1、(6頁(yè))高鹽度(Na+-cl)+鈣離子+鎂離子對(duì)厭氧微生物的抑制氨氮的（厭氧中氨氮抑制）.docx1.厭氧消化過(guò)程抑制因素的研究進(jìn)展夏亞穆，常亮，王偉（青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東青島266042）21312鈣離子Ca2+對(duì)某些產(chǎn)甲烷菌株的生長(zhǎng)至關(guān)重要。但是大量的Ca2+會(huì)形成鈣鹽沉淀物析出，可能導(dǎo)致以下后果：（1）在反應(yīng)器和管道上結(jié)垢；（2）使生物質(zhì)結(jié)垢，降低特定產(chǎn)甲烷菌群的活性；（3）造成營(yíng)養(yǎng)成分的損失和厭氧系統(tǒng)緩沖能力的降低14o2.21313鎂離子Schmidt等15發(fā)現(xiàn)適量的Mg2+能增強(qiáng)上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器中高溫（55e）厭氧污泥的沉降性能、減少被洗出反應(yīng)器的污泥量但是

2、Mg2+對(duì)高溫厭氧污泥產(chǎn)甲烷活性的促進(jìn)作用不是很明顯。他們還發(fā)現(xiàn)Mg2+會(huì)影響高溫厭氧污泥的微生物特征，即Mg2+會(huì)影響污泥中各種微生物的相對(duì)數(shù)量，改變其中的優(yōu)勢(shì)菌16。肖本益等17發(fā)現(xiàn)Mg2+對(duì)厭氧污泥的產(chǎn)氣活性有影響，當(dāng)Mg2+濃度約為310mmol#L-1時(shí)，能夠提高污泥的產(chǎn)氣活性，而超出此范圍時(shí)，對(duì)污泥產(chǎn)氣活性可能有抑制作用。Mg2+提高厭氧污泥產(chǎn)氣活性的機(jī)制可能是Mg2+能夠催化甲烷合成過(guò)程的一步或幾步反應(yīng)另外，Mg2+可能會(huì)影響有機(jī)物與污泥的有效接觸。21314鉀離子K+的毒性作用目前研究還不是很多。低濃度的K+(<400mg#L-1)在中溫和高溫范圍對(duì)厭氧消化有促進(jìn)作用，而

3、高濃度的K+在高溫范圍很容易表現(xiàn)出抑制作用。這是因?yàn)楦邼舛鹊腒會(huì)被動(dòng)進(jìn)入細(xì)胞膜，中和細(xì)胞膜電位18。21315鈉離子當(dāng)Na+濃度在100200mg#L-1范圍時(shí)，對(duì)中溫厭氧菌的生長(zhǎng)是有益的19,因?yàn)镹a+對(duì)三磷酸腺昔的形成或核甘酸的氧化有促進(jìn)作用。Na+濃度過(guò)高時(shí)，Na+很容易干擾微生物的代謝，影響它們的活性20o由于實(shí)驗(yàn)條件的不同，Na+的IC50限制尚無(wú)定論，一般在51653g#L-1范圍內(nèi)。通過(guò)馴化可提高厭氧微生物對(duì)高濃度鈉環(huán)境的適應(yīng)能力。2 .Ca2+對(duì)厭氧處理系統(tǒng)的影響及其治理Ca2+自水中析出、沉淀致使厭氧應(yīng)器中污泥性能下降。我們經(jīng)過(guò)取樣分析主要是CaCO為主，少量CaS,而CaC

4、O的形成主要與水中PH有關(guān)。在PH<7時(shí)，Ca+以游離子態(tài)存在于水中。在PH7-7.5時(shí)，Cm與水中C。開(kāi)始結(jié)合形成CaCQ。在厭氧過(guò)程，進(jìn)水區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，廢水和污泥廣泛接觸污泥中產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌從廢水獲取營(yíng)養(yǎng)，分解出乙酸、甲酸等有機(jī)酸，并產(chǎn)生大量的CH，CO及少量HS。在這一區(qū)域，由于PH是酸性，Caz+不析出，當(dāng)廢水進(jìn)入沉降區(qū)和出水區(qū)時(shí)，這時(shí)由于水中的有機(jī)酸被污泥消化吸收，PH值不斷上升至6.8-7.2,這時(shí)Caz+破壞了H?O與CQ的平衡，CaCO開(kāi)始析出并沉淀，如果這時(shí)反應(yīng)器不能及時(shí)清理出這些小顆粒鈣鹽沉淀物，它將附著在反應(yīng)器設(shè)備上形成Ca垢，或停留在反應(yīng)器污泥中形成Ca?+沙。

