Узнайте больше об очистке сточных вод с высоким содержанием соли и решениях для этого

Сточные воды с высокой соленостью является существенной экологической проблемой, особенно в промышленных условиях, где часто производятся морская вода или побочные продукты с высоким содержанием соли. Понимание производства, воздействия и обработки сточных вод с высоким содержанием соли имеет важное значение для внедрения эффективных решений, которые соответствуют нормативным стандартам и обеспечивают защиту окружающей среды. В этом руководстве описываются основные источники сточных вод с высоким содержанием соли, ингибирующее воздействие неорганических солей на микроорганизмы и новейшие стратегии биологической очистки, используемые для управления солеными сточными водами.

1. Способы получения сточных вод с высоким содержанием солей

1.1 Сточные воды, сбрасываемые путем замены морской воды

Так называемое замещение морской воды заключается в прямой замене пресноводных ресурсов, используемых в определенных случаях, морской водой без опреснения.

В промышленности морская вода может широко использоваться в качестве охлаждающей воды для котлов и применяется в тепловой энергетике, атомной энергетике, нефтехимии, металлургии, сталелитейных заводах и других отраслях промышленности. Годовое потребление морской воды для охлаждения в развитых странах превысило 100 млрд м3. В настоящее время ежегодное использование морской воды в моей стране составляет более 6 млрд м3. Электростанция Циндао начала использовать морскую воду в качестве промышленной охлаждающей воды в 1936 году, и ее история насчитывает более 60 лет. В настоящее время 12 прибрежных предприятий в энергетической, химической, текстильной и других отраслях промышленности Циндао ежегодно используют 837 млн м3 морской воды. Тяньцзинь ежегодно использует 1,8 млрд м3 морской воды. Кроме того, более 70 прибрежных тепловых, атомных, химических, нефтехимических и других предприятий, таких как тепловая электростанция Циньхуандао, тепловая электростанция Хуандао и Шанхайский нефтехимический генеральный завод, напрямую использовали морскую воду различными способами. В таких отраслях, как полиграфия и крашение, производство строительных материалов, щелочи, переработка резины и морепродуктов, морская вода также может использоваться в качестве промышленной производственной воды.

Городская бытовая вода. В городской жизни морская вода может заменить пресную воду в качестве воды для смыва туалетов. В настоящее время уровень проникновения морской воды для смыва в Гонконге достигает более 70%, и в будущем планируется увеличить уровень проникновения до 100%, что сделает его первым городом в мире, использующим морскую воду в качестве воды для смыва туалетов. В некоторых подразделениях таких городов, как Далянь, Тяньцзинь, Циндао и Яньтай, также существует практика использования морской воды для смыва туалетов, но в меньших масштабах.

1.2 Сточные воды промышленного производства

Некоторые отрасли промышленности, такие как полиграфия и крашение, производство бумаги, химикатов и товаров, в процессе производства образуют органические сточные воды с высоким содержанием солей.

1.3 Другие сточные воды с высоким содержанием солей

Судовая балластная вода

Минимизация сточных вод Сточные воды, образующиеся в процессе производства

Бытовые сточные воды, образующиеся на больших судах

2. Принцип ингибирования неорганических солей на микроорганизмы

2.1 Принцип торможения

Основным ядом в соленых сточных водах являются неорганические яды, то есть высокая концентрация неорганических солей.

Влияние токсичных веществ на биологическую очистку сточных вод связано с типом и концентрацией яда. В целом, по мере увеличения концентрации его можно разделить на три категории: стимуляция, ингибирование и токсичность.

Токсическое действие неорганических солей высокой концентрации при биологической очистке сточных вод в основном заключается в разрушении клеточной мембраны микроорганизмов и ферментов бактерий за счет повышенного осмотического давления окружающей среды, что приводит к нарушению физиологической активности микроорганизмов.

① Микроорганизмы хорошо растут при изотоническом давлении. Микроорганизмы в растворах NaCI с массой 5~8,5 г/л и эритроциты в растворах NaCI с массой 9 г/л не меняют форму и размер и хорошо растут; ② При низком осмотическом давлении (ρ(NaCI)=0,1 г/л) большое количество молекул воды в растворе проникает в микроорганизмы, вызывая набухание микробных клеток, а в тяжелых случаях — разрыв, что приводит к гибели микроорганизмов; ③ При высоком осмотическом давлении (ρ(NaCI)=200 г/л) большое количество молекул воды в микроорганизмах проникает в организм, вызывая плазмолиз клеток.

