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(jié)果表明，采用每次提高進(jìn)水鹽度1 g/L（以NaCl計(jì)）的逐步馴化方法，菌源A可建立能適應(yīng)鹽度8 g/L（以NaCl計(jì)）的高鹽微生物處理系統(tǒng)，出水COD值可達(dá)407 mg/L，處理效率達(dá)到83.7%，并對鹽度的增大表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(gòu)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(jìn)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(dǎo)致其產(chǎn)生不同的生化功能特性，同時(shí)微生物體系對高鹽環(huán)境的適應(yīng)性也存在差異，獲得高效耐鹽微生物處理體系具有關(guān)鍵性的作用。廢水生物處理反應(yīng)器的功能是由微生物代謝活動(dòng)和反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)共同控制實(shí)現(xiàn)的，而微生物的群落結(jié)構(gòu)（多樣性、種類、數(shù)量和分布）決定著其功能，反應(yīng)器的處理效果可以通過微生物的群落結(jié)構(gòu)得以反映[2]，我國對這方面的研究還很薄弱，尤其是關(guān)于高鹽度廢水生物處理中的微生物群落結(jié)構(gòu)分析報(bào)道較少。2004年Uygur等采用SBR工藝處理不同鹽度的人工配水，當(dāng)鹽度從0升高到6%，COD去除率從96%下降至32%；同時(shí)，鹽度的增加，破壞了活性污泥內(nèi)原有的群落結(jié)構(gòu)，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(dāng)NaCl濃度為45 g/L、COD容積負(fù)荷為1.6 kg/（m3·d）時(shí)，COD去除率達(dá)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(yīng)器的運(yùn)行情況，結(jié)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(shí)，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(diǎn)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(jìn)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(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用的反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，其有效容積為 163.5 L。內(nèi)設(shè)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(jìn)水—反應(yīng)—沉淀—排水—閑置”的連續(xù)式運(yùn)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(xiàng)指標(biāo)：COD為2～3 g/L，鹽度（以NaCl計(jì)）為5～8 g/L，pH值為6.3～7.6，水溫為25～30 ℃。

1.3試驗(yàn)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(yīng)器中分別接種菌源A與B，進(jìn)行馴化掛膜，形成對照；進(jìn)水pH值為7.0，有機(jī)負(fù)荷為0.35 kg/（m3·d），溫度25 ℃。運(yùn)行工況為開始進(jìn)水流速設(shè)置為20 mL/min，采用逐步提高進(jìn)水流速及進(jìn)水鹽度的方法進(jìn)行馴化啟動(dòng)，即接種污泥后，每個(gè)階段提高鹽度1 g/L（以NaCl計(jì)）直到預(yù)定的目標(biāo)鹽度 8 g/L（以NaCl計(jì)），進(jìn)水流速提高到65 mL/min，對每個(gè)馴化階段測試COD值，并考察其生物相。

