菌源對高鹽廢水馴化的影響

尤濤

摘要：針對高鹽廢水生物處理過程中菌源難于馴化的問題，采用逐步馴化法分別考察2種菌源對高鹽廢水馴化的影響，通過監(jiān)測生物相的變化和掛膜情況，考察不同微生物菌群的處理能力。結果表明，采用每次提高進水鹽度1 g/L（以NaCl計）的逐步馴化方法，菌源A可建立能適應鹽度8 g/L（以NaCl計）的高鹽微生物處理系統(tǒng)，出水COD值可達407 mg/L，處理效率達到83.7%，并對鹽度的增大表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

關鍵詞：高鹽廢水；耐鹽微生物；優(yōu)勢菌群；逐步馴化法

中圖分類號：X703文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2017）06-0285-04

含鹽廢水微生物處理系統(tǒng)的構建按照微生物的來源可以分2種，一種是采用淡水微生物進行鹽度馴化，另一種是接種篩選嗜鹽微生物[1]。不同的菌源具有不同的生物多樣性，導致其產(chǎn)生不同的生化功能特性，同時微生物體系對高鹽環(huán)境的適應性也存在差異，獲得高效耐鹽微生物處理體系具有關鍵性的作用。廢水生物處理反應器的功能是由微生物代謝活動和反應器運行參數(shù)共同控制實現(xiàn)的，而微生物的群落結構（多樣性、種類、數(shù)量和分布）決定著其功能，反應器的處理效果可以通過微生物的群落結構得以反映[2]，我國對這方面的研究還很薄弱，尤其是關于高鹽度廢水生物處理中的微生物群落結構分析報道較少。2004年Uygur等采用SBR工藝處理不同鹽度的人工配水，當鹽度從0升高到6%，COD去除率從96%下降至32%；同時，鹽度的增加，破壞了活性污泥內(nèi)原有的群落結構，污泥性能變差[3]。何健等研究了某化工廠的高鹽廢水生物處理，將污泥在高鹽環(huán)境下馴化培養(yǎng)出具有高降解活性的耐鹽污泥，當NaCl濃度為45 g/L、COD容積負荷為1.6 kg/（m3·d）時，COD去除率達到96%[4]。王志霞等通過控制鹽濃度，使其在一定范圍內(nèi)逐漸增加，研究了SBR反應器的運行情況，結果表明，污泥性能隨著鹽濃度的升高呈遞增的趨勢，出水水質(zhì)良好[5]。汪善全等采用多種類型的接種污泥，在SSBR中處理高鹽廢水，研究顯示，在鹽度不斷提高的情況下，馴化出的好氧顆粒污泥可以高效處理含鹽廢水，同時，得到的污泥與對照組相比，在抗鹽度沖擊、污泥活性、污泥穩(wěn)定性等方面都有顯著優(yōu)勢[6]。

本研究重點選擇生活污水處理廠的活性污泥和制藥廢水處理廠的低鹽活性污泥作為馴化的菌源，以腌制含鹽廢水為處理對象，探討了采用逐步馴化法對比2種菌源進行高鹽廢水馴化的可行性及影響，以期為高鹽廢水的生物處理奠定基礎。

1材料與方法

1.1試驗裝置

試驗采用的反應器由有機玻璃制成，其有效容積為 163.5 L。內(nèi)設片狀組合填料；通過恒溫加熱棒控制水溫在（25±2）℃。采用充氧泵經(jīng)砂頭曝氣，采用“進水—反應—沉淀—排水—閑置”的連續(xù)式運行方式。

1.2模擬廢水水質(zhì)

廢水水源采用模擬高鹽污水，以蔗糖為碳源，谷氨酸鈉和磷酸二氫鉀為氮源和磷源，按照m（COD） ∶m（N） ∶m（P）=200 ∶5 ∶1配制。模擬廢水水質(zhì)的各項指標：COD為2～3 g/L，鹽度（以NaCl計）為5～8 g/L，pH值為6.3～7.6，水溫為25～30 ℃。

1.3試驗方法

2種菌源分別為生活污水處理廠的活性污泥，命名菌源A；某制藥廠的低鹽活性污泥，命名菌源B。在含高鹽廢水的反應器中分別接種菌源A與B，進行馴化掛膜，形成對照；進水pH值為7.0，有機負荷為0.35 kg/（m3·d），溫度25 ℃。運行工況為開始進水流速設置為20 mL/min，采用逐步提高進水流速及進水鹽度的方法進行馴化啟動，即接種污泥后，每個階段提高鹽度1 g/L（以NaCl計）直到預定的目標鹽度 8 g/L（以NaCl計），進水流速提高到65 mL/min，對每個馴化階段測試COD值，并考察其生物相。

