高盐度有机废水的活性污泥

A. 高盐废水处理方法及工艺

高盐废水处理是现阶段工业发展面临的重大环保问题。综合利用是解决高盐废水瓶颈的重要路径。高盐废水回用技术的应用是取得显著经济效益、环境效益和社会效益的重要保障。本文基于高盐废水处理现状及研究进展展开论述。
现阶段，规模化处理高盐废水仍然存在处理效率低、运行成本高的特点，还存在很多需要突破和解决的关键技术问题。例如，采用正渗透法处理高盐废水时，正渗透膜和汲取液等核心问题仍未很好解决；如何提高反渗透处理的水量，如何延长膜件的使用寿命，如何有效防止膜污染等问题仍需函待解决。
1、高盐废水简介
高盐废水指来源于生活污水和工业废水的总含盐量大于1%的排放废水，含有较高的如Cl-，SO42-，Na+，Ca2+等无机离子，也含有如甘油、中低碳链的有机物。由于其成分复杂多样，盐分高，对微生物生长具有较强的抑制作用，因此该废水处理技术难度远比普通污水处理要大得多。我国高盐废水产生数量在总废水中达5%，每年仍以2％的速率增长。因此，高盐废水处理在污水处理中有重要地位，是废水处理研究的重点，也是难点。目前研究和常用的高盐废水方法有蒸发法、电解法、膜分离法、焚烧法和生物法等。高盐废水是指以NaCl含量计算的总盐的质量分数大于等于1%的废水。这类废水除了含有有机污染物外，还含有钙、镁、钠、氯和硫酸根等大量可溶性无机盐离子，甚至含有放射性物质。
高盐废水主要来源以下几个途径：
（1）海水：通常来源于沿海城市工业用水过程中的排水或冷却循环水。
（2）工业生产：高盐废水主要来源印染、炼化、采油、制药和制盐等企业生产过程中产生的排水。
（3）含盐生活污水：主要来源于海水利用，将海水用于城市生活中的消防、冲洒道路、冲厕等不与人体直接接触的生活杂用水。
（4）含盐量高的地下水：有些地区的地下水中含盐量较高，总溶解性固体含量大，例如内蒙古河套部分地区、河北平原部分浅层地下水出现微咸水和咸水。
2、高盐废水处理技术应用现状及优缺点分析
2.1 高效蒸发技术
高盐水的高效蒸发技术一般是针对盐分含量在4万mg/L以上的高盐废水，对于盐含量在1%～4%的低浓度高盐水来说，高效蒸发技术具体来说主要有：多效蒸发技术、机械式蒸汽再压缩技术。多效蒸发技术指的是同时使用多个串联的蒸发，热的蒸汽依次通过几个蒸发，前一个蒸发的热蒸汽再进入后一个蒸发，逐级蒸发，有效利用热源，达到高盐废水除盐的目的。机械式蒸汽再压缩技术简称MVR技术，是一种借助蒸汽压缩机进行热源有效利用的工艺，通过蒸汽的再次压缩获得动力，并不断往复，以提高蒸汽的热利用效率。高效蒸发的技术可以成功分离废水中的盐分和水分，然后再分别进行处理，是比较彻底的处理高盐废水的方法，所以，目前这种技术在煤化工和医药、农药行业都有比较广泛的应用。但是对于盐水中的有机污染物含量过高的盐水，蒸发过程中非常容易产生泡沫造成冲料，同时还可能影响盐的品质，导致出盐夹带过多有机物，还需要继续处理。
2.2 生物法脱盐
此工艺主要利用的微生物氧化分解有机物。微生物能处理吸附有害的有机污染物，高盐废水通过它的降解后能够转化大量的有机物为无机物，废水通过净化而再次应用于工业领域，此工艺方法具有其他物理化学处理方法不同的优势，环保且安全性更强。微生物种类多种多样、面对各种污染废水的环境能够通过变异具有很强的适应性、且新陈代谢能力好，可以产生专一性的降解酶处理各类高盐废水，潜力较大。如生物接触氧化工艺有着抗毒、耐冲击、微生物较为稳定、具有很强的容积负荷性、能够保持污泥龄的优势，作为生物脱盐技术来说十分常用。比常规的活性污泥处理方法的水力停留时间更短。
例：两段式接触氧化工艺可以把废水的含无机盐浓度降低到2.5*104mg/L以下，能达到95%的COD去除率。厌氧技术及其改良工艺利用厌氧菌、硝化细菌、嗜盐菌等微生物对高盐废水特殊的环境适应性达到降低盐分的作用，他们能在高盐的水域环境中维持体内的低水活度，从而达到降低高盐废水COD的目的。据资料了解，若泥龄为18日左右，嗜盐菌在SBR反应容器中能够达到95%的COD处理率，高于61%的氨氮处理率。但目前我国对此方法的工艺技术还不完善，技术熟练度不高，但生物法脱盐的环保性，经济性将在未来高盐废水处理中拥有很好的前景。
2.3 膜处理技术
