(6页)高盐度(Na+,cl)+钙离子+镁离子对厌氧微生物的抑制

氨氮的（厌氧中氨氮抑制）.docx

1. 厌氧消化过程抑制因素的研究进展

夏亚穆, 常 亮, 王 伟

( 青岛科技大学化工学院, 山东青岛266042)

21 31 2 钙离子

Ca2+ 对某些产甲烷菌株的生长至关重要。但是大量的Ca2+ 会形成钙盐沉淀物析出, 可能导致以下后果: ( 1) 在反应器和管道上结垢; ( 2) 使生物质结垢, 降低特定产甲烷菌群的活性; ( 3) 造成营养成分的损失和厌氧系统缓冲能力的降低[ 14] 。

2. 21 31 3 镁离子

Schmidt 等[ 15] 发现适量的Mg2+ 能增强上流式厌氧污泥床( UASB) 反应器中高温( 55 e ) 厌氧污泥的沉降性能、减少被洗出反应器的污泥量, 但是Mg 2+ 对高温厌氧污泥产甲烷活性的促进作用不是很明显。他们还发现Mg 2+ 会影响高温厌氧污泥的微生物特征, 即Mg 2+ 会影响污泥中各种微生物的相对数量, 改变其中的优势菌[ 16] 。肖本益等[ 17] 发现Mg2+ 对厌氧污泥的产气活性有影响, 当Mg 2+ 浓度约为3~ 10 mmol #L- 1 时, 能够提高污泥的产气活性, 而超出此范围时,对污泥产气活性可能有抑制作用。Mg2+ 提高厌氧污泥产气活性的机制可能是Mg2+ 能够催化甲烷合成过程的一步或几步反应, 另外, Mg 2+ 可能会影响有机物与污泥的有效接触。

21 31 4 钾离子

K+ 的毒性作用目前研究还不是很多。低浓度的K+ ( < 400 mg # L- 1 ) 在中温和高温范围对厌氧消化有促进作用, 而高浓度的K+ 在高温范围很容易表现出抑制作用。这是因为高浓度的K+ 会被动进入细胞膜, 中和细胞膜电位[ 18] 。

21 31 5 钠离子

当Na+ 浓度在100~ 200 mg # L- 1 范围时, 对中温厌氧菌的生长是有益的[ 19] , 因为Na+ 对三磷酸腺苷的形成或核苷酸的氧化有促进作用。N a+ 浓度过高时, Na+ 很容易干扰微生物的代谢, 影响它们的活性[ 20] 。由于实验条件的不同, N a+ 的IC50 限制尚无定论, 一般在51 6~ 53 g # L- 1 范围内。通过驯化可提高厌氧微生物对高浓度钠环境的适应能力。

2. Ca2+ 对厌氧处理系统的影响及其治理

Ca2+ 自水中析出、沉淀致使厌氧应器中污泥性能下降。

我们经过取样分析主要是CaCO3 为主, 少量CaS, 而CaCO3 的形成主要与水中PH 有关。在PH< 7时, Ca2+ 以游离子态存在于水中。在PH \\7-7. 5 时, Ca2+ 与水中CO2 开始结合形成CaCO3。在厌氧过程, 进水区和主反应区, 废水和污泥广泛接触, 污泥中产酸菌和产甲烷菌从废水获取营养, 分解出乙酸、甲酸等有机酸, 并产生大量的CH4, CO2 及少量H2S。在这一区域, 由于PH 是酸性, Ca2+ 不析出, 当废水进入沉降区和出水区时, 这时由于水中的有机酸被污泥消化吸收, PH 值不断上升至6. 8- 7. 2, 这时Ca2+破坏了H2O 与CO2 的平衡, CaCO3 开始析出并沉淀, 如果这时反应器不能及时清理出这些小颗粒钙盐沉淀物, 它将附着在反应器设备上形成Ca 垢, 或停留在反应器污泥中形成Ca2+ 沙。

Ca2+ 主要以钙盐沉淀物形式析出, 析出的钙盐颗粒与水中未被污泥消化的SS 结合成胶

质状态,（出水桶中有一些沉淀-CaCO3）

2. 2 Ca对厌氧污泥的影响

Ca2+ 析出的钙盐沉淀物, 有极少部分可作为颗粒污泥的惰性载体, 有利于颗粒污泥的形

成和生长。如果钙盐颗粒被颗粒污泥吸收过多, 它就如同Ca2+ 沙一样, 沉降在设备底部, 不

能体现颗粒污泥良好的悬浮性, 颗粒污泥与废水之间的传质效果变坏。另外Ca2+ 沙的形成,

它夹杂在污泥之间, 占据了污泥的活动空间, 使进水系统很难对污泥进行搅拌。

3.Na+ 对IC反应器颗粒污泥影响的试验研究

李勇华, 周兴求, 伍健东, 牛晓君(华南理工大学环境科学与工程学院, 广州 510006)

