Почему так сложно очищать сточные воды с высоким содержанием соли? Для начала необходимо понять, что такое сточные воды с высоким содержанием соли и какое влияние они оказывают на биохимическую систему! В этой статье рассматривается только биохимическая очистка сточных вод с высоким содержанием соли!
1. Что такое сточные воды с высоким содержанием соли?
Высокосоленые сточные воды — это сточные воды с общим содержанием солей не менее 1% (эквивалентно 10 000 мг/л). В основном они образуются на химических заводах, а также при сборе и переработке нефти и природного газа. Эти сточные воды содержат различные вещества (включая соли, масла, органические тяжелые металлы и радиоактивные материалы). Соленые сточные воды образуются из самых разных источников, и их объемы ежегодно увеличиваются. Удаление органических загрязнителей из соленых сточных вод оказывает важное воздействие на окружающую среду. Для очистки используются биологические методы. Высококонцентрированные солевые вещества оказывают ингибирующее воздействие на микроорганизмы. Для очистки используются физико-химические методы, которые требуют больших инвестиций и высоких эксплуатационных затрат, а также трудно достичь ожидаемого эффекта очистки. Использование биологических методов для очистки таких сточных вод по-прежнему является предметом исследований как в стране, так и за рубежом.
Типы и химические свойства органических веществ в высокосоленых органических сточных водах сильно различаются в зависимости от процесса производства, но содержащиеся соли в основном представляют собой такие ионы, как Cl-, SO42-, Na+, Ca2+. Хотя эти ионы являются необходимыми питательными веществами для роста микроорганизмов, они играют важную роль в стимулировании ферментативных реакций, поддержании баланса мембран и регулировании осмотического давления во время роста микроорганизмов. Однако, если концентрация этих ионов слишком высока, это окажет ингибирующее и токсическое воздействие на микроорганизмы. Основные проявления: высокая концентрация солей, высокое осмотическое давление, обезвоживание микробных клеток, вызывающее расслоение протоплазмы клеток; высаливание снижает активность дегидрогеназы; высокая концентрация хлорид-ионов токсична для бактерий; высокая концентрация солей увеличивает плотность сточных вод, активный ил легко всплывает и теряется, что серьезно влияет на эффективность биологической очистки.
2. Влияние солености на биохимические системы
1. Приводят к обезвоживанию и гибели микроорганизмов.
При более высоких концентрациях соли основной причиной являются изменения осмотического давления. Внутренняя часть бактерии представляет собой полузакрытую среду. Для поддержания своей жизнеспособности она должна обмениваться полезными веществами и энергией с внешней средой. Однако она также должна предотвращать проникновение большинства внешних веществ, чтобы избежать повреждения внутренней биохимии. Это приводит к помехам и блокировке ответной реакции.
Повышение концентрации соли приводит к тому, что концентрация раствора внутри бактерий становится ниже, чем во внешней среде. Кроме того, из-за свойства воды перемещаться из области низкой концентрации в область высокой концентрации, бактерии теряют большое количество воды, что вызывает изменения в их внутренней биохимической среде и в конечном итоге разрушает их биохимический процесс, пока он не будет прерван. В результате бактерии погибают.
2. Нарушение процесса всасывания микробных веществ и блокирование их гибели.
Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью, позволяющей фильтровать вещества, вредные для жизнедеятельности бактерий, и поглощать вещества, полезные для их жизнедеятельности. На этот процесс поглощения напрямую влияют концентрация раствора, чистота материала и другие параметры внешней среды. Добавление соли нарушает или блокирует среду поглощения бактерий, что в конечном итоге приводит к подавлению их жизнедеятельности или даже гибели. Эта ситуация сильно варьируется в зависимости от индивидуальных условий бактерий, видового состава, типа и концентрации соли.
3. Отравление и гибель микроорганизмов
Некоторые соли проникают внутрь бактерий вместе с их жизненными процессами, разрушая их внутренние биохимические реакции, а другие взаимодействуют с клеточной мембраной бактерий, вызывая изменение её свойств, из-за чего бактерии перестают защищаться или теряют способность поглощать определённые вредные для них вещества. Полезные вещества, в свою очередь, подавляют жизненную активность бактерий или приводят к их гибели. Среди них наиболее известны соли тяжёлых металлов, и некоторые методы стерилизации используют этот принцип.
Исследования показывают, что влияние высокой солености на биохимическую очистку проявляется главным образом в следующих аспектах:
1. С повышением солености рост активного ила изменяется. Изменения в кривой его роста следующие: период адаптации увеличивается; скорость роста в логарифмическом периоде замедляется; и продолжительность периода замедления роста увеличивается.
2. Соленость усиливает микробное дыхание и лизис клеток.
3. Соленость снижает биоразлагаемость и способность к разложению органических веществ. Снижает скорость удаления и скорость разложения органических веществ.
3. Какую концентрацию соли может выдержать биохимическая система?
