高浓度含盐废水的处理研究

高浓度含盐废水的处理研究

生物处理是当前废水处理中最常用的方法之一。它应用广泛，适应性强。化工废水如染料、农药、医药中间体等含盐较高的废水则给生物处理带来一定的难度。这类废水含盐浓度较高,污染严重,必须经处理后才能排放。况且,此类废水成分复杂,不具备回收价值,采用其他处理方法成本较高,因此生物处理仍是首选的方法。无机盐类在微生物生长过程中起着促进酶反应、维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。但盐浓度过高,会对微生物的生长产生抑制,其主要原因在于:(1)盐浓度过高时渗透压高,使微生物细胞脱水,引起细胞原生质分离;(2)在含盐浓度高的情况下,盐析作用会使脱氢酶活性降低;(3)高氯离子浓度对细菌有毒害作用;(4)由于水的密度增加,活性污泥容易上浮流失。为此,高浓度含盐废水的生物处理需要对废水进行稀释,使盐质量分数小于1%。这会造成水资源的浪费,使处理设施庞大、投资增加,运行费用提高。随着水资源的日趋紧张,国家出台的各项保护水资源法规和收费措施的实施,给处理高浓度含盐废水的企业带来了负担。许多研究表明,高浓度含盐废水可以采用生物法处理。但盐浓度由低到高,微生物有一个适应期。盐浓度的变化会引起微生物代谢途径的改变,通过选择培养可以驯化出能适应高浓度盐的菌种。我们曾对含CaCl2和NaCl的废水生物处理进行过专门研究,取得了较好的结果。1高含盐废水的生物处理试验在高浓度含盐废水生物处理过程中,可以按照微生物对盐的耐受程度来分类,一般在含盐质量分数在1%以下能很好生长的微生物为非好盐微生物,而在1%以上均能生存增殖的微生物为耐盐微生物。高浓度含盐废水生物处理的关键是要驯化出耐盐微生物。我们分别选用普通废水处理场的活性污泥和高浓度含盐废水排放沟边土壤中耐盐微生物进行试验。将普通污泥倒入含CaCl2质量分数为1%左右的曝气池中,经过半个月驯化,镜检微生物菌胶团结构紧密,原生动物有钟虫、豆形虫、浮游虫等,多而活跃。经逐步驯化至耐盐质量分数为3%。将含盐废水排放沟边土壤与废水混合搅拌后,取悬浮液倒入曝气池,镜检菌胶团结构良好,色泽透明,有大量的豆形虫,非常活跃。用实际工业废水在不同盐浓度下经过3个月试验,2种方法培养的微生物试验结果分别见表1和表2。由表1和表2可以看出,用以上2种方法均可驯化和培养出耐盐的微生物,均能达到在高含盐浓度条件下去除废水中有机物的目的。在含NaCl的氯丁橡胶废水生物处理试验中,对驯化后的微生物进行菌分离,其优势菌种为假单孢杆菌,其数量占菌数量的80%以上。而处理不含盐的氯丁橡胶废水的菌种主要是细菌和真菌,这表明微生物在含盐废水的驯化过程中,优势菌属发生了较大的变化,分离出的优势菌种可以在更高的含盐浓度下生长。表3是耐盐菌种驯化前后的结果。从表3可以看出,经过一定时间的驯化,微生物耗氧速率大大提高。2高含盐氯丁橡胶废水耐盐特性分析抑制细菌生长的盐浓度对不同细菌差别很大,如对大肠杆菌的盐质量浓度是6%,对枯草杆菌是9%,对嗜盐菌是10%以上。由淡水环境到高浓度盐环境时,由于能适应高浓度盐的菌种很少,轮虫、固着及游泳性纤毛虫等原生动物迅速死亡,稳定以后游泳性纤毛虫可以重新出现。从低浓度盐到高浓度盐时,微生物有一个适应期,由高浓度盐到低浓度盐适应期更长,盐浓度的变化可能引起微生物代谢途径的改变。细菌驯化过程就是使细菌代谢方式逐渐适应高浓度盐环境并使耐盐菌大量增殖的过程,但这需要一定的时间,急剧地变化盐浓度或驯化时间过短都会使细菌受到抑制,把握盐浓度的变化程度和驯化时间是十分重要的。在采用活性污泥法处理含盐废水时,若盐浓度变化过大则可能导致处理效率和微生物活性的急剧下降。图1是处理环氧丙烷废水时CaCl2浓度突然变化对微生物脱氢酶的影响。当CaCl2质量分数从2%突然升至3%时,微生物由于受抑制而使脱氢酶(TF)产生速率由4.18μg/(mg·h)下降到0,出水的COD也升高,经一段时间适应后,脱氢酶又逐渐恢复到原来水平。