摘要：利用取自IC 反应器的颗粒污泥, 研究了Na+ 浓度对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响及其对COD 去除效果和出水挥发酸的影响, 并研究了系统缓冲能力的变化情况。实验结果表明, N a+ 会对颗粒污泥的活性产生抑制,当N a+ < 10 g# L- 1时系统具有足够的缓冲能力; 当Na+ < 12 g# L- 1时, 有机物去除率保持在82%以上, VFA 稳定在203~ 643

m g# L- 1。

随着Na+ 浓度的增加, 所需要的驯化期变长。驯化期变长是由于N a+ 对厌氧微生物的抑制效应在增强, 厌氧微生物世代时间很长, 不能快速地生长繁殖, 而是要经过一定的时间来抵御和适应新的环境,特别是需要时间来适应体内酶系统和细胞的合成。在高N a+ 浓度条件下, 酶的合成速度将会大大降低,等到酶合成发挥功能时会耗费很长的时间。并且每次浓度的提高都会对微生物造成一定的损害, 特别是对环境特别敏感的产甲烷菌。

3􀀁2􀀁 N a+ 对有机物降解的影响

图4为Na+ 与有机物降解的关系。总体上随着N aC l的增加, 有机物的去除率下降, 但足够的驯化时间可使有机物去除率仍保持在82% 以上, 充足的驯化时间是系统稳定恢复的前提条件, 这一结果与崔有为等研究的结果相似[ 10] 。然而, Na+ 增加带来的冲击将会使IC颗粒污泥分解, 甚至杀灭适应能力差的微生物, 微生物总量减少, 颗粒污泥负荷增加,出水水质变差, 造成系统某些部分具有不可恢复性。

随着N a+ 的增加有机物降解速率下降, 这可能是由于盐析作用增强所致。IC 颗粒污泥由外到内分别为产酸菌和产甲烷菌, 产酸菌先受到盐析作用,酶活性下降; 当盐析作用超过了微生物承受能力的时候, 水分子大量渗到体外环境, 导致细胞质壁分离, 严重者死亡。

在一定程度上, 外层的产酸菌对产甲烷菌起到了保护作用, 产甲烷菌得以最大限度的保存, 从而保证了COD 去除率稳定在82% 以上。K incannon和Gaudy发现盐浓度变化会导致微生物

细胞组分的分解[ 11] , 细胞分解增加了环境的COD浓度; 相持阶段的发生是细胞分解和有机物降解同时作用的结果。

3􀀁3􀀁 Na+ 对挥发酸VFA 的影响

VFA 的浓度直接影响废水处理效果。如图6所示, 提高N a+ 浓度后的VFA 值稳定在203~ 643mg􀀁 L- 1。由此可见, 在极限浓度内, 只要驯化时间足够, VFA 可以控制在一个安全的范围之内。当Na+ 达13 g􀀁L- 1时, VFA突然增加至962mg􀀁L- 1, 系统酸化。

N a+ 浓度在低于13g􀀁L- 1范围内, 虽然产甲烷菌对环境的变化较为敏感, 然而颗粒污泥外层产酸菌对内层产甲烷菌起到了保护作用, 因此反应仍能正常进行, VFA 仍可以控制在一个安全的范围之内。

4. （好）高盐度废水生物处理研究_邹小玲.pdf

高盐度废水是指总含盐( 如Na+、K+、Cl- 、SO42-等) 质量分数≥1%的废水。

在生化处理工艺中, 高盐度会抑制微生物的生长, 破坏微生物的细胞膜和菌体的酶, 因

此会导致较低的有机物去除率, 增加生物处理的难度。

1 高盐度对生物去除有机物的影响

1.1 高盐度对好氧废水处理的影响

在好氧生物处理中, 高盐度( 质量分数超过1%)可引起微生物的质壁分离以至失活, 导致有机物去除率较低。通过适当驯化后活性污泥能够处理高盐废水, 通常局限于5%以内的盐度。

