盐度对厌氧系统处理效果的影响

于保同+郭瑞莉+张金诚

【摘 要】低浓度盐对厌氧微生物生长有促进作用，高浓度盐对厌氧微生物有抑制作用，盐浓度过高易导致厌氧污泥活性降低，甚至会影响污泥中细菌间的平衡，最终导致厌氧系统失衡。

【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.

【关键词】盐度；厌氧；微生物；渗透压；抑制；COD

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

【中图分类号】X703.1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0194-03

1 引言

盐类在微生物生长过程中起着重要作用，尤其是维持膜平衡、调节渗透压和促进酶反应等方面。一般来说，低浓度盐对厌氧微生物生长有促进作用，高浓度盐对厌氧微生物有抑制作用。盐浓度过高易导致厌氧污泥活性降低，甚至破坏污泥中几大细菌间的平衡，最终导致厌氧系统失衡。

2 盐度对微生物的抑制原理

盐度对微生物的抑制原因主要归纳为[1]：①盐度过高时渗透压过高，微生物脱水引起细胞质壁分离；②高盐情况下的盐析作用导致脱氢酶活性降低；③高氯离子浓度对细菌有毒害作用；④高盐情况下会使水的密度增加，导致活性污泥上浮流失，微生物数量减少。含盐废水对污水处理系统中生物的毒害作用主要是通过升高的环境渗透压来破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，进而影响微生物的生理活动。随浓度升高盐度对微生物的影响可分为刺激作用、抑制作用和毒害作用三大类[2]，见图1。

①微生物在等渗透压（ρNaCl=5～8.5g/L）下，形态和大小不变，生长良好；②在低渗透压（ρNaCl≤0.1g/L）下，水分子大量渗入微生物体内，细胞发生膨胀甚至破裂，导致微生物死亡；③在高渗透压（ρNaCl≥200g/L）下，微生物体内水分子大量渗到体外，细胞发生质壁分离。

3 盐度对厌氧系统处理效率的影响

3.1 盐度对甲烷产量的影响

产甲烷菌活性会受到盐度的抑制，高浓度盐的抑制作用主要来自阳离子，其中Na+是最普遍的一种；阴离子的影响较小，但硫酸盐对产甲烷菌抑制作用不可忽略。A.Rinzema等[3]提出ρNa+在0.23～0.35g/L时，产甲烷菌的活性最佳。当ρNa+>10～16g/L，甲烷的产生会被强烈抑制甚至中止。

Arjen R [4]对 UASB反应器中盐度对硝化的影响进行了研究：在固定的pH（6.5～7.2）下，盐度越高，乙酸硝化产生甲烷的量越少，即盐度为5000mg/L、10000mg/L、14000mg/L时，甲烷生成量减少10%、50%、100%。

3.2 Cl-浓度对微生物活性的影响

高氯离子浓度对微生物有毒害作用。当Cl-浓度大于2000mg/L时，微生物的活性将受到抑止，COD去除率明显下降；当Cl-浓度大于8000mg/L时，会造成污泥体积膨胀，水面泛出大量泡沫，微生物会相继死亡。

3.3 盐度对厌氧系统其他方面的影响

高盐度会使水的密度增加， 导致污泥沉淀性能下降，造成污泥流失；高盐度会影响出水浊度等方面的不良影响。

4 针对盐度变化应采取措施

4.1 降低厌氧系统盐度

这种方法改变了微生物生长环境，提高微生物活性，但存在投资高或运行成本高或设备易老化等现象。

①降低系统的入水盐浓度。主要通过物理化学的方法直接降低入水盐浓度，如电化学、蒸发-结晶、反渗透、超滤等方法。采用物化方法时有些工艺处理成本高，有些工艺处理效率低，且不能从本质上去除盐分，会生成新的污染物；若之前没有配套该处理工艺，需在原有工艺的基础上，增添新设施，增加资金投入。还有一种最简单的方法就是稀释进水盐度，这种方法易于操作和管理；但会增加处理规模、基建投资、运行费用，浪费水资源。②利用系统自身降低盐浓度。当进入厌氧系统的高盐废水以Ca2+、Mg2+等易生成沉淀的金属离子为主时，随系统运转，产生H2S、CO2，与这些金属离子反应，生成硫化盐、碳酸盐沉淀，阴离子则有部分生成H2O和不溶化合物，降低盐浓度。这种方法需要系统正常运转，且处理效率高，会有大量气体产生，对系统的控制要求比较严格。同时生成的固体沉淀会沉积在系统内，长时间累积会影响系统污泥活性，降低系统处理效率，且易对反应器及其他设备造成磨损，故需要经常排砂。