我们用高含盐氯丁橡胶废水驯化的优势耐盐菌种进行耐盐试验,观察微生物的生长情况,其生长情况见表4。从表4可以看出,经过一定盐浓度范围驯化的微生物在低浓度盐或更高浓度盐条件下均难以正常生长,甚至不生长。3高盐废水的生物处理3.1高盐废水的生物处理方法选择高浓度含盐废水生物处理流程与普通生物处理流程基本一样,主要包括调节、曝气、二次沉淀、污泥回流、剩余污泥脱水、投加营养盐等。(1)盐浓度调整加含盐废水调节池考虑主要因素是废水盐浓度的变化,除考虑生产波动周期、冲击因素外,应重点考虑水中盐浓度的变化和如何进行调整,如低浓度含盐水量的减少或过高浓度含盐来水的冲击。(2)曝气、含磷盐处理根据废水中含盐类型的不同,曝气池的选择也应有所不同。钙离子能增加活性污泥的絮体强度,高浓度CaCl2可使污泥中的灰分达到40%~50%,污泥密度增加,曝气池中的污泥质量浓度可达到20g/L以上。对于这种废水,应采用提升力较大的传统曝气、深井曝气、流化床曝气等曝气方法;曝气也应选用气泡较大、提升力较强的散流曝气器等曝气方式,不可采用气泡较小的微孔曝气器和可变孔曝气器,以防止曝气孔被无机盐堵塞,不利于曝气池的搅动;曝气强度也应大于普通生物处理,在10m3/(m2·h)左右,或用中心管来增加提升和搅拌能力。高含盐浓度情况下增加氧的传递速度对提高污泥浓度有利,只要菌胶团不解体,既使产生丝状菌,污泥也不会上浮流失;应注意含磷营养盐的投加位置,以免产生的磷酸钙盐沉淀,不仅影响使用效果,而且易产生结垢堵塞管线。对含NaCl浓度较高的废水进行生物处理时,其污泥灰分含量低于处理含CaCl2废水的污泥灰分含量;在污泥膨胀或曝气池受到冲击污泥解体时,菌胶团比处理含CaCl2废水的更容易上浮流失。因此,含NaCl浓度较高废水的生物处理最好采用生物膜法。(3)废水处理的水量二沉池表面负荷应有一定的余量,尤其是对于含NaCl废水,主要是考虑废水密度增加不利于污泥沉淀;处理水量较大时,特别是对于含CaCl2废水,最好采用中间进水、周边传动式刮泥机,以适应污泥浓度高、密度大的特点。在采用传统活性污泥法处理高浓度CaCl2废水时,应适当加大污泥回流量,以减少废水波动造成的冲击,提高系统的稳定性。(4)絮凝剂的用量由于含CaCl2废水生物处理剩余污泥含钙盐多,有利于脱水,可不用再加絮凝剂。经浓缩后的污泥质量浓度可大于50g/L。剩余污泥量与普通废水处理的剩余污泥类似,设计参数可参考普通污泥脱水。3.2盐浓度波动的控制措施高浓度含盐废水对生物处理不利,盐浓度的波动对生物处理影响更大。盐浓度越高,污泥驯化时间也越长,经驯化后菌群发生变化,菌胶团以嗜盐菌为主。经过驯化后的活性污泥在含盐质量分数3%~5%、甚至更高情况下均能正常运行,达到同样的处理效果。但盐浓度的突然变化,可直接破坏生物处理的正常运行,使菌胶团解体,污泥上浮。如前所述,我们将生物处理CaCl2质量分数从2%突然提高至3%,脱氢酶TF产生速率降为0,出水COD升高,由于菌胶团的解体,出水COD甚至高于进水COD,经过一段时间(约2个星期),处理才恢复原状。因此,高浓度含盐废水生物处理时,盐浓度大幅度的变化是影响生物正常处理的主要因素。为此,应采取如下控制措施:(1)在调节池进、出口设电导仪,加强对盐浓度变化的监测和控制,使盐浓度的波动控制在一定的范围;(2)在处理含CaCl2废水时,通过增加曝气池污泥浓度和加大污泥回流量可在一定程度上减少盐浓度波动带来的冲击;(3)在污泥浓缩池应存有一定的剩余污泥,以便在曝气池受到冲击污泥流失时能迅速补充污泥,使生物处理很快恢复到正常水平。4含盐废水的cod和盐析水质的测定SS的标准分析方法为重量法。在高浓度含盐废水SS的分析过程中,过滤时废水中的盐也会粘在恒重过的滤纸上,使分析结果偏高,造成很大的分析误差。因此,可用过滤后的废水将滤纸浸透后恒重,或各取50mL原水和过滤液,烘干后称重,两者差为含盐废水的SS量。对于COD的测定,按照《水质——化学需氧量的测定——重铬酸盐法》(GB11914—89)的规定,“当氯离子质量浓度超过1000