2結(jié)果與分析

2.1馴化過程中2種菌源對出水COD及處理負(fù)荷的影響

試驗(yàn)中所設(shè)置的菌源A與菌源B污泥馴化過程中COD及處理負(fù)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(jié)果由圖1可知，當(dāng)鹽度為5 g/L、進(jìn)水流速控制在 20 mL/min 時(shí)，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(shí)間推移而逐漸變??；當(dāng)鹽度為6 g/L、進(jìn)水流速控制在40 mL/min時(shí)，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(jìn)入穩(wěn)定的馴化階段；當(dāng)鹽度為7 g/L、進(jìn)水流速控制在60 mL/min時(shí)，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(dāng)鹽度為8 g/L、進(jìn)水流速控制在65 mL/min時(shí)，隨著鹽度與進(jìn)水流速的不斷提升，此階段開始時(shí)2組污泥的出水COD值均有明顯增大的趨勢，表明此時(shí)的高鹽及高負(fù)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(yīng)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(gè)馴化階段中，在不同馴化條件下，每提高一個(gè)階段鹽度及進(jìn)水流速，初期均引起出水COD值的升高，隨著馴化時(shí)間延長，出水COD值逐漸降低直至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的水平，這可能是由于每提高一個(gè)鹽度，形成的新生態(tài)系統(tǒng)需要一個(gè)適應(yīng)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(jī)物的能力逐漸增強(qiáng)，出水水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)；整個(gè)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(yīng)期，在其他各個(gè)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(shí)間的延長，菌源A大量豐富的微生物不斷適應(yīng)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(shí)，出水COD值達(dá)到較好效果，出水COD值為407 mg/L，達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（≤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(gòu)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(fù)荷變化的影響由圖2可知，當(dāng)鹽度為5 g/L、進(jìn)水流速控制在 20 mL/min 時(shí)，菌源B的處理負(fù)荷整體高于菌源A，2組污泥的處理負(fù)荷在該階段內(nèi)呈現(xiàn)穩(wěn)定變化的趨勢；當(dāng)鹽度為 6 g/L、進(jìn)水流速控制在40 mL/min時(shí)，同樣可以看出，此階段2組污泥的COD處理負(fù)荷數(shù)值差異較?。划?dāng)鹽度為7 g/L、進(jìn)水流速控制在60 mL/min時(shí)，此階段的2組污泥處理負(fù)荷均較高，呈明顯的上升趨勢，并且菌源A的處理負(fù)荷能力強(qiáng)于菌源B；當(dāng)鹽度為8 g/L、進(jìn)水流速控制在65 mL/min時(shí)，污泥的處理負(fù)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(fù)荷達(dá)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(qiáng)，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(yīng)急預(yù)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(fù)荷變化一級氧化池的每個(gè)階段馴化條件均與二級氧化池相同，由圖3可知，在每個(gè)不同的馴化階段，一級氧化池的出水COD及處理負(fù)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(gè)馴化過程中菌源A的出水COD及處理負(fù)荷略好于菌源B，進(jìn)一步證實(shí)了對二級氧化池所獲得數(shù)據(jù)的可靠性與科學(xué)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(yàn)數(shù)據(jù)分析，在馴化過程中，當(dāng)鹽度小于 7 g/L 時(shí)，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(yīng)的變化范圍。當(dāng)鹽度大于7 g/L時(shí)，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(dòng)，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(gè)馴化階段，微生物菌群都會對自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以適應(yīng)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(shí)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(jié)果

生物相觀測結(jié)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(jìn)一步提高，鐘蟲逐漸減少，絲狀菌在鹽度為6 g/L時(shí)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(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的難度，而絲狀菌憑借比表面積大的特點(diǎn)，凸顯了其在對有機(jī)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(shí)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(gè)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(dāng)鹽度提高到8 g/L時(shí)，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(rèn)為高鹽條件下，微生物的種類和數(shù)量減少，使得有機(jī)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(jī)物增多、污染的生物指標(biāo)眼蟲，并且嗜鹽微生物增加，主要以桿菌為主，由于其動(dòng)能大，絮凝性差，影響到污泥的結(jié)構(gòu)，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(yīng)器中的微生物生態(tài)系統(tǒng)有較大的影響，可以認(rèn)為在鹽度變化時(shí)，微生物通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的相容性物質(zhì)來適應(yīng)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(yīng)高鹽條件的微生物生存下來并大量增殖，使有機(jī)物的去除率能逐漸提高。在高鹽條件下，中等嗜鹽菌在細(xì)胞壁積累Na+、K+等無機(jī)陽離子和氨基酸、甘油等有機(jī)化合物，從而增加了細(xì)胞的離子強(qiáng)度，以夠維持細(xì)胞的滲透壓。同時(shí)，鏡檢發(fā)現(xiàn)，隨著鹽度的提高，菌源A污泥的微生物適應(yīng)性及多樣性均好于菌源B污泥，可以認(rèn)為反應(yīng)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(yàn)結(jié)果表明，通過逐步提高反應(yīng)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(qiáng)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(gòu)建出適應(yīng)高鹽濃度環(huán)境的耐高鹽微生物系統(tǒng)。

3結(jié)論

采用逐步提高進(jìn)水流速及進(jìn)水鹽度的方法進(jìn)行馴化啟動(dòng)，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(biāo)鹽度為8 g/L（以NaCl計(jì)）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(shí)，出水COD達(dá)到較好效果，出水值為407 mg/L，處理效率達(dá)83.7%，處理負(fù)荷為1.14 kg/（m3·d），當(dāng)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(yīng)用到由于鹽度造成的突發(fā)性應(yīng)急處理中。鏡檢結(jié)果表明，隨著鹽度的提高，菌源A污泥的微生物適應(yīng)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(yīng)用到后續(xù)的高鹽廢水處理的研究中，其更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，具有良好的應(yīng)用前景。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.074