驯化活性污泥处理高含盐量有机废水的研究
摘要：在有菌种存在的好氧系统中，采用驯化活性污泥的 方法 处理高含盐量有机废水。结果表明，驯化活性污泥可以有效地处理高含盐量有机废水，在Na2SO4含量小于20000mg/L范围内，驯化污泥可以正常降解废水中的有机物，指示剂苯酚的去除率稳定在90%以上，通过驯化可以大大增强微生物抵御盐抑制的能力;在好氧系统中甜菜碱的抗钠毒性作用不明显。
关键词：驯化活性污泥 高含盐量 甜菜碱
Research on the Activated Sludge AcclimatiOn in
Treating Organic Wastewater with High Mineral Contents
Abstract：In an aerobic environment with the existence of the special microbes，activated sludge was acclimated to treat high saline organic wastewater. The acclimated activated sludge could degrade organic substances normally when the concentration of Na2SO4 was less than 20000 mg/L in the wastewater.The removal rate of sample substance phenol exceeded 90%.Acclimated microbes showed high resistance to salt inhibition.Betaine showed little influence on the acclimation in an aerobic environment.
Key words：acclimated activated sludge;high salinity;betaine
前言
高含盐有机废水是极难处理的 工业 废水之一， 目前 采用两种处理方式，即先脱盐后处理和不脱盐直接处理[1]。由于高浓度的盐对微生物生长有很强的抑制作用，从而使生物法处理高含盐有机废水很困难。对于好氧和厌氧两种情况，在实际处理中对好氧生物处理 研究 较多，好氧生物处理法有活性污泥法、生物膜法和培养适盐菌[2-3]等多种方法。研究表明[3-4]，在厌氧系统中甜菜碱具有抗钠毒性作用。
本实验采用驯化活性污泥的方法处理高含盐量有机废水，并在驯化过程中加入甜菜碱，考察好氧系统中甜菜碱是否同样具有抗纳毒性作用。
1 实验方法
取两组香香菌种(1#和2#)，1#直接在含盐废水中驯化，2#在1#的基础上加入甜菜碱进行驯化。模拟的含盐废水中加入葡萄糖作为主要降解基质，并加入少量苯酚兼做降解基质和指示剂。所采用的实验流程如图1所示。按m(C):m(N):m(P)=100:5:1的配比向微生物培养基中加入尿素、磷酸二氢钾等，配制成所需浓度，盐度采用无水硫酸钠调节。培养基曝气一定时间，曝气后静置半小时，分层后取上层清液待检测。
采用分光光度法检测进出水苯酚吸光度，对照苯酚降解标准曲线，求算去除率，确定生物降解性能。
2 结果与讨论
2.1 操作参数的确定
2.1.1 温度的确定
温度是微生物的重要环境因素，实验中温度主要表现为对活性污泥的 影响 。工业废水生物处理中微生物大多数为中温性细菌，合适的温度为25～35℃。温度太低，活性污泥处于休眠状态，活性不高;温度过高，生物的蛋白质和酶凝固，活性污泥会停止作用或死亡。实验显示，9℃时吸光度为0.232，而25℃时则为0.032，为保证实验的可比性，维持较高的污泥活性，实验将温度控制在25℃左右。
2.1.2 曝气时间的确定
图2为曝气时间与苯酚去除率的关系曲线。实验选取的有机废水中有机物主要有葡萄糖和少量苯酚，含盐量为4000mg/L硫酸钠溶液，从图中可以看出，1#、2#试样苯酚去除率几乎重叠，随着曝气时间的延长，指示剂降解去除率迅速上升，曝气4.0h，指示剂降解去除率达到99.4%，继续延长曝气时间，指示剂降解去除率变化不明显，适宜的曝气时间为4.0h。
2.1.3 驯化周期的确定
