复合耐盐微生物菌剂强化MBBR工艺处理高盐废水

2. 1. 2 盐度及盐种类对MBBＲ 挂膜效果的影响

通过观察各MBBＲ 中悬浮填料的挂膜效果可知（ 见图3） ：5% 及10% NaCl 条件下的生物膜要比Na2SO4条件下的厚，且颜色更深，这表明SO2 －4对微生物的抑制作用远高于Cl － ，使得微生物生长缓慢，生物膜短期内较难增厚；此外，5% NaCl 及Na2SO4条件下，反应器运行7 d 后，悬浮填料表面即可观察到一层黏膜附着，微生物开始附着生长，生物膜逐渐形成；而10% NaCl 及Na2SO4条件下的悬浮填料，运行12 d 左右才能观察到有薄膜附着，且附着量较小。这表明高浓度盐环境下悬浮填料的挂膜受到抑制，微生物增长速率相对较慢。

2. 1. 3 填料尺寸对MBBＲ 挂膜效果的影响

盐度维持5%NaCl，其余操作参数一致，考察不同尺寸悬浮填料的挂膜周期可知，挂膜速率最快的是填料Ⅱ：∮25 mm × 12 mm，其次是填料Ⅰ：∮10 mm× 8 mm，最慢的则是填料Ⅲ：∮50 mm × 32 mm，挂膜周期分别为18、32 和45 d。分析原因主要是：（ 1）MBBＲ 反应器有效容积仅为6 L，体积有限，填料过大则不易较好流化，加大曝气强制流化则会导致水力冲刷过强，影响挂膜；（ 2） 小尺寸填料，虽然流化状态很好，但接触面积较小，微生物的初期附着较难，影响挂膜速率。因此，填料尺寸的选择应与反应器结构配套，本研究选取尺寸为25 mm × 12 mm 的填料Ⅱ挂膜最快，且流化较好。

2. 2 CMC 废水处理效果分析

2. 2. 1 单次进水-高盐MBBＲ 的COD 去除情况

将表1 所示废水采用5% NaCl 盐水稀释的方式，控制进水含盐质量分数在6% 左右，每日一次性进水3 L，原水比例按10% ～ 20% 的梯度逐步提升，运行3 个多月，具体对COD 的去除效果见图4。

由图4 可知：经自配高盐废水培养的生物膜通过实际CMC 工业废水的梯度驯化，当进水负荷为1. 13 kg COD/（ m3·d） ，进水COD 2 259 mg /L 时，生化出水COD 小于200 mg /L，絮凝后低于100 mg /L，去除率高于95%；当进水负荷为1. 4 kg COD/（ m3·d） ，进水COD 2 800 mg /L 时，生化出水COD小于250 mg /L，絮凝后低于150 mg /L，去除率仍稳定高于95%。每日观察生物膜生长状况可知：当进水负荷高于1. 3 kg COD/（ m3·d） 时，填料出现脱膜，装置内污泥量明显增多。因此，当运行24 h，一次性进水时，进水负荷应保持在1. 3 kg COD/（ m3·d） 以下。

2. 2. 2 分批进水-不同工艺的TOC（ COD） 去除情况

实验期间，多次分析曝气处理10 h、22 h 后的出水数据可知，COD 去除差距不大，随后调整进水方式，每日进行2 ～ 3 次分批进水，日排水总量仍保持3 L，稳定运行后，比较高盐好氧MBBＲ 工艺与活性污泥法对CMC 废水的TOC（ COD） 去除水平，具体见图5。

对比显示，高盐MBBＲ：当进水TOC 2 137mg /L（ COD 5 343 mg /L ） 时，生化出水TOC 小于120 mg /L（ COD 小于300 mg /L） ，絮凝后TOC 可达40 mg /L（ COD 小于100 mg /L） ，容积负荷高达2. 67 kgCOD/（ m3·d） ，活性污泥法：当进水TOC 1 425 mg /L（ COD 3 563 mg /L ） 时，生化出水TOC 小于160（ COD 低于400 mg /L） ，絮凝后TOC 可达60 mg /L（ COD 低于150 mg /L） ，容积负荷达1. 68 kg COD/（ m3·d） 。

可见，MBBＲ 工艺相对于活性污泥法去除负荷更高，且系统更稳定；由生物相观察可知，高盐生物膜结构致密，装置内部原生动物较活性污泥法多，形成的微生物环境相对复杂，能够抵抗较高盐度范围、有机负荷等的冲击，随着实验周期的延长，高盐生物膜体系进水负荷的提升速率远高于活性污泥法，大大缩短了工艺的正常运转周期。此外，进水方式的调整提高了MBBＲ 对CMC 废水TOC（ COD） 的日处理水平，且出水更加澄清。