2.2 Выживаемость пресноводных микроорганизмов при различной солености‍

Когда различные микроорганизмы, живущие в пресноводной среде или в сооружениях по очистке пресной воды, инокулируются в среду с высокой соленостью, выживают только некоторые из них. Это своего рода селекция солености для микроорганизмов. Коэффициент выживаемости пресноводных микроорганизмов определяется как 100%. Когда соленость превышает 20 г/л, его коэффициент выживаемости составляет менее 40%. Поэтому, когда соленость превышает 20 г/:л, обычно считается, что ее нельзя обрабатывать различными пресноводными микроорганизмами.

3. Классификация и использование микроорганизмов, адаптированных к соли

Галофильные микроорганизмы: могут переносить определенную концентрацию солевого раствора, но растут в бессолевых условиях, и для их роста не требуется большого количества неорганических солей.

Галофильные микроорганизмы: относятся к бактериям, которые могут расти в условиях высокой солености, и их рост неотделим от среды с высокой соленостью. В зависимости от диапазона хорошей солености роста их можно разделить на три категории.

Морские бактерии: Хороший рост соленость 1-3%

Умеренно галофильные бактерии: Хороший рост соленость 3-15%

Экстремально галофильные бактерии: Хороший рост соленость 15-30%

4. Проблемы, возникающие при биологической очистке сточных вод с высоким содержанием солей

Плохая адаптация к солености

Традиционный метод очистки с использованием активного ила применяется для очистки соленых сточных вод с соленостью менее 2%.

Когда соленая среда сменяется пресноводной, способность ила к адаптации быстро исчезает.

Большое влияние изменений солености

Изменения солености на 0,5–2% обычно вызывают серьезные помехи в работе системы очистки.

Внезапные изменения солености влияют на систему сильнее, чем постепенные изменения солености. Влияние перехода от высокой солености к отсутствию соли сильнее, чем влияние перехода от среды с низким содержанием соли к среде с высоким содержанием соли.

Медленная скорость деградации

По мере увеличения солености скорость разложения органических веществ снижается, поэтому низкий показатель F/M больше подходит для очистки соленых сточных вод.

5. Меры противодействия биологической очистке сточных вод с высоким содержанием солей‍

5.1 Одомашнивание пресноводных микроорганизмов

Когда микроорганизмы, адаптированные к жизни в пресноводных биологических очистных сооружениях, попадают в соленую среду определенной концентрации, они будут уравновешивать осмотическое давление в клетке или защищать протоплазму в клетке с помощью собственного механизма регуляции осмотического давления. Эти механизмы регуляции включают агрегацию низкомолекулярных веществ для формирования нового внеклеточного защитного слоя, регуляцию собственных метаболических путей, изменение генетического состава и т. д. Таким образом, обычный активированный ил может очищать соленые сточные воды в определенном диапазоне солености путем одомашнивания в течение определенного периода времени.

Хотя ил может улучшить диапазон солеустойчивости системы и повысить эффективность очистки системы посредством одомашнивания, микроорганизмы в одомашненном иле имеют ограниченный диапазон толерантности к солености и чувствительны к изменениям окружающей среды. При изменении солености среды способность микроорганизмов к адаптации немедленно исчезает. Одомашнивание является лишь временной физиологической адаптацией микроорганизмов к окружающей среде и не имеет генетических характеристик. Эта адаптивная чувствительность очень неблагоприятна для реализации проектов по очистке сточных вод.

Исследования показали, что одомашнивание солености может быть использовано для очистки соленых сточных вод в условиях солености менее 20 г/л. Однако концентрацию солености одомашнивания следует постепенно увеличивать, а систему следует одомашнивать до требуемого уровня солености поэтапно. Внезапная высокая соленость окружающей среды приведет к сбою акклиматизации и задержке запуска.

5.2 Разбавленная соленость приточного потока

Поскольку высокая соль становится ингибитором и ядом для микроорганизмов, приток следует разбавить, чтобы сделать соленость ниже порогового значения токсичности, и биологическая очистка не будет ингибирована. Этот метод прост, удобен в эксплуатации и управлении; его недостатками являются увеличение масштаба очистки, увеличение инвестиций в инфраструктуру, увеличение эксплуатационных расходов и растрата водных ресурсов.

5.3 Использование микроорганизмов, адаптированных к соли

Инокуляция или иммобилизация генов адаптированных к соли микроорганизмов для очистки сточных вод с высокой соленостью является эффективным методом очистки. Этот метод может очищать более 3% сточных вод с высокой соленостью, чего невозможно достичь с помощью различных методов акклиматизации. Некоторые адаптированные к соли бактерии, выбранные для удаления определенных загрязняющих веществ, могут обладать высокой специфической способностью к деградации, что значительно улучшает эффект очистки. Скрининговый инокулят поступает из активных веществ в отложениях океана или эстуария, субстрате соляных полей и других средах с высокой соленостью. Скрининг часто имеет определенные процедуры и генетические меры.