在驯化过程中，对某一特定盐浓度，需要有一个适应过程，该过程的长短主要取决于盐抑制的大小和生物自身种群演替周期及对盐的适应能力。实验选取4000mg/L硫酸钠溶液，考察驯化周期对去除率的影响。图3为驯化时间对苯酚去除率的影响。如图所示，2#试样去除率较1#高，并且随着驯化时间的延长，指示剂降解去除率逐渐上升，驯化周期5d时两者降解去除率比较接近，高达99%以上，由于种群演替周期一般为4～5d[5]，兼顾两方面的因素，合适的驯化周期为5d。
2.2 驯化对有机物降解的影响
2.2.1 盐浓度的影响
图4为驯化对指示剂去除率的影响。从图中可以看出，随着硫酸钠浓度的提高，驯化污泥的苯酚去除率明显比未驯化污泥高。在实验的盐度范围内，驯化污泥苯酚去除率维持在90%以上;而未经驯化污泥苯酚去除率在盐浓度小于3000mg/L时去除率较高，盐度处于3000～5000mg/L时，苯酚去除率急剧下降，继续提高盐浓度，去除率仅维持在30%附近，表明生物经驯化后可以降低盐的抑制影响。其原因在于盐浓度较低时，生物可以适应于盐溶液并生长，降解有机物性能良好，提高盐浓度，未驯化生物受到抑制，降解性能明显下降，指示剂降解去除率维持在较低的水平。经过驯化的生物对渗透压的调节能力增加，抵御盐抑制的能力增强，在高含盐量环境中能够继续降解有机物，苯酚的去除率保持在较高的水平。
2.2.2 驯化后活性污泥的生物相
活性污泥经驯化后逐渐成熟，其外观颜色由浅棕黄色变为深棕黄色;污泥沉淀性能较好，SVI数值在65～90之间;整个实验阶段未发生污泥膨胀现象，驯化活性污泥m(MLVSS)/m(MLSS)值在0.60～0.70之间。通过污泥镜检，驯化前生物相十分丰富，原生动物中钟虫、盾纤虫等纤毛虫数量众多，菌胶团种类繁多，有少量丝状细菌。驯化后以菌胶团为主，伴有少量原生动物，其中裂口虫居多，还有少量漫游虫出现，丝状菌数量明显减少。驯化污泥中钟虫、盾纤虫的消失是由于盐度的抑制作用所致，耐盐性较好的裂口虫和漫游虫的存在有助于菌胶团的形成及活性污泥的沉降性能，对改善出水水质有重要作用。驯化活性污泥中丝状细菌的消失与没有发生污泥膨胀现象相符。
2.3 甜菜碱的影响
图5为甜菜碱对驯化污泥苯酚去除率的影响。由图可知，随着盐浓度的增加，苯酚去除率逐渐下降，在整个盐度范围内(Na2SO4<20000mg/L)。两者整体上都维持较高的去除率，进一步表明驯化有助于增强微生物抵御高盐度抑制的能力。结合图2和图3，实验中加入甜菜碱的生物降解去除率(2#)比没加甜菜碱的生物降解去除率(1#)略为高一些，但是这种差距不明显。相比甜菜碱在厌氧系统中的抗钠盐抑制作用[4]，在好氧系统中甜菜碱的抗钠毒性作用极不显著。观察驯化过程中加甜菜碱和不加甜菜碱的微生物，两者生物相基本没有差别，这也说明甜菜碱在驯化过程中没有起到显著作用。
3 结论
①合适的驯化活性污泥条件温度为25℃，曝气时间为4h，驯化周期为5d。
②驯化活性污泥可以有效地处理高含盐量有机废水，在含盐量Na2SO4<20000mg/L范围内驯化污泥可以正常降解废水中的有机物，指示剂苯酚的去除率稳定在90%以上。
③驯化活性污泥具有良好的吸附、凝聚性能，其生物相以菌胶团为主，菌种数量大致没变，种类减少，原生动物数量减少，主要以裂口虫和漫游虫为主。
④在好氧系统中甜菜碱的抗钠毒性作用不明显。
参考 文献 ：
[1]冯克亮摘译.含盐废水生物处理[J].环境 科学 动态，1998，3：22～23.
[2]周陪瑾，等.嗜盐细菌[J].微生物学报，1989，16(1)：31～34.
[3]田新玉，等.极度嗜盐细菌和耐盐细菌的区分[J].微生物学报，1990，30(4)：314～317.
[4]DW Yerkes，S Boonyakitsombut，R E Speece.Antagonism of sodium toxicity by the compatible solute btaine in anaerobic methanogenic systems[J].Wat Sci Tech，1997，36(6～7)：15～18.
[5]G Smythe，G Matelli，M Bradford，C Roccha.Biological treatment of salty wastewater[J].Environmental Process，1997，16(3)：179～183.
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