鹽度對厭氧系統處理效果的影響

于保同+郭瑞莉+張金誠

【摘 要】低濃度鹽對厭氧微生物生長有促進作用，高濃度鹽對厭氧微生物有抑制作用，鹽濃度過高易導致厭氧污泥活性降低，甚至會影響污泥中細菌間的平衡，最終導致厭氧系統失衡。

【Abstract】The low concentration salt has promoting effect on anaerobic microbial growth， high salt concentration has inhibitory effect on anaerobic microorganisms， the high concentration of salt can easily reduce the activity of anaerobic sludge， and even some balance between bacteria of sludge，finally result in anaerobic system imbalance.

【關鍵詞】鹽度；厭氧；微生物；滲透壓；抑制；COD

【Keywords】salinity； anaerobic； microorganism； osmotic pressure； inhibition； COD

【中圖分類號】X703.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0194-03

1 引言

鹽類在微生物生長過程中起著重要作用，尤其是維持膜平衡、調節滲透壓和促進酶反應等方面。一般來說，低濃度鹽對厭氧微生物生長有促進作用，高濃度鹽對厭氧微生物有抑制作用。鹽濃度過高易導致厭氧污泥活性降低，甚至破壞污泥中幾大細菌間的平衡，最終導致厭氧系統失衡。

2 鹽度對微生物的抑制原理

鹽度對微生物的抑制原因主要歸納為[1]：①鹽度過高時滲透壓過高，微生物脫水引起細胞質壁分離；②高鹽情況下的鹽析作用導致脫氫酶活性降低；③高氯離子濃度對細菌有毒害作用；④高鹽情況下會使水的密度增加，導致活性污泥上浮流失，微生物數量減少。含鹽廢水對污水處理系統中生物的毒害作用主要是通過升高的環境滲透壓來破壞微生物的細胞膜和菌體內的酶，進而影響微生物的生理活動。隨濃度升高鹽度對微生物的影響可分為刺激作用、抑制作用和毒害作用三大類[2]，見圖1。

①微生物在等滲透壓（ρNaCl=5～8.5g/L）下，形態和大小不變，生長良好；②在低滲透壓（ρNaCl≤0.1g/L）下，水分子大量滲入微生物體內，細胞發生膨脹甚至破裂，導致微生物死亡；③在高滲透壓（ρNaCl≥200g/L）下，微生物體內水分子大量滲到體外，細胞發生質壁分離。

3 鹽度對厭氧系統處理效率的影響

3.1 鹽度對甲烷產量的影響

產甲烷菌活性會受到鹽度的抑制，高濃度鹽的抑制作用主要來自陽離子，其中Na+是最普遍的一種；陰離子的影響較小，但硫酸鹽對產甲烷菌抑制作用不可忽略。A.Rinzema等[3]提出ρNa+在0.23～0.35g/L時，產甲烷菌的活性最佳。當ρNa+>10～16g/L，甲烷的產生會被強烈抑制甚至中止。

Arjen R [4]對 UASB反應器中鹽度對硝化的影響進行了研究：在固定的pH（6.5～7.2）下，鹽度越高，乙酸硝化產生甲烷的量越少，即鹽度為5000mg/L、10000mg/L、14000mg/L時，甲烷生成量減少10%、50%、100%。

3.2 Cl-濃度對微生物活性的影響

高氯離子濃度對微生物有毒害作用。當Cl-濃度大于2000mg/L時，微生物的活性將受到抑止，COD去除率明顯下降；當Cl-濃度大于8000mg/L時，會造成污泥體積膨脹，水面泛出大量泡沫，微生物會相繼死亡。

3.3 鹽度對厭氧系統其他方面的影響

高鹽度會使水的密度增加， 導致污泥沉淀性能下降，造成污泥流失；高鹽度會影響出水濁度等方面的不良影響。

4 針對鹽度變化應采取措施

4.1 降低厭氧系統鹽度

這種方法改變了微生物生長環境，提高微生物活性，但存在投資高或運行成本高或設備易老化等現象。

①降低系統的入水鹽濃度。主要通過物理化學的方法直接降低入水鹽濃度，如電化學、蒸發-結晶、反滲透、超濾等方法。采用物化方法時有些工藝處理成本高，有些工藝處理效率低，且不能從本質上去除鹽分，會生成新的污染物；若之前沒有配套該處理工藝，需在原有工藝的基礎上，增添新設施，增加資金投入。還有一種最簡單的方法就是稀釋進水鹽度，這種方法易于操作和管理；但會增加處理規模、基建投資、運行費用，浪費水資源。②利用系統自身降低鹽濃度。當進入厭氧系統的高鹽廢水以Ca2+、Mg2+等易生成沉淀的金屬離子為主時，隨系統運轉，產生H2S、CO2，與這些金屬離子反應，生成硫化鹽、碳酸鹽沉淀，陰離子則有部分生成H2O和不溶化合物，降低鹽濃度。這種方法需要系統正常運轉，且處理效率高，會有大量氣體產生，對系統的控制要求比較嚴格。同時生成的固體沉淀會沉積在系統內，長時間累積會影響系統污泥活性，降低系統處理效率，且易對反應器及其他設備造成磨損，故需要經常排砂。

