高盐榨菜腌制废水处理的微生物系统构建研究 5页

第23卷
第15期中国给水排水Vo.l23No.15
























2007年8月CHINAWATER&WASTEWATERAug.2007高盐榨菜腌制废水处理的微生物系统构建研究周
健,
吴绮桃,
龙腾锐,
王夏敏(重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045)

摘
要:
针对高盐榨菜腌制废水生物处理过程中微生物系统难于构建的问题,研究了采用逐步驯化法构建高盐微生物处理系统的可行性及投加甜菜碱对高盐条件下生物脱氮系统建立的影响。试验结果表明:采用每次提高进水盐度为0.5%(以NaCl计)的逐步驯化方法,可建立能适应盐度为7%(以NaCl计)的高盐微生物处理系统,优势菌群为杆状嗜盐菌;在温度为25
、DO为53mg/L、有机负荷为1.0kgCOD/(m
d)时,反应器对COD的去除率达到了97.4%;投加甜菜碱对高盐环境下硝化菌及反硝化菌的培养具有促进作用,缩短了生物硝化及反硝化系统的构建时间。

关键词:
榨菜废水;
高盐;
微生物系统构建;
逐步驯化法中图分类号:X703.1

文献标识码:A

文章编号:1000-4602(2007)15-0017-05EstablishmentofMicrobiologicalSystemforTreatmentofMustardTuberWastewaterwithHighSalinityZHOUJian,
WUQi
tao,
LONGTeng
ru,i
WANGXia
min(MOEKeyLaboratoryofThreeGorgesReservoirRegion
sEco
Environment,ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)

Abstract:
Inordertosolvethedifficultproblemsintheestablishmentofmicrobiologicalsystemduringthetreatmentofhigh
salinitymustardtuberwastewater,thefeasibilityofestablishinghigh
salinitymicrobiologicaltreatmentsystembyprogressivedomesticationmethodandtheeffectofbetaineadditionontheestablishmentofbiologicalnitrogenremovalsystemunderhigh
salinityconditionwereinvestigated.Theresultshowsthatundertheprogressivedomesticationprocess,inwhichinflowsalinityisperiodicallyincreasedby0.5%(calculatedasNaCl),ahigh
salinitymicrobiologicaltreatmentsystemcanbeestab
lishedtoenduresalinitylevelof7%(calculatedasNaCl),andthepredominantmicroorganismsarethebacilliformhalophiles.Underthetemperatureof25
,theDOof5mg/Landtheorganicloadingof1.03kgCOD/(m
d),theCODremovalratereaches97.4%.Furthermore,theadditionofbetainecanac
celeratethecultivationofnitrobacteriaanddenitrifyingbacteriainhigh
salinityenvironmentandshortenthetimeofformingbiologicalnitrificationanddenitrificationsystemsunderhigh
salinitycondition.

Keywords:
mustardtuberwastewater;
highsalinity;
establishmentofmicrobiologicalsystem;progressivedomesticationprocess

含盐废水生物处理的难点是如何构建其微生物方面,而有关高盐条件下生物脱氮系统构建的报道系统,对此,目前的研究主要集中在低盐度废水处理则较少。杨健等在盐度为3.4%(以NaCl计,下同)

