氯離子對污水處理中細菌的影響及對策
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隨著水處理行業(yè)的繁榮，技術(shù)創(chuàng)新帶來了更多元化的污水過濾和凈化解決方案。廢水生物處置就是其中之一，但是要警惕高濃度氯離子產(chǎn)生的負面效應(yīng)。本文詳解氯離子對污水處理中細菌的影響及對策。
氯離子影響機理
高濃度氯離子對廢水生物處理的毒害作用主要是通過升高的環(huán)境滲透壓而破壞微生物的細胞膜和菌體內(nèi)的酶，從而破壞微生物的生理活動。
微生物在等滲透壓下生長良好，如微生物在質(zhì)量為5——8.5g/L的NaC1溶液中；在低滲透壓(p(NaC1)=0.1g/L)下，溶液水分子大量滲入微生物體內(nèi)，使微生物細胞發(fā)生膨脹，嚴重者破裂，導(dǎo)致微生物死亡；在高滲透壓,(p(NaC1)=200g/L)下，微生物體內(nèi)水分子大量滲到體外(即：脫水)，使細胞發(fā)生質(zhì)壁分離。
微生物的單位結(jié)構(gòu)是細胞，細胞壁相當于半滲透膜，在氯離子濃度小于等于2000mg/L時，細胞壁可承受的滲透壓為0.5-1.0大氣壓，即使加上細胞壁和細胞質(zhì)膜有一定的堅韌性和彈性，細胞壁可承受的滲透壓也不會大于5-6大氣壓。
但當水溶液中的氯離子濃度在5000mg/L以上時，滲透壓大約將增大至10-30大氣壓，在這樣大的滲透壓下，微生物體內(nèi)的水分子會大量滲透到體外溶液中，造成細胞失水而發(fā)生質(zhì)壁分離，嚴重者微生物死亡。工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明：當廢水中的氯離濃度大于2000mg/L時，微生物的活性將受到抑止，COD去除率會明顯下降；當廢水中的氯離子濃度大于8000mg/L時，會造成污泥體積膨脹，水面泛出大量泡沫，微生物會相繼死亡。
抑制污泥活性的表現(xiàn)
當生化系統(tǒng)氯離子濃度大幅度突變時，污泥的碳化性能和硝化性能會很快減弱甚至消失，導(dǎo)致COD去除率明顯下降，硝化過程亞硝酸鹽累積，即使提高污水中的溶解氧，效果不明顯。也就是說，活性污泥對氯離子濃度具有一定的容忍性，當氯離子濃度超過一定值時，系統(tǒng)降解能力下降，直至系統(tǒng)失去處理能力。
氯離子突然變化比氯離子逐漸變化對系統(tǒng)的干擾更大。隨著氯離子的升高，有機物降解速率下降，因此低F/M(養(yǎng)料與活性污泥在質(zhì)量上的比值)更適合含氯離子廢水的處理。
氯離子改變污泥中微生物的組成，改變了污泥的沉淀性和出水SS，導(dǎo)致污泥流失嚴重，活性污泥的濃度下降，污泥指數(shù)升高，30分鐘沉降率下降。
活性污泥鏡檢結(jié)果來看，低鹽度時顯示其中生物相比較豐富，絲狀細菌、菌膠團、原生動物種類繁多，活性污泥顆粒很大，菌膠團呈封閉狀，絮凝體具有一定的緊密度。隨著來水氯離子濃度的升高，當氯離子突變由原來的150mg/L增至1000mg/L時，絲狀菌及原生動物基本不存在，而菌膠團變得更為密實，此時絮體變得細小，異常緊密。污水中有機物的降解主要靠污水中大量微生物的共同作用完成，氯離子增加導(dǎo)致活性污泥中微生物中屬數(shù)量減少，從而使有機物降解速率下降。
如何消除氯離子的影響？
1、活性污泥的馴化
通過逐步提高生化進水氯離子含量，微生物會通過自身的滲透壓調(diào)節(jié)機制來平衡細胞內(nèi)的滲透壓或保護細胞內(nèi)的原生質(zhì)，這些調(diào)節(jié)機制包括聚集低分子量物質(zhì)來形成新的胞外保護層，調(diào)節(jié)自身的代謝途徑，改變基因組成等。
