＊高睿 钟辉 袁野 陈明,3 钟常明,3*

（1.赣州市全南生态环境局 江西 341800 2.江西理工大学资源与环境工程学院 江西 341000 3.江西省矿冶环境污染控制重点实验室 江西 341000）

MBR工艺是处理高盐废水的有效手段之一，其盐度升高导致微生物死亡而影响污染物的去除[1-3]，通过耐盐驯化使微生物成为优势菌种，从而提高反应器运行效果。传统活性污泥法难以处理高盐废水，而MBR的高效截留性防止微生物流失能提高反应器内微生物浓度，是处理含盐废水有效方式之一[4-5]。

采用课题组驯化构建适应3%盐度的MBR系统，采用逐步提高进水0.5%盐度的驯化方法，以目标盐度为5%构建高盐微生物处理系统，本文仅研究钨冶炼废水3%～5%盐度驯化过程中MBR对污水中COD、氨氮和总氮的去除效果情况及代谢产物。

1.实验材料与方法

(1)实验用水

本实验废水取自赣州市某钨冶炼厂生产废水调节池，废水水质特点为无机盐浓度较高，C/N低，pH值呈中性。本实验研究3%～5%盐度废水，故根据实时测得盐度进行稀释或者添加氯化钠进行调整实验用水盐度，稀释试验用水时，添加适量葡萄糖和氯化钠控制COD和氨氮浓度恒定，具体水质指标如表1所示。

表1 钨冶炼生产废水水质情况

(2)试验装置

本实验使用5mm有机玻璃板（PMMA）自制一体式MBR反应器，反应器规格为200mm×100mm×260mm，有效容积为4L，实验装置如图1所示。

图1 实验装置示意图

试验用膜为天津膜天膜科技股份有限公司生产的PVDF中空纤维膜制作而成，具有0.6mm的内径和1.0mm的外径，设计膜通量15～25L/d，有效截留面积0.023m2。

(3)实验药剂

实验过程所用主要试剂1,10-邻菲罗啉、4-氨基苯磺酰胺、氨基磺酸等均为分析纯，分析采用自制去离子水。

(4)分析项目与检测方法

①COD：高锰酸钾法；②DO：溶解氧测定仪；③MLVSS/MLSS/SVI：重量分析法；④NH4+-N、NO2--N、NO3--N：分光光度计法；⑤pH：pH测定仪；⑥SV30：静置观察量筒测定法。

(5)实验方法

①污泥接种。污泥活化培养期每天更换一次3%盐度的钨冶炼废水，DO为2.0～3.0mg/L之间，pH为7.3～7.8之间，每天固定时间测定进水和出水COD、NH4+-N浓度。连续培养10d后，污泥变成黄褐色絮体，沉降效果良好，污泥浓度在7000mg/L左右，COD去除率在94%左右，NH4+-N去除率在85%左右。

②耐盐驯化。采用0.5%作为一个梯度盐度逐步驯化，构建高盐度的微生物处理系统，每个盐度梯度驯化14d，直至MBR反应器在5%盐度下连续运行至污染物去除率保持稳定，即认为污泥耐盐驯化完成。

2.结果与讨论

(1)驯化期间污泥沉降性能变化

对不同驯化阶段污泥稳定运行的第14d进行MLSS和SVI测定，实验结果如图2所示：随着驯化时间延长，在5%盐度时，MLSS呈增加趋势，由于MBR的高效截留性使微生物不流失，MLSS达到9265mg/L；SVI从3%盐度的38mL/g降至5%盐度的34.8mL/g，沉降速度虽加快，但上清液仍然浑浊。

图2 耐盐驯化期间不同盐度下MLSS与SVI变化情况

(2)驯化期间COD去除变化情况

将MBR反应器污泥驯化至5%盐度期间，COD去除效果如图3所示。

图3 耐盐驯化期间COD变化情况

进水盐度3.0%阶段，由于污泥刚接种至MBR系统，COD去除率较低，随着驯化的进行，出水COD维持在10mg/L左右，去除率稳定在95%左右，略高于课题组前期试验COD92.5%的去除率[1]。经过驯化，耐盐微生物量会持续增长，可提高污染物去除效果。经过5个阶段的驯化过程，反应器COD出水在10mg/L左右，去除率稳定在92.3%左右，微生物具有对高盐度废水的耐受性，耐盐微生物群落在反应器内富集，因此，长时间耐盐驯化可以给微生物适应环境提供时间，使微生物能够在高盐环境下生长发育繁殖，从而提高对污染物的去除效果。

