4所示，可分為兩個階段，在馴化的前6d，污泥量呈下降趨勢，其原因可

10、能是接種污泥中不適應(yīng)廢水環(huán)境的微生物被淘汰以及可溶性組分的溶出而導(dǎo)致污泥濃度的下降。此后污泥濃度開始上升。高鹽條件下馴化，污泥濃度的增加也較慢，說明鹽度的升高抑制了污泥的增長。2.3.3 污泥沉降性能的變化  在馴化過程中，隨著污泥中有機組分的增加和絮體結(jié)構(gòu)的改善，污泥的SVI逐漸變大(圖5)，耐鹽污泥的SVI要比對照高出將近50%，這說明鹽份可以影響污泥的沉降性能。張雨山等人2研究海水鹽度對二沉池污泥沉降性能的影響時認為鹽度增加有利于污泥沉降，SVI下降。分析原因，可能是各自試驗廢水中鹽份種類不同所致，文中所用材料為工業(yè)廢水，其中鹽份較單一，只有高濃度的Na+，而海水中除Na+外，

11、還含有較多的Ca2+、Mg2+等。鹽份可以增加混合液比重(不利于沉降)和電荷強度(有利于沉降)等，從而影響污泥結(jié)構(gòu)。圖4污泥濃度隨馴化時間的變化Fig.4 Chronological curve of sludge level圖5污泥SVI隨馴化時間的變化Fig.5 The chronological curve of SVI2.4 污泥馴化過程中微生物生理群和種屬變化接種污泥為石油工業(yè)廢水好氧剩余污泥，由于經(jīng)過高溫厭氧消化處理，其中常溫好氣性微生物數(shù)量級為109cfu/gVSS，用選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)計數(shù)表明，污泥中耐鹽性微生物數(shù)量級為107cfu(gVSS，能降解苯乙酸的微生物數(shù)量級為102c

12、fu/gVSS，而既能耐鹽又能降解苯乙酸的微生物未檢測到，但預(yù)試驗表明，通過搖瓶富集和馴化后，能檢測到耐鹽苯乙酸降解微生物。這表明接種污泥中雖然總菌數(shù)不多，但仍具有生理代謝上的多樣性。表1是高鹽馴化過程污泥中各種可培養(yǎng)微生物生理群的計數(shù)結(jié)果，從表1可以看出，污泥中微生物總菌數(shù)和各生理群在整個馴化期處于動態(tài)變化之中?？偩鷶?shù)在10d左右的時間內(nèi)從109cfu/gVSS急劇上升到了1011cfu/gVSS，苯乙酸降解微生物生理群數(shù)量從102cfu/gVSS急劇上升到了1011cfu/gVSS，和總菌數(shù)處于同一數(shù)量級，說明總菌數(shù)的增加是苯乙酸降解生理群大量增殖的結(jié)果。而耐鹽微生物生理群雖然也呈上升趨勢

13、，但并未占優(yōu)勢，在總菌數(shù)中所占比例不高，只有總菌數(shù)的1%左右。表1污泥馴化過程中微生物生理群的變化(cfu/gVSS)馴化時間(d)總菌數(shù)苯乙酸降解生理群物耐鹽微生生理群耐鹽苯乙酸生理群14.3×1097.1×1022.1×107n.d.44.7×1095.6×1053.6×107n.d.66.8×10104.3×10103.1×1093.6×103105.4×10112.1×10115.6×1091.5×105144.4×10113.3

14、5;10111.2×1091.3×106203.9×10115.6×10114.2×10112.7×108261.7×10112.3×10115.3×10111.5×1010303.5×10113.5×10115.1×10111.2×1011385.1×10116.2×10112.5×10113.9×1011503.7×10114.1×10113.9×10112.3×1011注

15、：n.d.為未檢出在馴化的第14d后，高鹽馴化的反應(yīng)器污泥已經(jīng)具有良好的苯乙酸降解活性，此時開始減少進水稀釋倍數(shù)，增加進水鹽濃度(反應(yīng)器容積負荷通過進水量來調(diào)節(jié))，以鹽份為馴化壓力對污泥進行馴化。在高濃度鹽份沖擊下，總菌數(shù)在整個沖擊過程中變化不大，只是略有下降，數(shù)量一直維持在1011cfu/gVSS以上，但污泥中微生物生理群則發(fā)生了較大的變化，能夠耐高鹽又能降解苯乙酸的微生物在總菌數(shù)中所占比例在鹽濃度升高后開始上升，到第30d上升到了1.2×1011cfu/gVSS，和總菌數(shù)在同一個數(shù)量級。到第38d，耐鹽苯乙酸降解生理群和總菌數(shù)在數(shù)量上已相當(dāng)接近，說明耐鹽苯乙酸降解生理群在污泥中已