基金项目:重庆科委攻关项目(7986)
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中国给水排水











www.watergasheat.com[1]的条件下驯化出了以菌胶团为主的活性污泥,当周期包括进水、反应、排水、闲置等工序。负荷为1.0kgCOD/(kgVSS
d)时,其具有良好的1
2
试验水质吸附降解性能,对COD和BOD5的去除率分别可达试验用水为涪陵榨菜厂的腌制出水,其水质见90%和93%。何健等比较了高盐和低盐条件下的表1。[2]污泥驯化过程,结果表明以盐分作为选择渗透压表1
试验水质力可以驯化出在盐度为4.3%的环境中具有高降解Tab.1
Qualityofwastewaterinexperiment活性的耐盐污泥;与低盐(2.4%)驯化相比,其驯化BOD/+COD/5NH4-N/TN/项目盐度/%(mg
(mg
(mg
(mg
期长24d。An等采用两段生物接触氧化法处理盐L-1)L-1)-1L-1)[3]L)度分别为2.5%和3.4%的有机废水,经过驯化后数值0.5~72500150065180对BOD5的去除率可达90%。CharlesGlass在研究高1
3
试验方法盐、高氮废水脱氮时发现,污泥经驯化后能够在盐度1
3
1
微生物处理系统的构建研究为7.7%的条件下进行反硝化,且脱氮率随盐度的[4]在SBBR中接种城镇污水厂的污泥进行挂膜,增加而减小,而未驯化的污泥不能进行反硝化。运行条件:进水pH值为7.0,有机负荷为1.0笔者针对榨菜腌制废水(盐度高达7%)生物处3kgCOD/(m
d),DO为5mg/L,温度为25
,泥龄理系统难于构建的问题,探讨了采用逐步驯化法构约45d;运行工况:进水(0.2h)
曝气(11h)
排建高盐微生物处理系统的可行性及投加甜菜碱对生水和闲置(0.8h)。采用逐步提高进水盐度的方法物脱氮系统建立的影响,以期为高盐榨菜腌制废水进行驯化启动,即一个阶段结束后,提高盐度的生物处理奠定基础。(0.5%)进入下一个阶段,如此直到7%的目标盐1
试验材料及方法度,期间测定COD并观察生物相。1
1
试验装置1
3
2
投加甜菜碱试验试验所用SBBR装置见图1。采用5组成功驯化到7%盐度的反应器进行平行试验,将各反应器投加的甜菜碱浓度分别控制在0、0.1、0.5、1.0、1.5mmol/L,进水pH值为7.0,有3机负荷为0.05kgCOD/(m
d),氮负荷为0.083kg/(m
d),DO为5mg/L左右,温度为25
,泥龄约为45d;运行工况为:进水(0.2h)
曝气+(11h)
排水和闲置(0.8h),定期测定NH4-N、--NO2-N及NO3-N,考察投加甜菜碱对高盐条件图1
SBBR试验装置下硝化及反硝化菌培养驯化的影响。Fig.1
SchematicdiagramofSBBRprocess2
结果与讨论