2結果與分析

2.1馴化過程中2種菌源對出水COD及處理負荷的影響

試驗中所設置的菌源A與菌源B污泥馴化過程中COD及處理負荷的變化如圖1、圖2、圖3所示。

2.1.1二級氧化池馴化過程中2種菌源對出水COD變化影響的結果由圖1可知，當鹽度為5 g/L、進水流速控制在 20 mL/min 時，菌源B馴化后二級氧化池出水COD值均小于菌源A，2組污泥馴化后的出水COD均伴隨著馴化時間推移而逐漸變小；當鹽度為6 g/L、進水流速控制在40 mL/min時，菌源B馴化后的二級氧化池出水COD值與菌源A之間差值在逐漸減小，此階段菌源B出水COD值大于菌源A，整體上2組的出水COD值變化穩(wěn)定，污泥均開始進入穩(wěn)定的馴化階段；當鹽度為7 g/L、進水流速控制在60 mL/min時，2組的出水COD值比前一馴化階段略增大，但總體上變化緩慢，并且菌源B的出水COD值大體上略高于菌源A；當鹽度為8 g/L、進水流速控制在65 mL/min時，隨著鹽度與進水流速的不斷提升，此階段開始時2組污泥的出水COD值均有明顯增大的趨勢，表明此時的高鹽及高負荷已經(jīng)接近微生物所能承受的臨界值，此后污泥不斷適應馴化條件，使出水COD值由大變小至穩(wěn)定階段。從圖1還可以看出，整個馴化階段中，在不同馴化條件下，每提高一個階段鹽度及進水流速，初期均引起出水COD值的升高，隨著馴化時間延長，出水COD值逐漸降低直至達到一個穩(wěn)定的水平，這可能是由于每提高一個鹽度，形成的新生態(tài)系統(tǒng)需要一個適應的過程，隨著新生態(tài)系統(tǒng)逐步穩(wěn)定，對鹽度的承受能力不斷提高，從而處理有機物的能力逐漸增強，出水水質(zhì)逐漸好轉；整個過程中菌源B的污泥的優(yōu)勢僅體現(xiàn)在第1階段的適應期，在其他各個階段中菌源A污泥表現(xiàn)出了較好的耐鹽能力，分析其原因可能是由于菌源B比菌源A污泥組成中含有較多耐鹽性微生物，但微生物多樣性較為單一，所以在馴化初期耐鹽性微生物發(fā)揮了耐鹽能力，隨著馴化時間的延長，菌源A大量豐富的微生物不斷適應馴化的高鹽環(huán)境，發(fā)揮出潛在的耐鹽能力，形成了更加豐富的耐鹽微生物系統(tǒng)；并且在馴化終期鹽度8 g/L時，出水COD值達到較好效果，出水COD值為407 mg/L，達到污水綜合排放標準（≤450 mg/L），處理效率為83.7%。說明采用逐步提高鹽度的馴化方法，菌源A較菌源B能成功構建耐鹽微生物處理系統(tǒng)。

2.1.2二級氧化池馴化過程中2種菌源對處理負荷變化的影響由圖2可知，當鹽度為5 g/L、進水流速控制在 20 mL/min 時，菌源B的處理負荷整體高于菌源A，2組污泥的處理負荷在該階段內(nèi)呈現(xiàn)穩(wěn)定變化的趨勢；當鹽度為 6 g/L、進水流速控制在40 mL/min時，同樣可以看出，此階段2組污泥的COD處理負荷數(shù)值差異較小；當鹽度為7 g/L、進水流速控制在60 mL/min時，此階段的2組污泥處理負荷均較高，呈明顯的上升趨勢，并且菌源A的處理負荷能力強于菌源B；當鹽度為8 g/L、進水流速控制在65 mL/min時，污泥的處理負荷變化與出水COD變化基本一致，均呈現(xiàn)出良好狀態(tài)，菌源A污泥COD處理負荷達到1.14 kg/（m3·d）。說明采用逐步提高鹽度的馴化方法，菌源A較菌源B的處理能力更強，更適合高鹽度的水處理環(huán)境，為由于鹽度劇烈變化而引起的突發(fā)水污染情況提供了應急預案理論的數(shù)據(jù)。

2.1.3一級氧化池馴化過程中2種菌源的出水COD及處理負荷變化一級氧化池的每個階段馴化條件均與二級氧化池相同，由圖3可知，在每個不同的馴化階段，一級氧化池的出水COD及處理負荷變化趨勢與二級氧化池的變化相符，并沒有大幅度變化；整個馴化過程中菌源A的出水COD及處理負荷略好于菌源B，進一步證實了對二級氧化池所獲得數(shù)據(jù)的可靠性與科學性。

