高盐废水处理工艺研究进展探析
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作者:廖柳琳
摘要：本文主要阐述国内外高盐度废水常规的物理化学处理和生物处理方法，分析其优缺点和相关的影响因素，并进一步分析物理化学和生物法相结合的新型处理工艺，以及膜生物反应器在高盐废水处理中的应用研究。
关键词：高盐度;废水处理;嗜盐菌;膜处理;脱氮
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）10-00-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.038
Abstract：This paper mainly describes the conventional physicochemical treatment and biological treatment methods of high salinity wastewater at home and abroad， analyzes its advantages and disadvantages and related influencing factors.The further the new treatment process combining physical chemistry and biological methods is studied Simultaneously，the application of membrane bioreactor in the treatment of high-salt wastewater was studied.
Keywords：High salinity;Wastewater treatment;Halophilic bacteria;Film processing;Denitrification
高盐废水来源广泛，主要从来源于生产、生活中，如海水的利用导致了高盐度废水（至少1%以NaCl含量计））的排放[1]，工业生产中高硝酸盐工业、金属精炼和鱼罐头的生产、湿石灰-石膏脱硫制造、离子交换过程和垃圾填埋场渗滤液等过程都会产生高盐废水的排放[2]。由于高盐废水除了含有大量难以去除的各类污染物外，所含盐对微生物生长会产生抑制作用，因此普通生物处理存在一定困难。本文简要综述了高盐废水处理方法、盐度对废水去除效率的影响、嗜盐菌在盐废水处理中的作用以及膜处理等改良合成的新方法在盐废水中的应用。
1 高盐废水处理工艺
1.1 物理化学法
物理化学法就是通过物理过程、化学反应，使高盐废水中有机、无机以及难分解污染物从水中去除的一类方法。在工业生产上产生的高盐废水主要通过吸附、离子交换、膜蒸馏、焚烧工艺、蒸发浓缩-冷结晶等工艺技术来处理高盐废水。但由于工业排放的高盐废水成分复杂，处理难度较大，并且物理化学法处理成本较高，目前研究人员主要通过以物理法结合微生物的分解作用来降解高盐废水中的污染物质。Dong[3]为了实现水的回收，采用电渗析与微生物脱盐电池组合的方法，将其作为含铜高盐废水的净化处理方法，最后的铜浓度达到了中国电镀标准，脱盐效率为（30.4±2.6）%。物理化学法在处理高盐废水时会导致一些问题，比如用反渗透法或离子交换法在生物处理之前将盐从废水中去除费高，运行难度大，还会有二次污染现象。因此，这些技术只能在特定的研究条件下应用，不能普遍大规模的处理盐废水[4]。
1.2 生物法
生物处理工艺被广泛应用于污水处理，同样也被广泛应用于高盐废水处理，与物理化学法相比，生物法处理高盐废水处理效率高、成本较低，可以避免二次污染，还能处理高盐废水中复杂的污染成分。高盐废水的有效生物处理需要考虑到盐和有机毒性。Tomei [5]处理含钠和二甲基苯酚的合成盐水，有机污染物仅在5h的反应后降解了90%。使用生物法处理高盐废水是可行且效率较高，但是使用生物法处理高盐废水还得考虑盐度等影响因素。
1.2.1 盐度对污染物质去除效率的影响
由于盐对微生物菌群的不利影响，高盐废水中高浓度的盐会导致细胞活性降低，进而影响COD、TN、TP的去除效率。Kargi [6]为了定量分析盐在生物处理中的不良作用，对含盐废水进行了处理，结果表明了盐度的增加冲击了污染物质的去除效果，在好氧环境下，随着含盐量的增加，COD、TN和TP的去除效率明显降低[7]。张明生[8]等采用生物接触氧化法处理高含盐废水，研究表明高盐会抑制微生物的活性，但是低盐度则会促进生物活性，以至于可以提高废水处理效率。Boopathy[9]采用SBR工艺处理高盐废水，通过在好氧、缺氧模式下连续工作，实现了硝化和反硝化，同时也消除了碳，盐度会影响处理效率，但是由于不同运行方式有不同的盐度适应值。Li[10]等研究表明盐度对几种生物处理法的影响，研究表明盐度在4%以下，驯化后微生物能较好的处理高盐废水，当盐度>4%，需要筛选出能耐高盐度环境的嗜盐菌处理。
1.2.2 嗜盐菌属对高盐废水处理的影响