SBBR反应器的有效容积为7L,内设半软性填2
1
微生物处理系统的构建料,挂膜密度为30%;采用充氧泵经砂头曝气,每个驯化过程中COD浓度的逐日变化见图2。图2
驯化过程中COD浓度的逐日变化Fig.2
DailyvariationofCODconcentrationduringdomestication
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健,等:高盐榨菜腌制废水处理的微生物系统构建研究第23卷
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由图2可知,当盐度为(0~1.5%)、(2%~渐减少,在盐度为4%时已观察不到;漫游虫在盐度3%)、(3.5%~4.5%)、(5%~5.5%)、(6%~为2%~3.5%时大量存在,但当盐度提高到4%时6.5%)、7%时,各阶段的驯化时间分别为5、7、14、其完全消失;丝状菌在盐度为1%~2.5%时大量存21、14和21d,对应的COD去除率分别为95%、在,随着盐度的提高则逐渐消失。分析认为由于榨[5](89%~93.2%)、(85.5%~94.8%)、(81.2%~菜废水中溶解性BOD5所占比例高,因而容易诱83.9%)、(82.0%~87.0%)、97.4%。驯化过程发丝状菌的异常繁殖。另一方面,随着渗透压的增中,每提高一次盐度后,初期的出水COD浓度均大加,水相中的基质达到细胞内的难度增大,而丝状菌幅度升高,随着驯化时间的延长,其出水浓度逐渐降的比表面积大,在对基质的竞争中有一定的优势,因低直至稳定在一个较低的水平,而COD的去除率则而在一定盐度范围内丝状菌能够大量繁殖。但丝状逐渐升高。这是由于提高盐度后,建立新的生态系菌耐受盐度的能力有限,故当盐度升高到一定程度统需要一个过程,随着新的生态系统的建立和优势时其会完全消失。纤毛虫在整个驯化过程中始终存菌的逐步稳定,系统对盐度的承受能力不断提高,去在,表现出良好的耐盐能力。杆状和球形嗜盐菌在除有机物的能力也逐渐增强。在驯化终期,出水盐度为5.5%时开始出现,随着盐度的增加则其数COD为62mg/L,达到了污水综合排放一级标准。量逐渐增多,而榨菜腌制废水中也存在少量这种细这表明,采用逐步提高盐度的驯化方法,能够成功地菌,故推断杆状和球形嗜盐菌的种源来自榨菜腌制构建耐盐微生物处理系统。废水,并在反应器中大量生长。此外,当盐度提高到对生物相的观察结果见表2。5.5%以上时污泥絮体变得松散,出水浑浊,分析原表2
驯化前、后生物相观察结果比较因是:高盐条件下,微生物的种类和数量减少,而嗜Tab.2
Comparisonofbiofaciesbeforeandafter盐微生物的数量增加(以杆菌为主),其动能大,絮domestication凝性差,导致出水浑浊。盐度/%生物相观察结果在0~6%的盐度范围内,盐度的升高对反应器0生物相丰富,有大量钟虫,污泥絮体较密实中的微生态系统有较大的影响,尤其是当盐度>5%0.5钟虫和累枝虫:数量较少;纤毛虫:数量多,活跃时,反应器中只有少量的纤毛虫及嗜盐菌,对应的驯1纤毛虫:数量多,活跃;丝状菌:数量多化时间也比低盐度的长,因此可以认为随着盐度的纤毛虫:数量多,活跃;钟虫和累枝虫:数量少;1.5丝状菌:数量多升高,微生物的调渗能力降低,非耐盐微生物死亡,2漫游虫:数量极多;丝状菌:数量极多而能适应的微生物生存下来并增殖,耐盐及嗜盐微漫游虫:数量极多;纤毛虫:活动慢;丝状菌:数生物的数量逐渐增加,其通过调节体内的相容性物2.5量极多;钟虫:数量少质来适应外界渗透压的变化,使有机物的去除率逐漫游虫:数量很多;纤毛虫:活动较慢;丝状菌:3渐增加。盐度为6%~6.5%时的驯化时间比5%和数量少;钟虫:数量少5.5%的短,这是因为当盐度提高到6%以上后,出漫游虫:很多;纤毛虫:数量多,活动慢;丝状菌:3.5数量少;钟虫:数量少现了以盐度为生存必要条件的中度嗜盐杆菌和球4纤毛虫:多、大、活动慢,污泥絮体松散菌。在高盐条件下,中度嗜盐菌在细胞壁积累无机++4.5纤毛虫:数量较多阳离子(Na、K)和有机化合物(氨基酸、甘油等),5纤毛虫的数量较少,污泥絮体松散这增加了细胞的离子强度,能够维持细胞的渗透压。5.5有少量纤毛虫和杆状嗜盐菌同时镜检还发现,随着盐度从6%提高到7%,中度有纤毛虫(数量少)、杆状嗜盐菌(数量较少)、圆6嗜盐菌的数量明显增加,因而可以认为7%的盐度形嗜盐菌(数量少),污泥絮体小、松散更有利于嗜盐菌的生长繁殖。有纤毛虫(数量少)、杆状嗜盐菌(数量较多)、圆6.5形嗜盐菌(数量少),污泥絮体小、松散综上所述,通过逐步提高反应器中的盐度,可以有纤毛虫(数量少)、杆状嗜盐菌(数量多)、圆形把污泥中的非耐盐微生物淘汰,使耐盐能力较强的7嗜盐菌,污泥絮体小、松散菌群得到增殖,并且随着盐度的逐渐增加,可使以盐