4.2 改变微生物适盐性

这种方法只能利用适应一定盐度的微生物来提高处理效率，但不能降低盐度，盐分还存留于系统中，易出现管道结垢、内部积砂、出水盐度超标等现象。

①添加拮抗剂。拮抗作用是指一种毒物的毒害作用因另一种物质的存在或者增加而降低的情况。毒物的毒害作用随着拮抗剂浓度的增加而减弱，并在最佳状态后，随拮抗剂浓度的进一步增加而毒害作用加强。研究表明钾盐可减少钠盐对微生物的毒害作用，对钠盐有拮抗作用。原因可能是Na+/K+反向转运功能。如盐杆菌具有吸收和浓缩K+并向胞外排放Na+的功能。K+作为一种相容性溶质，可以调节细胞内外渗透压的平衡，其浓度高达7mol/L，以维持内外同样的水活度。如嗜盐厌氧菌、嗜盐硫还原菌及嗜盐古菌是通过细胞内积累高浓度K+來对抗胞外的高渗环境。如酵母中的Na+/K+反向载体可将多余的盐分排出体外，提高酵母的耐盐性。②驯化淡水微生物。淡水微生物进入一定浓度的含盐环境内，会通过自身的渗透压调节机制来保护细胞内的原生质，调节机制包括聚集低分子量物质形成新的胞外保护层、调节自身的代谢途径、改变基因组成等，因此，活性污泥可以在一定盐度范围内通过驯化来处理含盐废水。通过污泥驯化可以扩大微生物耐盐范围，但其耐盐范围有限，且对系统进水的盐度要求较高，不能忽高忽低，否则会导致微生物大量死亡。研究认为，盐度小于20g/L时，可通过驯化微生物来处理废水，但盐度须逐步提高至系统的要求水平，突然的高盐环境会导致驯化的失败和启动的延迟。驯化只是微生物为适应环境做出的暂时生理调整，不具遗传性。③接种适盐微生物。处理高盐污水的一种有效的方法为接种或者基因固定化适盐微生物，能处理超过3%的高盐废水，这是驯化法无法实现的。此法筛选出的能够去除特定污染物的适盐菌具有很高的专性降解能力，能大大提高处理效果。此法的缺点是启动时间长，前期费用高。但是对高盐废水的生物处理是可行的。

5 案例分析

以某造纸厂污水处理厌氧系统（UASB）运行为依据，初步探讨盐度对厌氧系统处理效率的影响。

该造纸厂生产原料中夹带大量盐分，其中阳离子以钙镁为主，进入污水处理系统的生产废水盐度超过10000mg/L，经过预处理后进入UASB系统的盐度还保持在10000mg/L左右，因为UASB系统进水盐度过高，对微生物活性影响较大，系统处理效率保持在较低水平；且管道结垢严重，影响出水量，当进水量较大时，易造成厌氧系统溢水，给工艺調控带来困扰。

经过UASB系统预处理工艺调控，将UASB系统进水盐度大幅度降低，最终能够保持在6000mg/L以下，系统经过恢复，处理效率也逐步提高，最终保持在85%的COD处理效率。

5月份数据显示UASB系统进水盐度在10000mg/L左右，COD处理效率在70%以下，5月下旬开始着手控制UASB系统进水全盐量浓度，通过预处理段工艺调控，因水中盐分以钙镁离子为主，预处理选择投加相关化学药剂将钙镁离子析出，通过沉淀和气浮工艺将悬浮物去除，经过一个多月调试，最终能将UASB系统进水盐度控制在6000mg/L左右，由图表可以看出6、7月份UASB系统COD处理效率稳定上升，最终稳定在85%左右。

6 结论

高盐度废水对厌氧系统微生物活性影响较大，采用物化方式降低盐度运行成本较高，不符合大多数生产型企业的利益要求；生化处理方式势在必行，在未来的发展与创新过程中，应不断优化与完善，为我国的污水处理工作提供充分保障。

【参考文献】

【1】须藤隆一.微生物生态学[M].共立出版株式会社，1985.

【2】刘正.高浓度含盐废水生物处理技术[J].化工环保，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.