膜蒸馏是一种新型的水处理技术，其特点是无需加热加压，只需要在常温常压的条件下进行处理，其过滤材料是疏水微孔膜。采用膜蒸馏技术进行水处理时，利用被处理液体中所包含的易挥发性物质所挥发形成的气体，在处理膜两侧形成压力差，并透过处理膜，最终实现筛选分离的一种处理技术。与传统回收方法相比，该方法操作简单，一次性投资少，回收浓水的效率非常高。孙项城研究表明，膜蒸馏技术处理稳定，脱盐率高达99%。聂莹莹等选择中压反渗透、高压反渗透和超高压反渗透作为高浓盐水处理的核心工艺，并经美国陶氏ROSA软件计算，确定了中压反渗透、高压反渗透和超高压反渗透单元的结构和膜元件类型。最终确定“调节池+高效沉淀池+汽水反冲滤池+超滤+高压反渗透+DTRO+蒸发结晶”的处理工艺。采用此系统处理后，最终可将高浓盐水转化为回用水、污泥和盐泥，实现系统零排放，系统每吨水的处理成本为23.243元。美国哥伦比亚大学研发利用“反渗透+膜蒸馏（MD）”技术对浓盐水进行处理用以盐的回收利用，该方案现处于实验研究阶段，分别将NaCl溶液、合成海水、高盐水通过该工艺组合，表现出很好的稳定性，相对于传统技术而言，出盐品质很好，水的回收率可达到90%以上。波兰Marian Turek等人采用“电渗析（ED）+蒸发结晶”技术，该组合工艺相对于单一的蒸发浓缩和结晶，结晶出一吨盐的电耗从970kW·h降至500kW·h，节能效果明显，该处理系统在ED膜和蒸发结晶之前进行了预处理，投加氢氧化钙，去除部分硬度和硅，以利于ED膜更好的工作。
3、高盐有机废水未来处理技术展望
高盐有机废水处理主要存在物理化学法处理成本高，生物法占地面积大等因素制约，尤其是含盐量过高的高盐废水盐度严重影响了生物法在高盐度废水处理中的应用。因此未来高盐有机废水处理工艺研究，主要集中在高效快捷的高盐有机废水处理的生物反应器及其多种方法的组合工艺。机理研究主要集中在嗜盐菌的降盐机理和工艺条件。
4、 高盐废水处理工艺对比
目前，处理高盐废水的工艺有多效蒸发技术、生物法、SBR工艺、MBR工艺等。
4.1多效蒸发结晶技术
在工业含盐废水的处理过程中，工业含盐废水进入低温多效浓缩结晶装置，经过5-8效蒸发冷凝的浓缩结晶过程，分离为淡化水（淡化水可能含有微量低沸点有机物）和浓缩晶浆废液；无机盐和部分有机物可结晶分离出来，焚烧处理为无机盐废渣；不能结晶的有机物浓缩废液可采用滚筒蒸发器，形成固态废渣，焚烧处理；淡化水可返回生产系统替代软化水加以利用。
低温多效蒸发浓缩结晶系统不仅可以应用于化工生产的浓缩过程和结晶过程，还可以应用于工业含盐废水的蒸发浓缩结晶处理过程中。
多效蒸发流程只在第一效使用了蒸汽，故节约了蒸汽的需要量，有效地利用了二次蒸汽中的热量，降低了生产成本，提高了经济效益。
4.2生物法
生物处理是目前废水处理最常用的方法之一，它具有应用范围广、适应性强、经济高效无害等特点。
一般情况下，常用的生物法有传统活性污泥法和生物接触氧化法两种。
4.3传统活性污泥法
活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，目前是处理城市污水最广泛使用的方法。它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，同时也能去除一部分磷素和氮素。
活性污泥法去除率高，适用于处理水质要求高而水质比较稳定的废水。但是 不善于适应水质的变化，供氧不能得到充分利用；空气供应沿池水平均分布，造成前段氧量不足后段氧量过剩；曝气结构庞大，占地面积大。
4.4生物接触氧化法
生物接触氧化法是主要利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。
生物接触氧化法是一种浸没生物膜法，是生物滤池和曝气池的综合体，兼有活性污泥法和生物膜法的特点，在水处理过程中有很好的效果。
生物接触氧化法有较高的容积负荷，对冲击负荷有较强的适应能力；污泥生成量少，运行管理简便，操作简单，耗能低，经济高效；具有活性污泥法的优点，生物活性高，净化效果好，处理效率高，处理时间短，出水水质好而稳定；能分解其它生物处理难分解的物质，具有脱氧除磷的作用，可作为三级处理技术。

