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高盐废水是指总含盐质量分数≥1％的废水,其来源广泛、成分复杂。在废水生物处理系统中,较高的盐度会破坏微生物的细胞膜和菌体酶,对微生物活性产生抑制作用,而微生物活性是影响生物处理系统性能的重要参数,因此最终会导致系统较低的处理效率。在废水生物处理系统中,微生物在降解有机污染物的同时,也会释放大量的微生物代谢产物。微生物代谢产物主要包括胞外聚合物(Extracelluar Polymeric Substances,简称EPS)和溶解性微生物产物(solublemicrobial products,简称SMP),EPS是在一定条件下分泌和存在于细胞体外的高分子聚合物,它保持了微生物结构和功能的完整性,是决定微生物聚集体表面的关键物质;SMP是伴随着基质的降解和微生物新陈代谢产生的溶解性物质。EPS和SMP是决定废水生物处理系统的处理效率及整个系统的稳定的重要影响因素。针对高盐废水难处理的特点,本论文研究了盐度对微生物活性的影响,并确定了胞外聚合物的最佳提取方法;在此基础上进一步研究了EPS及SMP对污泥比产甲烷活性的影响;探讨了含盐条件下微生物代谢产物EPS、SMP的形成规律;并建立了EPS和SMP形成机制数学模型,得出了以下结论:
1.对于厌氧颗粒污泥系统,低于20 g/L NaCl或20 g/L KCl盐度下,颗粒污泥系统有较好的COD去除效果,COD去除率均维持在89％以上;而30 g/L的NaCl或30 g/L KCl会对COD降解产生的抑制影响,COD去除率分别为77.4％和89.7％;对于厌氧絮状污泥系统,低于10 g/L NaCl或10 g/L KCl盐度下,COD去除效果均在87％以上;当盐度为20 g NaCl/L和20 g KCl/L,COD去除率分别为84％和74.6％;当盐度为30 g NaCl/L和30 g KCl/L,COD去除率分别为69.7％和59％。
2.当NaCl和KCl盐度均为10 g/L时,厌氧颗粒污泥相对空白分别产生了SMA61.49％和4.78％的促进率;当NaCl和KCl盐度均为20 g/L时,厌氧颗粒污泥相对空白分别产生了SMA11.75％和SMA16.99％抑制率;当NaCl和KCl盐度为30 g/L时,厌氧颗粒污泥相对空白分别产生了SMA51.97％和SMA70.6％抑制率。
3.当NaCl和KCl盐度均为10 g/L时,厌氧絮状污泥相对空白分别产生了SMA11.4％促进率和SMA12％抑制率;当NaCl和KCl盐度均为20 g/L时,厌氧絮状污泥相对空白分别产生了SMA24.9％和SMA44.4％抑制率;当NaCl和KCl盐度为30 g/L时,厌氧絮状污泥相对空白分别产生了SMA64.5％和SMA83％抑制率。
4.甲醛-NaOH和H2SO4法提取的EPS含量较高,且对细胞破坏作用较小,是较好的EPS提取方法。
5.当EPS浓度为27.7 mg/gVSS时,SMA有最小值为48 mLCH4·gVSS-1·d-1;当EPS浓度为16.3 mg/gVSS时,SMA达到最大值为72 mLCH4·gVSS-1·d-1;当SMP分别为0.6 mg/gVSS,SMA达到最大值72 mLCH4·gVSS-1·d-1;当SMP为4.4mg/gVSS,SMA有最小值为48 mLCH4·gVSS-1·d-1。
6.在高盐废水生物处理系统中,盐度会导致EPS的累积,但是较高的盐度会使EPS产量下降。20 gNaCl/L、30 g KCl/L、20 g CaCl2/L和10 g MgCl2/L盐度作用下EPS达到最大的累积量。
7.对于四种不同的盐分(NaCl、KCl、CaCl2和MgCl2),0～5 g/L的盐度对SMP浓度的影响变化不大,但高于5g/L的盐度会导致SMP的不断累积。
8.对于NaCl、CaCl2和MgCl2盐度作用下,比COD降解率随着SMP浓度增加而减小。而KCl盐度作用下,当SMP浓度从0.43 mg/gVSS增加0.55 mg/gVSS时,比COD降解率轻微增加,继续增加SMP浓度会比COD降解率较快的下降。
9.基于EPS、SMP和活性或惰性微生物三者相统一的理论,建立了高盐废水厌氧生物处理系统中EPS和SMP形成机制动力学模型,该模型模拟的曲线与实测曲线相接近,能较好的预测高盐废水厌氧生物处理系统中EPS和SMP的产量。