1.2 高盐度对厌氧废水处理的影响

高盐度也会抑制废水的厌氧处理, 并对产甲烷菌产生抑制。A. Rinzema 等〔8〕报道产甲烷菌最佳的Na+质量浓度大约在0.23～0.35 g/L。高浓度盐对产甲烷菌的抑制影响主要来自阳离子, Na+是最普遍的一种, 而阴离子的影响较小, 但高浓度硫酸盐也会抑制产甲烷菌。Na+质量浓度超过10～16 g/L 会强烈地抑制甚至中止甲烷的产生。

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高盐度对生物脱氮效果的影响

对高盐废水中的生物脱氮已有很多研究, 高盐度会对硝化菌和反硝化菌产生抑制, 但许多研究结

表明, 污泥在高盐环境有足够的驯化时间, 使得硝化菌和反硝化菌大量增殖后, 系统

能够有较好的脱氮效果。但是关于盐对硝化反硝化的影响还存在一些不一致甚至自相矛盾的结论。

2.1 高盐度对硝化反应的影响

盐会抑制硝化菌的生长, 硝化反应对盐浓度和盐冲击都敏感。M. F. Rose 等〔17〕处理含盐废水时发现50 g/L 的NaCl 系统中氨的去除率为48%, 而没有NaCl 的系统氨的去除率高达94%。G. H. Chen 等〔18〕发现盐度在4.12 g/L 的NaCl 有利于硝化, 但超过这个浓度会下降。

2.2 盐度对反硝化反应的影响

许多研究证实高盐环境中可以进行反硝化反应。

3

高盐度对出水浊度和污泥性能的影响

高盐度会影响出水浊度: ( 1) 高盐度会使微生物细胞产生较高的渗透压, 会引起胞浆分离、脱水。细胞的瓦解使得微生物活性丧失或死亡, 导致污泥颗粒尺寸和密度减少。( 2) 高盐度会减少丝状菌数量,而丝状菌有助于维持絮凝体结构组织的完整。( 3) 高盐度会导致原生动物不能正常的存活, 而原生动物的缺乏会影响出水浊度。

高盐度会导致水的密度增加, 从而可能导致污泥沉淀性能下降。

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高盐废水生物处理措施

( 1) 驯化淡水微生物。盐对微生物的活性有抑制作用, 但是微生物通过适度驯化可以

抵制盐的毒性影响。

( 2) 选择较好的污泥来源。选择较好的污泥来源有利于缩短驯化时间。选择耐盐物种比通过驯化单一的微生物对高Na+浓度有更好的适应能力。

( 3) 防止盐度的冲击变化。盐浓度较大的变化比逐渐的变化对生物处理的影响较大, 并且降低盐

度比增加盐浓度对微生物影响更大。另外, 盐度的突然改变会使细胞组织释放而导致COD 增加。

( 4) 接种嗜盐微生物

( 5) 添加拮抗剂。

( 6) 选择合适处理工艺。

5.高盐度cl-的厌氧抑制影响——氯化钠对高浓度有机废水深度厌氧处理过程中COD去除率影响的研究

第二章高盐废水厌氧降解机理理论分析

盐类在微生物生长过程中起着促进酶反应、维持膜平衡和调节渗透压的重要作用。一般而言，低浓度的无机盐对微生物生长有促进作用，高盐对微生物才有抑制作用。在高盐环境中，微生物的外界环境渗透压较高，造成微生物的代谢酶活性降低，严重时会引起细胞质壁分离，甚至死亡。

1．2高盐废水生物处理的可行性

微生物对污染物的降解和转化具有巨大的潜能，由于他们独特的性质决定的，主要表现在以下几个方面：(1)微生物个体微小，比表面极大，代谢速度快；

(2)微生物种类繁多，分布广泛，且代谢类型多样化；

(3)微生物能合成各种降解的酶，并且酶具有专一性、多样性，微生物可以通

过自身的合成代谢对废水中的污染物进行降解；

(4)微生物群落存在共同代谢作用，对非营养性的污染物，即使微生物细胞不

需要的物质，在特定的底物前提下，可以进行转化；

由于微生物广泛的存在于自然界，且种类的多样性，其中一些对盐分适应性较强的嗜盐菌种在高盐废水的生物处理过程中占有相当重要的地位。在制盐场、盐水湖、海水底泥以及食品加工厂等自然高盐分环境下存在着丰富多样的适盐菌种类。这些适盐菌种中有许多厌氧菌、专性厌氧菌和产甲烷菌，其中一些嗜盐菌