Недостатками этого метода являются длительное время запуска и высокие первоначальные затраты на запуск. Тем не менее, это возможный метод биологической очистки сточных вод с высокой соленостью. 5.4 Добавление антагонистов Антагонизм относится к ситуации, когда токсическое действие яда уменьшается за счет присутствия или увеличения другого вещества. Из рисунка видно, что токсическое действие яда уменьшается с увеличением низкой концентрации другого вещества, а после хорошего состояния скорость реакции уменьшается с дальнейшим увеличением концентрации антагониста. Текущие исследования показали, что K будет оказывать антагонистическое действие на Na, снижая токсическое действие соли Na на микроорганизмы. Эффект поглощения калия и выделения натрия Основным принципом может быть функция обратного транспорта Na+/K+. Хотя бактериям для роста нужна среда с высоким содержанием натрия, концентрация Na в клетке невысока. Например, светоопосредованный протонный насос H+ у Halobacterium выполняет функцию обратного транспорта Na+/K+, то есть обладает способностью поглощать и концентрировать K+ и выводить Na+ во внеклеточное пространство. K+, как совместимое растворенное вещество, может регулировать осмотическое давление для достижения баланса между внутренней и внешней средой клетки. Его концентрация достигает 7 моль/л для поддержания одинаковой активности воды внутри и снаружи. Например, галофильные анаэробные бактерии, галофильные серовосстанавливающие бактерии и галофильные археи накапливают высокие концентрации K+ в клетке, чтобы противостоять гипертонической среде вне клетки. Например, обратный переносчик Na+/K+ у дрожжей может выводить избыток соли из организма и улучшать солеустойчивость дрожжей.

5.5 Выбор подходящего процесса обработки

Различные процессы обработки влияют на диапазон солеустойчивости микроорганизмов. Ниже приведены предельные количества концентрации NaCl в нескольких известных биологических методах очистки.

Исследования в целом полагают, что процесс биопленки имеет большую солеустойчивость, чем процесс с использованием взвешенного активированного ила. Кроме того, добавление анаэробной стадии может значительно увеличить диапазон солеустойчивости последующей аэробной стадии.

6. Требования к проектированию биологической очистки сточных вод с высоким содержанием солей

6.1 Добавить бак для регулирования солености

Изменения солености оказывают большое влияние на стабильность системы, что проявляется в резком падении эффективности очистки и большой потере ила. При проектировании следует установить регулирующий резервуар для обеспечения относительной стабильности солености. Устройства контроля проводимости могут быть установлены на входе и выходе регулирующего резервуара для усиления онлайн-контроля и обратной связи по солености, чтобы предотвратить отказ системы очистки из-за соленого шока.

6.2 Уменьшение нагрузки на ил

Соленость снижает скорость биодеградации, поэтому проектная нагрузка должна быть относительно снижена. Многие исследования показали, что индекс ила уменьшается в среде с высокой соленостью, поэтому нет необходимости беспокоиться о расширении ила, вызванном слишком низкой нагрузкой.

6.3 Увеличить концентрацию ила

Осадок, обработанный высоким содержанием соли, имеет плохую коагуляцию и серьезные потери ила. Поэтому высокая концентрация ила должна быть гарантирована в проекте. Это также является средством повышения эффективности обработки. Также возможно обеспечить дополнительные запасы ила при проектировании резервуара для уплотнения ила и быстро пополнять его при потере ила.

6.4 Увеличить время пребывания осветлителя

Высокое содержание соли влияет на способность к коагуляции, поэтому более длительное время удерживания способствует осаждению ила.

6.5 Увеличьте объем аэрации

Адаптация микроорганизмов к высокосолевой среде проявляется в увеличении скорости аэробного дыхания, поэтому дыхание вызовет дополнительное потребление кислорода. Увеличение концентрации растворенного кислорода в воде благоприятно для метаболизма микроорганизмов. Обеспечить их физиологические потребности для адаптации к высокосолевой среде.

Заключение

Очистка сточных вод с высоким содержанием соли представляет собой уникальную задачу, но с развитием методов биологической очистки можно добиться эффективного и устойчивого управления сточными водами. Принимая такие стратегии, как одомашнивание микроорганизмов, использование адаптированных к соли штаммов и оптимизация процессов очистки, промышленность может снизить воздействие своей деятельности на окружающую среду, соблюдая при этом нормативные требования. Благодаря постоянным исследованиям и инновациям в этой области очистка сточных вод с высоким содержанием соли будет продолжать совершенствоваться, предоставляя более эффективные решения как для промышленности, так и для муниципалитетов.