Согласно «Стандарту качества воды для сточных вод, сбрасываемых в городскую канализацию» (CJ-343-2010), при поступлении на очистные сооружения для вторичной очистки качество сточных вод, сбрасываемых в городскую канализацию, должно соответствовать требованиям класса B (таблица 1), в частности, содержанию хлора 600 мг/л и сульфатов 600 мг/л.
Согласно Приложению 3 к «Кодексу проектирования наружных водоотводных систем» (GBJ 14-87) (в изданиях GB50014-2006 и 2011 гг. содержание солей не указано), «Допустимая концентрация вредных веществ в поступающей воде биологических очистных сооружений», допустимая концентрация хлорида натрия составляет 4000 мг/л.
Данные инженерного опыта показывают, что при концентрации хлорид-ионов в сточных водах более 2000 мг/л активность микроорганизмов подавляется, а скорость удаления ХПК значительно снижается; при концентрации хлорид-ионов в сточных водах более 8000 мг/л увеличивается объем осадка, на поверхности воды образуется большое количество пены, и микроорганизмы погибают один за другим.
В нормальных условиях мы считаем, что метод активного ила позволяет очищать воду с концентрацией хлорид-ионов более 2000 мг/л и содержанием солей менее 2% (что эквивалентно 20000 мг/л). Однако чем выше содержание солей, тем дольше период адаптации. Но следует помнить, что содержание солей в поступающей воде должно быть стабильным и не должно сильно колебаться, иначе биохимическая система не сможет с этим справиться.
4. Меры по биохимической очистке сточных вод с высоким содержанием солей.
1. Одомашнивание активного ила
При солености менее 2 г/л соленые сточные воды можно очищать путем одомашнивания. Постепенно увеличивая содержание соли в биохимической питательной воде, микроорганизмы будут уравновешивать осмотическое давление внутри клеток или защищать протоплазму внутри клеток с помощью собственных механизмов регуляции осмотического давления. Эти механизмы регуляции включают накопление низкомолекулярных веществ для образования нового внеклеточного защитного слоя и саморегуляцию. Метаболические пути, изменения генетического состава и т. д.
Таким образом, обычный активный ил может очищать сточные воды с высокой концентрацией соли в определенном диапазоне концентраций за счет адаптации в течение определенного периода времени. Хотя адаптация активного ила может расширить диапазон солеустойчивости системы и повысить эффективность очистки, микроорганизмы, адаптировавшиеся к активному илу, имеют ограниченный диапазон солеустойчивости и чувствительны к изменениям окружающей среды. При резком изменении концентрации хлорид-ионов в окружающей среде адаптивность микроорганизмов немедленно исчезает. Адаптация представляет собой лишь временную физиологическую приспособленность микроорганизмов к окружающей среде и не имеет генетических характеристик. Эта адаптивная чувствительность очень вредна для очистки сточных вод.
Период акклимации активного ила обычно составляет 7-10 дней. Акклимация повышает устойчивость микроорганизмов ила к концентрации соли. Снижение концентрации активного ила на ранней стадии акклимации происходит из-за увеличения концентрации солевого раствора, отравляющего микроорганизмы и вызывающего их гибель. Это приводит к замедлению роста. На более поздней стадии акклимации микроорганизмы, адаптировавшиеся к изменившейся среде, начинают размножаться, поэтому концентрация активного ила увеличивается. Учитывая удалениеКОДВ качестве примера, при использовании активного ила в 1,5% и 2,5% растворах хлорида натрия, показатели удаления ХПК на ранней и поздней стадиях акклимации составляют: 60%, 80% и 40%, 60% соответственно.
2. Разбавьте воду.
Для снижения концентрации соли в биохимической системе поступающую воду можно разбавлять таким образом, чтобы содержание соли было ниже предельно допустимой концентрации, при этом биологическая очистка не будет подавляться. Преимуществом этого метода является простота его эксплуатации и управления; недостатком — увеличение масштабов обработки, инвестиций в инфраструктуру и эксплуатационных расходов.
3. Выберите солеустойчивые бактерии.
Галотолерантные бактерии — это общее название бактерий, способных переносить высокие концентрации соли. В промышленности это в основном облигатные штаммы, которые отбираются и обогащаются. В настоящее время максимально допустимое содержание соли составляет около 5%, и бактерии при этом стабильно работают. Такие сточные воды также считаются высокосолеными. Биохимический метод очистки!
4. Выберите разумный технологический процесс.
Для разных концентраций хлорид-ионов выбираются различные процессы обработки, а анаэробный процесс выбирается соответствующим образом для снижения допустимого диапазона концентрации хлорид-ионов в последующей аэробной секции.
При солености более 5 г/л наиболее экономичным и эффективным методом опреснения является выпаривание и концентрирование. Другие методы, такие как методы культивирования солесодержащих бактерий, имеют проблемы, затрудняющие их применение в промышленной практике.
Компания Lianhua может предложить экспресс-анализатор ХПК для анализа сточных вод с высоким содержанием соли, поскольку наши химические реагенты способны блокировать десятки тысяч помех от ионов хлора.
Дата публикации: 25 января 2024 г.