因此，正常活性污泥可以在一定氯離子度范圍內(nèi)通過一定時間的馴化處理高氯離子廢水，雖然活性污泥通過馴化可以提高系統(tǒng)耐氯離子范圍，提高系統(tǒng)的處理效率，但是，馴化活性污泥中的微生物對氯離子的耐受范圍有限，而且對環(huán)境的變化敏感。當氯離子環(huán)境突然變化時，微生物的適應(yīng)性會立刻消失.馴化只是微生物適應(yīng)環(huán)境的暫時生理調(diào)整，不具有遺傳特性。這種適應(yīng)性的敏感對污水處理的很不利。
活性污泥的馴化時間一般為7-10d，馴化可提高污泥微生物對鹽濃度的耐受程度，馴化初期活性污泥濃度減少，是由于鹽溶液的增加對微生物產(chǎn)生毒害，使部分微生物死亡，表現(xiàn)為負增長，在馴化后期適應(yīng)了改環(huán)境的微生物開始繁殖，故活性污泥濃度增多。以1.5%、2.5%的氯化鈉溶液中活性污泥對COD的去除情況為例，馴化初期與馴化后期COD去除率分別為：60%、80%和40%、60%。
2、稀釋高氯離子濃度的廢水
為降低進生化系統(tǒng)氯離子的濃度，可將進水進行稀釋，使氯離子低于毒域值，生物處理就不會受到抑制。它的優(yōu)點是方法簡單，易于操作和管理；缺點是增加了處理規(guī)模、基建投資和運行費用。針對洋里污水廠而言，由于進水量大且連續(xù)運行，即使通過在線儀表測得某一時間氯離子濃度高，但進行針對性的稀釋的可操作性較差。故該方法更適用于產(chǎn)生高氯離子濃度廢水的工廠企業(yè)。
3、選擇合理的工藝流程
冷拉方鋼針對不同濃度的氯離子含量選擇不同的處理流程，適當選擇厭氧工藝流程來降低后序好氧段的耐受氯離子濃度的范圍。
4、提高生化系統(tǒng)DO
適當提高生化系統(tǒng)中的溶解氧，以活性污泥的活性。
5、排放剩余污泥
加大剩余活性污泥的排放，確保污泥的生長在對數(shù)生長期，以提高污染物的去除效率。
6、投加營養(yǎng)源
提高溶解氧的同時，污泥的新陳代謝加快。為污泥的新陳代謝，應(yīng)確保營養(yǎng)的充足，如有需要可適當投加一定營養(yǎng)源，來污泥的活性。
氯離子影響機理
高濃度氯離子對廢水生物處理的毒害作用主要是通過升高的環(huán)境滲透壓而破壞微生物的細胞膜和菌體內(nèi)的酶，從而破壞微生物的生理活動。
微生物在等滲透壓下生長良好，如微生物在質(zhì)量為5——8.5g/L的NaC1溶液中；在低滲透壓(p(NaC1)=0.1g/L)下，溶液水分子大量滲入微生物體內(nèi)，使微生物細胞發(fā)生膨脹，嚴重者破裂，導(dǎo)致微生物死亡；在高滲透壓,(p(NaC1)=200g/L)下，微生物體內(nèi)水分子大量滲到體外(即：脫水)，使細胞發(fā)生質(zhì)壁分離。
微生物的單位結(jié)構(gòu)是細胞，細胞壁相當于半滲透膜，在氯離子濃度小于等于2000mg/L時，細胞壁可承受的滲透壓為0.5-1.0大氣壓，即使加上細胞壁和細胞質(zhì)膜有一定的堅韌性和彈性，細胞壁可承受的滲透壓也不會大于5-6大氣壓。
但當水溶液中的氯離子濃度在5000mg/L以上時，滲透壓大約將增大至10-30大氣壓，在這樣大的滲透壓下，微生物體內(nèi)的水分子會大量滲透到體外溶液中，造成細胞失水而發(fā)生質(zhì)壁分離，嚴重者微生物死亡。工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明：當廢水中的氯離濃度大于2000mg/L時，微生物的活性將受到抑止，COD去除率會明顯下降；當廢水中的氯離子濃度大于8000mg/L時，會造成污泥體積膨脹，水面泛出大量泡沫，微生物會相繼死亡。
抑制污泥活性的表現(xiàn)