B. 高含盐废水处理方法

1、驯化处理：

在盐度小于2g/L条件下，可能通过驯化处理含盐污水。但是驯化盐度浓度必须逐渐提高，分阶段的将系统驯化到要求盐度水平。突然高盐环境会造成驯化的失败和启动的延迟。

2、稀释进水盐度：

既然高盐成为微生物的抑制和毒害剂，那么将进水进行稀释，使盐度低于毒域值，生物处理就不会收到抑制。这种方法简单，易于操作和管理；其缺点就是增加处理规模，增加基建投资，增加运行费用，浪费水资源。

3、蒸发浓缩除盐：

在盐度大于2g/L时，蒸发浓缩除盐是最经济也是最有效的可行办法。其它的方法如培养含盐菌等的方法都存在工业实践难以运行的问题。

4、生物方法：

许多研究表明，生物方法可以处理高含盐废水。但由低盐到高盐，微生物有一个适应期。从淡水环境到高盐环境时，由于盐的变化可能引起微生物代谢途径的改变，菌种选择的结果使适应高盐的菌种较少，只有当微生物经培养驯化后，才能产生适应高盐的菌种，以耐受一定的盐浓度。

(2)高盐度有机废水的活性污泥扩展阅读：

高含盐废水的生化处理：

高含盐废水生物处理流程的选择高含盐废水生物处理流程与普通生物处理流程基本一样,主要包括调节池、曝气池、二沉池、污泥回流、剩余污泥脱水、投加营养盐等。

（1）调节池。含盐废水调节池考虑的主要因素是废水盐浓度的变化,除生产波动周期、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,如低含盐水量的减少或过高含盐来水的冲击。

（2）曝气池。根据废水中含盐类型不同,曝气池选择也应有所不同。生物处理含CaCL2较高的废水,应采用传统曝气方式。钙离子能增加活性污泥的絮体强度,高CaCL2可使污泥中灰分达到40%～50%,污泥密度增加,曝气池中的污泥浓度可在5000mg/L以上。因此,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。

（3）二沉池。二沉池表面负荷应有一定的余量,主要是考虑废水密度增加,不利于污泥沉淀,尤其是含NaCl废水。处理水量较大时,特别是含CaCL2废水,最好采用周边传动式刮泥机,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）污泥脱水。由于含CaCL2废水生物处理的剩余污泥含钙盐多,有利于脱水,可不用加絮凝剂。经浓缩后的污泥浓度可大于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。