从高盐废水处理的相关文献可知，可利用嗜盐微生物在高盐度的环境下生存的特性处理高盐废水。Chen[11]成功驯化了耐盐微生物群落，通过异养硝化反应处理高盐和高氮有机废水， COD、NH4+-N和TN的去除效率分别达到97%、99%和98%。Miao[12]通过凝胶电泳分析表明，通過异养硝化有氧脱氮作用可以实现同步脱氮，而关键微生物主要是黄体菌、黄藻，在膨胀的颗粒污泥床反应器处理高硝酸盐废水中，实验结果显示卤虫和卤化菌对反硝化作用有很大的贡献[12]。在2000年，Kargi [8]采用活性污泥法处理高盐废水，在生物处理过程中加入了卤水杆菌，嗜盐菌的添加大大提高了COD去除率。Abou-Elela[13]发现在低钠浓度情况下，使用不同微生物培养液处理高盐废水，化学需氧量（COD）的去除效率几乎相同（80%～90%），然而，添加木糖醇溶菌剂可提高到了93.4%。在生物处理过程中，盐类细菌能在高浓度的盐废水中保持活性，驯化筛选此类嗜盐菌是处理高盐废水的关键[14]。 1.2.3 鹽对污泥中微生物的影响
污水的生物处理主要是利用污泥中微生物的作用来去除污染物质，盐对微生物的生长具有重要的作用，它能促进酶的反应，维持细胞膜的平衡和细胞渗透压的调节。Wu[15]等采用两个SBR反应池处理高盐废水，研究结果表明随着含盐量的增加，微生物的多样性减少了，微生物群落结构也受到了盐度的影响。Ramos C[16]模拟工业高盐废水研究表明，浓度为29.0g/L的废水中有氧颗粒的形态发生了变化，完全丧失了颗粒状形态，形成新的有氧颗粒。Zhang研究表明，以甲烷杆菌为例的营养型甲烷菌可以耐受85g/L的盐度，而乙硫代甲烷菌、甲氧沙酮和甲氧基菌则在超过65g/L的盐度中受到严重的抑制[17]。Zhou G[18]用聚乙烯化合物改良的石墨烯醇作为微生物载体以提高高盐废水的处理，PVA材料具有层状结构，具有较高的表面积，以支持细菌生长和高盐细菌的耐盐性。Jackson[19]评估了海水入侵和营养富集对微生物群落的影响，研究表明暴露在高盐度的环境下会降低微生物的功能。Cortés[20]研究了盐低盐度和高盐度的条件下，蛋白质杆菌被发现是占主导地位的细菌，随着盐度的增加，细菌的多样性降低。
1.3 复合工艺处理高盐废水
目前，一般的化学物理方法难以处理高盐废水，生物处理方法又要从活性污泥的驯化，嗜盐菌的培养等方法进行研究。因此新改良合成的高盐废水处理新方法将成为此类废水处理的导向。考虑到高导电性废水可以增强电极的反应，加速分解厌氧消化过程中挥发性脂肪酸的分解，有助于高盐废水的处理，Zhang[21]将厌氧反应器增加两个电极，盐浓度高达50g/L时，COD去除率保持在93%，而在没有添加电极的无氧反应堆中，COD的去除则减少到53%。Kim Y[22]也提出了一种新的生物电化学系统，用于同时去除盐分和有机物。在这一过程中，产生的电势和使用两个离子交换膜可以将废水中盐分去除，达到了72%～94%的化学需氧量去除。除了这种外加电极与生物反应器结合的方法处理高盐废水，微生物燃料电池也广泛应用到高盐废水的处理中。You[23]开发一种持续运作的微生物燃料电池（MFC）为研究对象，并结合改进的无氧/氧（A/O）结构（A/O-MFC）进行发电和同时处理，结果显示提高水力停留时间可提高可溶性化学需氧量和生物硝化的能力。微生物燃料电池（MFCs）在生物修复领域得到应用，但是良好的电化学和降解性能需要保持在一个盐度为1.5%的水平，但随着盐度提高到2.5%其性能下降了35倍[24]。
1.4 膜生物反应器处理高盐废水
膜生物反应器来处理高盐废水是一种新型、有效的处理新技术，应用前景非常广泛，近年来随着膜生物反应器材料的稳定性和处理效率的提高，越来越多被运用于高盐化废水的处理[25]。研究人员以含高盐RO浓水为工质进行膜蒸馏实验，实验结果表明，膜通量随真空度上升而提高，循环水温度也能促进膜通量的提升，增大膜面流速能减缓膜污染，对盐的截留率保持在99.9%以上[26]。Artiga使用一种混合膜生物反应器来处理鱼罐头工厂的盐废水。结果显示COD的去除效率受盐度的影响，但是污泥对盐度的适应之后，获得了92%的COD去除效率[27]。Mannina研究了一种连续的膜生物反应器，分析了盐度逐步提高对碳和养分去除、膜污染和生物活性的影响，整个实验过程中，总COD的去除效率相当高（93%）[28]。Mannina在膜生物反应器中进行被碳氢化合物（柴油）污染的含盐废水的处理，结果表明，该方法处理盐废水不受废水特性的严重影响，相反的，呼吸测试表明，由于自养生物的作用，硝化反应受到盐度的影响[29]。
2 展望
目前，处理高盐废水的化学和物理技术的处理方法存在成本高及二次污染问题，而生物处理尤其是活性污泥处理经济效益较好，可以避免二次污染，但是盐度的增加，必然会导致污染物质去除效率的降低，只能通过筛选驯化嗜盐菌来保证污水去除效率。
如何利用嗜盐菌的去除机理，并结合合适的工艺处理实际的高盐废水，尤其是利用膜处理技术以及改良合成的新技术，耐盐菌株特别是嗜盐菌的筛选还需要进一步研究和探讨。
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收稿日期：2019-05-13
作者简介：廖柳林（1988-），女，汉族，本科学历，助理工程师，研究方向为环境监测与废水处理。
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