當生化系統(tǒng)氯離子濃度大幅度突變時，污泥的碳化性能和硝化性能會很快減弱甚至消失，導(dǎo)致COD去除率明顯下降，硝化過程亞硝酸鹽累積，即使提高污水中的溶解氧，效果不明顯。也就是說，活性污泥對氯離子濃度具有一定的容忍性，當氯離子濃度超過一定值時，系統(tǒng)降解能力下降，直至系統(tǒng)失去處理能力。
氯離子突然變化比氯離子逐漸變化對系統(tǒng)的干擾更大。隨著氯離子的升高，有機物降解速率下降，因此低F/M(養(yǎng)料與活性污泥在質(zhì)量上的比值)更適合含氯離子廢水的處理。
氯離子改變污泥中微生物的組成，改變了污泥的沉淀性和出水SS，導(dǎo)致污泥流失嚴重，活性污泥的濃度下降，污泥指數(shù)升高，30分鐘沉降率下降。
活性污泥鏡檢結(jié)果來看，低鹽度時顯示其中生物相比較豐富，絲狀細菌、菌膠團、原生動物種類繁多，活性污泥顆粒很大，菌膠團呈封閉狀，絮凝體具有一定的緊密度。隨著來水氯離子濃度的升高，當氯離子突變由原來的150mg/L增至1000mg/L時，絲狀菌及原生動物基本不存在，而菌膠團變得更為密實，此時絮體變得細小，異常緊密。污水中有機物的降解主要靠污水中大量微生物的共同作用完成，氯離子增加導(dǎo)致活性污泥中微生物中屬數(shù)量減少，從而使有機物降解速率下降。
如何消除氯離子的影響？
1、活性污泥的馴化
通過逐步提高生化進水氯離子含量，微生物會通過自身的滲透壓調(diào)節(jié)機制來平衡細胞內(nèi)的滲透壓或保護細胞內(nèi)的原生質(zhì)，這些調(diào)節(jié)機制包括聚集低分子量物質(zhì)來形成新的胞外保護層，調(diào)節(jié)自身的代謝途徑，改變基因組成等。
因此，正常活性污泥可以在一定氯離子度范圍內(nèi)通過一定時間的馴化處理高氯離子廢水，雖然活性污泥通過馴化可以提高系統(tǒng)耐氯離子范圍，提高系統(tǒng)的處理效率，但是，馴化活性污泥中的微生物對氯離子的耐受范圍有限，而且對環(huán)境的變化敏感。當氯離子環(huán)境突然變化時，微生物的適應(yīng)性會立刻消失.馴化只是微生物適應(yīng)環(huán)境的暫時生理調(diào)整，不具有遺傳特性。這種適應(yīng)性的敏感對污水處理的很不利。
活性污泥的馴化時間一般為7-10d，馴化可提高污泥微生物對鹽濃度的耐受程度，馴化初期活性污泥濃度減少，是由于鹽溶液的增加對微生物產(chǎn)生毒害，使部分微生物死亡，表現(xiàn)為負增長，在馴化后期適應(yīng)了改環(huán)境的微生物開始繁殖，故活性污泥濃度增多。以1.5%、2.5%的氯化鈉溶液中活性污泥對COD的去除情況為例，馴化初期與馴化后期COD去除率分別為：60%、80%和40%、60%。
2、稀釋高氯離子濃度的廢水
為降低進生化系統(tǒng)氯離子的濃度，可將進水進行稀釋，使氯離子低于毒域值，生物處理就不會受到抑制。它的優(yōu)點是方法簡單，易于操作和管理；缺點是增加了處理規(guī)模、基建投資和運行費用。針對洋里污水廠而言，由于進水量大且連續(xù)運行，即使通過在線儀表測得某一時間氯離子濃度高，但進行針對性的稀釋的可操作性較差。故該方法更適用于產(chǎn)生高氯離子濃度廢水的工廠企業(yè)。
3、選擇合理的工藝流程
冷拉方鋼針對不同濃度的氯離子含量選擇不同的處理流程，適當選擇厭氧工藝流程來降低后序好氧段的耐受氯離子濃度的范圍。
4、提高生化系統(tǒng)DO
適當提高生化系統(tǒng)中的溶解氧，以活性污泥的活性。
5、排放剩余污泥
加大剩余活性污泥的排放，確保污泥的生長在對數(shù)生長期，以提高污染物的去除效率。
6、投加營養(yǎng)源
提高溶解氧的同時，污泥的新陳代謝加快。為污泥的新陳代謝，應(yīng)確保營養(yǎng)的充足，如有需要可適當投加一定營養(yǎng)源，來污泥的活性。