C. 高浓度有机废水处理的高盐废水一般处理工艺

高含盐废水生物处理高含盐废水生物处理流程的选择高含盐废水生物处理流程与普通生物处理流程基本一样,主要包括调节池、曝气池、二沉池、污泥回流、剩余污泥脱水、投加营养盐等。 (1)调节池。含盐废水调节池考虑的主要因素是废水盐浓度的变化,除生产波动周期、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,如低含盐水量的减少或过高含盐来水的冲击。 (2)曝气池。根据废水中含盐类型不同,曝气池选择也应有所不同。生物处理含CaCL2较高的废水,应采用传统曝气方式。钙离子能增加活性污泥的絮体强度,高CaCL2可使污泥中灰分达到40%～50%,污泥密度增加,曝气池中的污泥浓度可在5000mg/L以上。因此,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,防止曝气孔被无机盐堵塞,不利于曝气池的搅动。在水量小于1000m3条件下也可以采用射流曝气，射流曝气氧的传递效率高，而且不易堵塞曝气设备。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。高含盐情况下氧的传递速度增加对高污泥浓度有利,只要菌胶团不解体,即使产生丝状菌,污泥也不会上浮流失。含磷营养盐应注意投加位置,以免产生的磷酸钙盐沉淀不仅影响使用效果,而且产生结垢易堵塞管线。SBR工艺在用SBR工艺处理高盐废水时，由于SBR是瀑气，沉淀一体，所以在设计的时候要充分考虑到沉淀时间，尤其是在处理含高浓度的钠盐的废水，含钠盐的废水沉淀效果差，故沉淀时间应该相应延长，再就是在为了减少滗水器对沉淀的污泥的干扰，滗水的深度也应该相应减小。在处理盐度波动较大的废水的时候，仍然需要设置调节池。

D. 氯离子对有机污水处理中活性污泥的影响多大

(1)随着盐度的升高,活性污泥的生长受到影响。其生长曲线的变化表现在:适应期变长;对数增长期的生长速度变慢;减速生长期的历时变长。 (2)盐度加强了微生物的呼吸作用和细胞的溶胞作用。(3)盐度降低了有机物的可生物降解性和可降解程度。使有机物的去除率和降解速率下降。虽然延长曝气时间可以提高有机物的去除效率,但是超一定时间,随着曝气时间的增加有机物去除率的升高缓慢。就经济考虑,通过延长曝气时间来提高高盐有机物去除率的方法不可取。(4)无机盐使活性污泥的沉降性加强。随着盐度的增加,污泥指数下降。(5)处理高盐污水驯化活性污泥是处理系统取得成功的一个必要手段。活性污泥的驯化过程就是使微生物代谢方式逐渐适应高盐环境,并使耐盐菌大量繁殖的过程。

E. 高盐废水如何处理

高盐废水处理通常涉及多种方法，具体选择取决于废水的性质、处理要求和经济性。

高盐废水由于含有高浓度的盐分，对常规的生物处理法有抑制作用，因此不宜直接采用微生物处理。常见的处理方法包括物化法和特定条件下的生物法。

物化法处理高盐废水的主要手段有焚烧法、电解法和膜分离工艺。焚烧法适用于COD较高的废水，但能耗较高。电解法则利用氧化还原反应产生不溶于水的物质，通过沉淀降低废水中的COD含量。膜分离工艺，尤其是电渗析和反渗透技术，因其高效脱盐能力而被广泛应用。这些方法各有优缺点，如膜分离法虽产水水质好，但对进水要求高，且膜的污染和清洗是长期存在的问题。

生物法处理高盐废水的研究也在不断深入，尽管高浓度的盐类物质对微生物具有抑制作用，但通过筛选和驯化高耐盐菌种，可以实现一定程度的有机物降解。此外，生物膜工艺因其对高盐度废水的良好适应性而被认为是一种理想的处理方法。然而，生物法的应用仍受到废水水质和有机物含量的限制。

在实际应用中，往往需要将多种处理方法结合使用，以达到最佳的处理效果。例如，可以将电渗析作为反渗透的预处理步骤，以提高反渗透膜的使用寿命和脱盐效率；或者将活性污泥法与膜分离法结合，利用膜的高效分离能力弥补生物法在处理高盐废水时的不足。

综上所述，高盐废水的处理是一个复杂的过程，需要根据废水的具体性质和处理要求选择合适的处理方法。同时，随着技术的不断进步和成本的降低，未来将有更多高效、经济的高盐废水处理方案涌现。