2. 2. 3 不同工艺对CMC 废水浊度的去除情况

众所周知，由于高浓度盐的抑制，导致高盐活性污泥体系微生物胞外聚合物分泌过多，污泥沉降性不佳，原生动物少，处理出水浑浊，尤其当盐度高于5%时，系统极不稳定。以下将对比考察高盐MBBＲ生物膜与活性污泥体系对于CMC 废水浊度的去除情况，具体可见图6。

由图6 可知，相对于高盐活性污泥工艺而言，高盐MBBＲ 生物膜工艺对于CMC 废水浊度的去除更加明显，去除率达61%，出水相对澄清，且反应器内泥水分离容易，这是由于装置内部的污泥主要为脱落的生物膜，比重较大，易沉降。

此外，对于2 组工艺生化出水进行絮凝实验可以看出（ 见表1） ，MBBＲ 出水混凝后浊度稳定在25NTU 左右，去除率达67. 1%（ PAC 260 mg /L、PAM 2mg /L） ，而活性污泥工艺出水则较难絮凝，且絮凝剂用量较大（ PAC 850 mg /L、PAM 5 mg /L） ，出水浊度最终维持在103 NTU 左右，去除率仅为25. 4%。因此，高盐生物膜处理体系将大幅改善高盐生化出水的品质，降低出水中SS、胶体等物质的含量，同时减小后段絮凝剂投入成本。

2. 3 讨论

通过接种SEM 复合耐盐微生物菌剂，优化挂膜启动方式及排泥周期，能够强化MBBＲ 挂膜，形成更加复杂多样的高盐微生物环境，构建出的生物膜处理体系稳定高效，且能够实际应用，并突破了现有盐度低于5% 的生物膜构建水平。同时，将其用于CMC 废水的处理可知，耐盐能力和去除负荷远高于现阶段CMC 废水的高盐生化处理水平［20-22］，盐度从3%提升至6%，去除负荷提高约2 倍。

相对于高盐活性污泥工艺而言，生物膜体系微生物种类及生物量更大，能够提高生化系统2 ～ 4 倍的污泥浓度，因此表现出更高的处理水平，以及抗盐度波动、有机负荷等的冲击能力。活性污泥法适合在低盐度、低负荷下运行，盐度或负荷过高会引起污泥松散，粘度增大，沉降不佳，反应器跑泥严重，导致高盐微生物流失，短期内较难培养，严重时会导致系统崩溃，而高盐生物膜工艺则会避免此类问题，更具稳定性。

3 结论

（ 1） MBBＲ 接种5%、10% NaCl 及Na2SO4 4 种盐度条件下的SEM 复合耐盐微生物菌剂，采用“异步培养驯化+ 周期性排泥”的方式，能够快速稳定地构建出盐度高于5%的生物膜体系。挂膜受盐种类、盐度及填料尺寸的影响，结果显示，高盐浓度下成功挂膜的周期更长，相同盐浓度下NaCl 体系挂膜效果优于Na2SO4体系，Na2SO4的毒性抑制作用更加明显；悬浮填料大小的选取应与反应器尺寸配套，确保水流剪切与填料流化的统一。

（ 2） 采用高盐MBBＲ 与活性污泥法直接对总含盐量5% ～ 7% 的CMC 废水进行好氧处理，结果显示，MBBＲ：当进水COD 5 343 mg /L 时，生化出水COD 小于300 mg /L，絮凝后低于100 mg /L；活性污泥法：当进水COD 3 563 mg /L 时，生化出水COD 小于400 mg /L，絮凝后低于150 mg /L。高盐MBBＲ 优势明显，具有更强的处理能力、负荷提升速率及稳定性，能够抵抗更高盐度波动、有机负荷等冲击，且出水更加澄清。

（ 3） 好氧MBBＲ 工艺采用单次和分批进水，分批进水后，CMC 废水的日处理量和去除能力增加约1 倍，容积负荷由1. 3 kg COD/（ m3·d） 提升至2. 67 kg COD/（ m3·d） 。高盐生化系统内微生物对有机负荷的承载力有限，过高则会影响耐盐菌群最大活性的发挥，导致整体去除水平不佳，可结合污泥沉降性、生物膜表观及污染物去除效果等综合判断。

本文转载自“乾来环保”