16、占據(jù)絕對優(yōu)勢。從污泥計數(shù)涂布平板上菌落形態(tài)，個體顯微形態(tài)和生理生化特征來判斷污泥中的優(yōu)勢菌屬的變化，在受到高鹽份沖擊前的穩(wěn)定運行期，污泥中優(yōu)勢微生物主要為3種微生物，經(jīng)初步鑒定為假單胞菌屬(Pseudomonassp.，編號為P1)，鄰單胞菌屬(Plesiomonassp.，編號為PL1)，假單胞菌屬 (Pseudomonassp.，編號為P2)。受到高濃度鹽份沖擊后，污泥活性急劇下降，但對微生物計數(shù)表明，原有的3種優(yōu)勢菌并沒有立即死亡或消失，而是呈逐漸下降到非優(yōu)勢菌的趨勢，這一過程大約經(jīng)歷了10d左右。同時，污泥中另外2種細菌經(jīng)初步鑒定為節(jié)細菌屬(Arthrobactersp.編號為A1)，

17、假單胞菌屬(Pseudomonassp.編號為P3)數(shù)量逐步增加，到第30d，其在數(shù)量上已超過前3種細菌，并在重新平穩(wěn)運行的污泥中穩(wěn)定存在。測定了這5種細菌在不同的鹽濃度條件下的生長情況(測定培養(yǎng)液在610nm的吸光度，吸光度越大生長越好)，結(jié)果見表2，由表2可見P1、P2、PL1生長的最適鹽濃度為500010000mg/L，而A1和P3的最適鹽濃度為4500060000mg/L，A1、P3明顯要比P1、P2、PL1耐鹽能力強，所以在高鹽環(huán)境中得到了增殖，成為耐鹽微生物生理群中的主要種屬。表2 優(yōu)勢菌株耐鹽能力比較菌株鹽濃度(mg/L)500010000250004500060000P10.6

18、230.5910.2520.0410.012P20.6850.5500.154-0.012-0.010PL10.5160.4980.1370.001-0.031A10.0840.1310.3560.4970.512P30.1030.1540.3670.4790.491試驗結(jié)果表明，在一定的進水條件下，通過逐步提高反應(yīng)器中鹽濃度的方法，以高濃度鹽作為選擇壓力，可以把污泥中的非耐鹽微生物淘汰，而使耐鹽能力較強的菌群得到增殖，使之成為優(yōu)勢菌，從而使污泥逐步適應(yīng)高鹽濃度環(huán)境。耐鹽污泥馴化的本質(zhì)是在一定外部條件下，污泥通過改變其生物相組成來適應(yīng)外界鹽濃度的變化。3 結(jié)論3.1 以鹽份作為選擇壓力，能馴化

19、出在NaCl濃度為45000mg/L環(huán)境中具有高降解活性的耐鹽污泥。3.2 與低鹽條件下運行的活性污泥馴化相比，耐鹽污泥的馴化期較長。3.3 在耐鹽污泥馴化過程中耐鹽苯乙酸降解性微生物生理群在選擇壓力馴化下逐步成為污泥中優(yōu)勢微生物生理群，從而使污泥能耐受高濃度鹽份。參考文獻：1顧國維。水污染治理技術(shù)研究M。1997。2張雨山，王靜，蔣立東，等。海水鹽度對二沉池污泥沉降性能的影響J。中國給水排水，1999，15(9)：1819。3馮葉成，占新民，文湘華，等?；钚晕勰嗵幚硐到y(tǒng)耐含鹽廢水沖擊負荷性能J。環(huán)境科學(xué)，2000，21(1)：106108。4何健，陳利偉，李順鵬。高鹽難降解工業(yè)廢水生化處理研究J。中國沼氣，2000，18(2)：1216。5  Yancey H,Clark M E,Hand S C,et al.Living with water stre