4.2 改變微生物適鹽性

這種方法只能利用適應一定鹽度的微生物來提高處理效率，但不能降低鹽度，鹽分還存留于系統中，易出現管道結垢、內部積砂、出水鹽度超標等現象。

①添加拮抗劑。拮抗作用是指一種毒物的毒害作用因另一種物質的存在或者增加而降低的情況。毒物的毒害作用隨著拮抗劑濃度的增加而減弱，并在最佳狀態后，隨拮抗劑濃度的進一步增加而毒害作用加強。研究表明鉀鹽可減少鈉鹽對微生物的毒害作用，對鈉鹽有拮抗作用。原因可能是Na+/K+反向轉運功能。如鹽桿菌具有吸收和濃縮K+并向胞外排放Na+的功能。K+作為一種相容性溶質，可以調節細胞內外滲透壓的平衡，其濃度高達7mol/L，以維持內外同樣的水活度。如嗜鹽厭氧菌、嗜鹽硫還原菌及嗜鹽古菌是通過細胞內積累高濃度K+來對抗胞外的高滲環境。如酵母中的Na+/K+反向載體可將多余的鹽分排出體外，提高酵母的耐鹽性。②馴化淡水微生物。淡水微生物進入一定濃度的含鹽環境內，會通過自身的滲透壓調節機制來保護細胞內的原生質，調節機制包括聚集低分子量物質形成新的胞外保護層、調節自身的代謝途徑、改變基因組成等，因此，活性污泥可以在一定鹽度范圍內通過馴化來處理含鹽廢水。通過污泥馴化可以擴大微生物耐鹽范圍，但其耐鹽范圍有限，且對系統進水的鹽度要求較高，不能忽高忽低，否則會導致微生物大量死亡。研究認為，鹽度小于20g/L時，可通過馴化微生物來處理廢水，但鹽度須逐步提高至系統的要求水平，突然的高鹽環境會導致馴化的失敗和啟動的延遲。馴化只是微生物為適應環境做出的暫時生理調整，不具遺傳性。③接種適鹽微生物。處理高鹽污水的一種有效的方法為接種或者基因固定化適鹽微生物，能處理超過3%的高鹽廢水，這是馴化法無法實現的。此法篩選出的能夠去除特定污染物的適鹽菌具有很高的專性降解能力，能大大提高處理效果。此法的缺點是啟動時間長，前期費用高。但是對高鹽廢水的生物處理是可行的。

5 案例分析

以某造紙廠污水處理厭氧系統（UASB）運行為依據，初步探討鹽度對厭氧系統處理效率的影響。

該造紙廠生產原料中夾帶大量鹽分，其中陽離子以鈣鎂為主，進入污水處理系統的生產廢水鹽度超過10000mg/L，經過預處理后進入UASB系統的鹽度還保持在10000mg/L左右，因為UASB系統進水鹽度過高，對微生物活性影響較大，系統處理效率保持在較低水平；且管道結垢嚴重，影響出水量，當進水量較大時，易造成厭氧系統溢水，給工藝調控帶來困擾。

經過UASB系統預處理工藝調控，將UASB系統進水鹽度大幅度降低，最終能夠保持在6000mg/L以下，系統經過恢復，處理效率也逐步提高，最終保持在85%的COD處理效率。

5月份數據顯示UASB系統進水鹽度在10000mg/L左右，COD處理效率在70%以下，5月下旬開始著手控制UASB系統進水全鹽量濃度，通過預處理段工藝調控，因水中鹽分以鈣鎂離子為主，預處理選擇投加相關化學藥劑將鈣鎂離子析出，通過沉淀和氣浮工藝將懸浮物去除，經過一個多月調試，最終能將UASB系統進水鹽度控制在6000mg/L左右，由圖表可以看出6、7月份UASB系統COD處理效率穩定上升，最終穩定在85%左右。

6 結論

高鹽度廢水對厭氧系統微生物活性影響較大，采用物化方式降低鹽度運行成本較高，不符合大多數生產型企業的利益要求；生化處理方式勢在必行，在未來的發展與創新過程中，應不斷優化與完善，為我國的污水處理工作提供充分保障。

【參考文獻】

【1】須藤隆一.微生物生態學[M].共立出版株式會社，1985.

【2】劉正.高濃度含鹽廢水生物處理技術[J].化工環保，2004，24（增刊）：209-211.

【3】 Rinzema A，van Lier J，Lettinga G. Sodium inhibition of acetoclastic methanogens in granular sludge from a UASB reactor [ J]. Enzyme Microb. Technol. ，1988，10（ 1）：24- 32.

【4】 Arjen Rinzema. Sodium inhibition of acetoclasetic methanogens in granular sludge from a UASB reactor[J].Enzyme and Miob Technol[J]. 1988，10（1）：24-32.