拥有特殊的蛋白质和细胞壁结构，其含有大量的带负电荷的氨基酸和脂类物质，使得这些细菌在细胞内能积累大量带正电荷的物质如Na+、K+等。同时，这些微生物体内必须的营养物质和生长因子的传递都与高盐分环境中的成分密切相关，这使得它们在高盐分环境中较好生长，尤其是在氯化钠中，且具有与常规生物处理系统中的微生物同样的功能特征【6】。这些适盐微生物的存在为高含盐量废水的生物处理提供了保证。另外，一些非嗜盐菌在受到高盐度的冲击时，会通过自身的渗透压调节机制来平衡细胞内的渗透压或保护

细胞内的原生质以维持其活性，所以利用常规细菌处理高含盐废水也是有可能的【7】。

2．1．2盐对微生物的抑制原理

含盐废水主要毒物是无机毒物，即高浓度的无机盐。有毒物质对废水生物处理的影响与毒物的类型和浓度有关，一般随着浓度升高可分为刺激作用、抑制作用和毒害作用三大

类。

高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是通过升高的环境渗透压而

破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的生理活动。

(一)渗透压对微生物的影响

①在等渗透压溶液中微生物生长良好。微生物在浓度为5000～8500mg／L的

氯化钠溶液中，红血球在浓度为9000mg／L的氯化钠溶液中形态和大小不变，并

生长良好；

②在低渗透压(氯化钠浓度为100mg／L)下，溶液水分子大量渗入微生物体内，

使微生物细胞发生膨胀，严重者破裂，导致微生物死亡；

③在高渗透压(氯化钠浓度为20000m∥L)，微生物体内水分子大量渗到体外，

使细胞发生质壁分离。

(二)钠离子对微生物的影响

存在于高盐环境的微生物，钠离子对维持细胞膜、细胞壁构造和功能有特别

重要作用①钠离子与细胞膜成分发生特异作用而增强了膜的机械强度，有利于细胞膜结构的稳定。若把嗜盐菌的细胞放在蒸馏水中，便会立即发生溶菌，要维持细胞膜的构造，盐类的存在是必不可少的，尤其是钠离子的存在对阻止嗜盐菌的溶菌起着重要作用。

②在细胞膜的功能方面，嗜盐菌中氨基酸和糖的能动运输系统内必而影响钠离子的存在，而且钠离子作为产能的呼吸反应中一个必需因子起着作用。耐盐细菌在低浓度钠离子存在的情况下，可通过钠离子泵产生跨膜的钠离子梯度，主要参与物质运输，调节细胞pH值，形成和维持膜电位。

③钠离子被束缚在嗜盐菌细胞壁的外表面，起着维持细胞完整性的重要作用。嗜盐杆菌的细胞壁以糖蛋白替代传统的肽聚糖，这种糖蛋白含有高量酸性的氨基酸，如天门冬氨酸和谷氨酸形成负电荷区域，吸引带正电荷的钠离子，当维持细胞壁稳定性的钠离子减小时，会导致细胞壁一块块地破裂，最后嗜盐菌的细胞被裂解。“过量”的酸性氨基酸残基在蛋白表面形成负电屏蔽，促进蛋白在高盐环境中的稳定。

摘要：(1)在驯化污泥实验里，通过逐步提高容积负荷和氯离子浓度，驯化出耐氯离

子浓度的污泥。当进水的氯离子浓度在8000mg／L，保持系统的容积负荷在4．5～5．0kgCOD／(m3·d)之间，则系统的COD的去除率可以达到83％，出水VFA在1．5～3．Onullol／L，驯化后的污泥能适应氯离子浓度的变化。(2)利用啤酒废水(氯离子浓度50mg／L)人工添加氯化钠，使得氯离子浓度由50m∥L增加到9050m∥L，确保COD的容积负荷4．0～5．OkgCOD“m3·d)，进水量3L／d，对未经氯离子驯化的污泥的抑制作用明显增强。产甲烷菌对氯离子更敏感，COD的去除率下降，产气量下降，VFA值上升，且抑制的效果明显。而经过氯离子驯化的污泥具有良好的活性，具有较好的抗冲击负荷能力。

(3)UASB反应器在中温(37士2)℃条件下处理高盐制药废水，当进水氯离子浓度在4800～5000mg／L，容积负荷4．5～5．O蚝COD／(m3·d)，进水pH控制在6．8～7．2范围内， COD的去除率在80％，出水VFA在1～3mmol／L，日产沼气量为7．5L，反应器稳定运行，通过驯化可以大大增强厌氧微生物抗御盐的抑制作用。