2.2不同菌源馴化的耐鹽菌群對鹽度變化的穩(wěn)定性

根據(jù)圖1的試驗數(shù)據(jù)分析，在馴化過程中，當鹽度小于 7 g/L 時，二級氧化池出水水質(zhì)保持逐步改善的趨勢，說明鹽度在此范圍內(nèi)增大對微生物菌群未造成較大的影響，屬于微生物菌群較適應的變化范圍。當鹽度大于7 g/L時，每提高一次鹽度，二級出水水質(zhì)都會產(chǎn)生由差變好的大幅波動，說明7 g/L是原有微生物菌群可耐受的極限鹽度。在鹽度大于 7 g/L 的每一個馴化階段，微生物菌群都會對自身結構進行優(yōu)化以適應新的鹽度環(huán)境。對比2種菌源馴化得到的微生物菌群在鹽度為8 g/L時的馴化情況，菌源A的出水水質(zhì)變化幅度要小于菌源B，對于鹽度的增大表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，原因可能在于菌源較好的生物多樣性有利于馴化后菌群的穩(wěn)定性。

2.3馴化過程中2種菌源生物相觀察結果

生物相觀測結果如圖4、圖5、圖6、圖7及表1所示。由鏡檢可知，菌源A污泥中所含微生物種類豐富，以鐘蟲為優(yōu)勢菌屬，菌源B污泥中纖毛蟲較多。隨著鹽度的進一步提高，鐘蟲逐漸減少，絲狀菌在鹽度為6 g/L時大量存在，隨著鹽度的提高，逐漸消失，分析其原因，是由于高鹽廢水中溶解性BOD5比例高，誘發(fā)絲狀菌的異常繁殖，另一方面，在滲透壓逐漸增大的過程中，增加了水相中的基質(zhì)進入細胞內(nèi)的難度，而絲狀菌憑借比表面積大的特點，凸顯了其在對有機物基質(zhì)競爭中的優(yōu)勢，但絲狀菌的耐鹽極限有限，高鹽度時絲狀菌消失。菌源B污泥與菌源A污泥中分別出現(xiàn)了漫游蟲，并且漫游蟲在鹽度為6～7 g/L范圍內(nèi)大量存在。纖毛蟲在整個鹽度馴化過程中始終存在，表現(xiàn)出良好的耐鹽能力。此外，當鹽度提高到8 g/L時，菌源A污泥中開始出現(xiàn)少量眼蟲，菌源B污泥有少量線蟲，并且2組污泥均出現(xiàn)污泥絮體松散、出水渾濁，分析認為高鹽條件下，微生物的種類和數(shù)量減少，使得有機物的降解受到抑制，廢水污染程度加劇，因此出現(xiàn)了可表征環(huán)境監(jiān)測水域內(nèi)有機物增多、污染的生物指標眼蟲，并且嗜鹽微生物增加，主要以桿菌為主，由于其動能大，絮凝性差，影響到污泥的結構，使出水渾濁。

在鹽度為5～8 g/L范圍內(nèi)，鹽度的升高對反應器中的微生物生態(tài)系統(tǒng)有較大的影響，可以認為在鹽度變化時，微生物通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的相容性物質(zhì)來適應外界滲透壓變化，并且鹽

度的高低與微生物的調(diào)滲能力成反比，高鹽度條件下不耐鹽微生物會死亡，而能適應高鹽條件的微生物生存下來并大量增殖，使有機物的去除率能逐漸提高。在高鹽條件下，中等嗜鹽菌在細胞壁積累Na+、K+等無機陽離子和氨基酸、甘油等有機化合物，從而增加了細胞的離子強度，以夠維持細胞的滲透壓。同時，鏡檢發(fā)現(xiàn)，隨著鹽度的提高，菌源A污泥的微生物適應性及多樣性均好于菌源B污泥，可以認為反應器中的菌源A耐鹽性更好，更具有高效處理含鹽廢水的潛力。

試驗結果表明，通過逐步提高反應器中鹽濃度的方法，以鹽濃度為選擇壓力，可以把污泥中的非耐鹽微生物淘汰，使耐鹽能力較強的菌群得到快速增殖，并通過逐漸提高鹽度，可使以鹽度為生存必要條件的嗜鹽菌成為優(yōu)勢菌種，逐步構建出適應高鹽濃度環(huán)境的耐高鹽微生物系統(tǒng)。

3結論

采用逐步提高進水流速及進水鹽度的方法進行馴化啟動，分別對取自生活污水處理廠的菌源A與取自某制藥廠的菌源B建立了目標鹽度為8 g/L（以NaCl計）的高鹽微生物處理環(huán)境；通過對比研究表明菌源A發(fā)揮出了潛在的耐鹽能力，形成了更加豐富的耐鹽微生物系統(tǒng)；并且在馴化終期鹽度8 g/L時，出水COD達到較好效果，出水值為407 mg/L，處理效率達83.7%，處理負荷為1.14 kg/（m3·d），當鹽度由 7 g/L 提高到8 g/L過程中，表現(xiàn)出良好穩(wěn)定性，說明適合應用到由于鹽度造成的突發(fā)性應急處理中。鏡檢結果表明，隨著鹽度的提高，菌源A污泥的微生物適應性及多樣性均好于菌源B污泥，以鐘蟲為優(yōu)勢菌屬，確定將菌源A污泥作為研究對象，應用到后續(xù)的高鹽廢水處理的研究中，其更具有實際應用價值，具有良好的應用前景。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.074