镜检结果表明,接种污泥中所含微生物种类丰度为生存必要条件的嗜盐菌成为优势菌种,逐步构富,以钟虫为优势物种。随着盐度的提高,则钟虫逐建出能适应高盐度环境的微生物处理系统。
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投加甜菜碱对建立生物脱氮系统的影响碱的反应器比未投加甜菜碱反应器的驯化时间缩短投加甜菜碱对构建高盐生物脱氮系统的影响如了近10d。在7%的盐度条件下,随着驯化时间的图3~5所示。增加则耐盐硝化菌的生态优势逐步建立,各反应器中均发生了硝化反应,硝化效能逐日提高。在驯化的初始阶段,投加甜菜碱对硝化效能的影响较大,即-其投加量越大则亚硝化及硝化速率越快,NO2-N-及NO3-N浓度越高,说明投加甜菜碱对耐盐硝化菌微生态系统的构建有明显的促进作用。分析原因是:甜菜碱本身不带电荷,且在水中的溶解性好,因[6]而在细胞内的高浓度积累对微生物的影响较小,在驯化初期,硝化菌可从环境中直接吸收甜菜碱来+增强其抗盐能力,投加甜菜碱较多的反应器,其硝化图3
投加甜菜碱对去除NH4-N的影响菌体内积累的甜菜碱也多,有助之适应高盐环境,促+Fig.3
EffectofdosingbetaineonNH4-Nremoval进其增殖。另一方面,随着污泥驯化时间的延长,投加与未投加甜菜碱的反应器硝化能力的差异逐渐缩小,这是因为,随着驯化时间的延长,耐盐和嗜盐硝化菌的数量逐步增加,嗜盐硝化菌通过自身将外源性物质合成渗透保护剂以适应高盐环境,使反应器的硝化效能逐日提高。由图4还可知,驯化7d后投加甜菜碱的反应器在表现出良好硝化能力的同时,还表现出较强的同步反硝化能力,这是因为在SBBR反应器的生物-图4
投加甜菜碱对去除NO2-N的影响膜中形成了良好的好氧、缺氧微环境,有利于同步硝-化反硝化菌的生长;另一方面,投加甜菜碱对反硝化Fig.4
EffectofdosingbetaineonNO2-Nremoval微生态系统的建立有促进作用。随着驯化时间的增加,反应器的反硝化能力逐渐增强;对于未投加甜菜碱的反应器,其耐盐反硝化菌的数量增加较慢,需要较长的驯化时间。3
结论①
采用每次提高进水盐度为0.5%的逐步驯化方法,建立了能适应盐度为7%的高盐微生物处理系统,优势菌群为杆状嗜盐菌;在温度为25
、3DO为5mg/L、有机负荷为1.0kgCOD/(m
d)时,-图5
投加甜菜碱对去除NO-N的影响3反应器对COD的去除率达到了97.4%。-Fig.5
EffectofdosingbetaineonNO3-Nremoval②
投加甜菜碱对高盐环境下硝化菌及反硝化

由图3~5可知,随着驯化时间的增加,各反应菌的培养有促进作用,缩短了生物硝化及反硝化系+器出水中的NH4-N浓度,从初始的76.5~78.5统的构建时间。-mg/L下降到17.7~22.6mg/L;出水NO2-N浓度则是先逐渐升高再下降,最高可达29.1mg/L;出水参考文献:-NO3-N浓度逐渐增加,从初始的2.3~3.0mg/L[1]
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nwww.watergasheat.com黄翔峰,等:生物破乳剂对油田采出水处理系统的影响第23卷
第15期生物破乳剂较化学破乳剂具有优势,主要体现在其[5]
NadarajahN,SinghA,WardOP.Evaluationofamixed能够大幅削减COD,有利于解决使用化学破乳剂时bacterialcultureforde
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