(3)驯化期间脱氮效果变化情况

耐盐驯化期间，MBR反应器对NH4+-N和TN去除效果变化如图4所示。

图4 耐盐驯化期间NH4+-N与TN变化情况

在进水盐度3.0%阶段，反应器刚接种污泥，由于硝化菌对环境较为敏感，初始NH4+-N去除率较低，随着时间延长，硝化菌逐渐富集，NH4+-N去除率逐渐回升至85%左右。随着盐度驯化进行，在盐度变化时，反应器NH4+-N去除效果下降，这表明盐度改变环境渗透压，对系统内微生物产生冲击，硝化菌对环境变化敏感，硝化速率降低，NH4+-N去除率下降，但是经过一段时间驯化，系统对氨氮去除率逐渐回升，可见微生物出现了对高盐环境的耐受性。另外发现5%盐度下，反应器对NH4+-N去除效果波动较大，分析认为在高盐度下，硝化菌对环境变化非常敏感，外界环境的一些变化，都会影响硝化菌的活性，从而造成处理效果的波动。5%盐度下，反应器NH4+-N出水在11mg/L左右，去除率为78%左右。系统对TN的去除率呈先升高后降低的趋势，在驯化期间，每个盐度梯度TN去除率分别为41.43%、58.07%、78.55%、77.45%和65.78%。

(4)驯化期间微生物代谢产物变化分析

高盐条件微生物通过调节自身代谢和细胞结构抵御外界不良环境，代谢产物分为溶解性微生物产物（SMP）、松散胞外聚合物（LB-EPS）和紧密胞外聚合物（TB-EPS），采用Matlab软件的DOMFluor工具进行PARAFAC分析三维荧光（EEM）的峰值变化情况，确定不同盐度下MBR污泥代谢产物种类及其变化情况。从图5可知SMP中主要成分为类蛋白质物质，从3%盐度升高至3.5%盐度时，类蛋白质含量先降低，随后至5%盐度其含量持续升高。海洋类腐殖质变化与类蛋白质相反，盐度越高，海洋类腐殖质含量降低。可见类腐殖质含量变化与盐度冲击没有明显的相关性。

图5 驯化期间SMP组分及强度变化图

图6表示盐度驯化期间LB-EPS的荧光组分及不同组分变化情况，类蛋白质物质含量在3%～4.5%盐度期间变化不明显，在5%盐度骤升；可见类腐殖质有相似的现象，在4.5%盐度含量下降，5%盐度含量骤升。分析认为，5%盐度对微生物影响较大，促使微生物分泌更多EPS维持自身渗透压平衡，无法适应环境的微生物死亡导致腐殖质含量增多。

图6 驯化期间LB-EPS组分及强度变化图

图7表示盐度驯化期间TB-EPS的荧光组分及不同组分变化情况，类蛋白质含量随盐度升高迅速上升，每变化1%盐度，荧光强度会出现骤升；盐度在3%～3.5%、4%～4.5%期间，类富里酸物质含量出现下降趋势，在3.5%～4%、4.5%～5%期间，含量上升；类腐殖质含量变化有相似的现象，这可能是微生物在耐盐驯化期间，耐受3%盐度的微生物对3.5%盐度环境具有更强的适应能力，但对4%盐度环境难以承受，导致微生物死亡，腐殖质类物质出现上升趋势，存活下来的微生物为了更好的适应环境，分泌更多的物质，所以类蛋白质含量上升。

图7 驯化期间TB-EPS组分及强度变化图

3.结论

通过钨冶炼高盐废水3.0%～5.0%的耐盐驯化培养，分析其污泥沉降性能、微生物处理效能和代谢产物的现象与结果，研究结果表明MBR处理高盐废水是切实可行的。