5、Caz.主要以鈣鹽沉淀物形式析出，析出的鈣鹽顆粒與水中未被污泥消化的SS結(jié)合成膠質(zhì)狀態(tài)，（出水桶中有一些沉淀-CaCO3）2.2Ca對(duì)厭氧污泥的影響Ca?+析出的鈣鹽沉淀物，有極少部分可作為顆粒污泥的惰性載體，有利于顆粒污泥的形成和生長(zhǎng)。如果鈣鹽顆粒被顆粒污泥吸收過(guò)多，它就如同Ca2+沙一樣，沉降在設(shè)備底部，不能體現(xiàn)顆粒污泥良好的懸浮性，顆粒污泥與廢水之間的傳質(zhì)效果變壞。另外Ca2+沙的形成，它夾雜在污泥之間，占據(jù)了污泥的活動(dòng)空間，使進(jìn)水系統(tǒng)很難對(duì)污泥進(jìn)行攪拌。3 .Na+對(duì)IC反應(yīng)器顆粒污泥影響的試驗(yàn)研究李勇華，周興求，伍健東，牛曉君（華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院廣州510006）摘要：利

6、用取自IC反應(yīng)器的顆粒污泥，研究了Na+濃度對(duì)厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性的影響及其對(duì)COD去除效果和出水揮發(fā)酸的影響，并研究了系統(tǒng)緩沖能力的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Na+會(huì)對(duì)顆粒污泥的活性產(chǎn)生抑制，當(dāng)Na+<10g#L-i時(shí)系統(tǒng)具有足夠的緩沖能力；當(dāng)Na+<12g#L-1時(shí)，有機(jī)物去除率保持在82%以上VFA穩(wěn)定在203643mg#L-1。隨著Na+濃度的增加，所需要的馴化期變長(zhǎng)。馴化期變長(zhǎng)是由于Na+對(duì)厭氧微生物的抑制效應(yīng)在增強(qiáng)，厭氧微生物世代時(shí)間很長(zhǎng)，不能快速地生長(zhǎng)繁殖，而是要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間來(lái)抵御和適應(yīng)新的環(huán)境，特別是需要時(shí)間來(lái)適應(yīng)體內(nèi)酶系統(tǒng)和細(xì)胞的合成。在高Na.濃度條件下，酶的

7、合成速度將會(huì)大大降低，等到酶合成發(fā)揮功能時(shí)會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。并且每次濃度的提高都會(huì)對(duì)微生物造成一定的損害，特別是對(duì)環(huán)境特別敏感的產(chǎn)甲烷菌。32Na+對(duì)有機(jī)物降解的影響圖4為Na+與有機(jī)物降解的關(guān)系?？傮w上隨著NaCl的增加，有機(jī)物的去除率下降，但足夠的馴化時(shí)間可使有機(jī)物去除率仍保持在82%以上,充足的馴化時(shí)間是系統(tǒng)穩(wěn)定恢復(fù)的前提條件，這一結(jié)果與崔有為等研究的結(jié)果相似10。然而，Na+增加帶來(lái)的沖擊將會(huì)使IC顆粒污泥分解，甚至殺滅適應(yīng)能力差的微生物，微生物總量減少，顆粒污泥負(fù)荷增加，出水水質(zhì)變差，造成系統(tǒng)某些部分具有不可恢復(fù)性。35003000.2000-1500；1000-2500隨著Na+的

8、增加有機(jī)物降解速率下降，這可能是由于鹽析作用增強(qiáng)所致。IC顆粒污泥由外到內(nèi)分別為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)酸菌先受到鹽析作用，酶活性下降；當(dāng)鹽析作用超過(guò)了微生物承受能力的時(shí)候，水分子大量滲到體外環(huán)境，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)壁分離，嚴(yán)重者死亡。在一定程度上外層的產(chǎn)酸菌對(duì)產(chǎn)甲烷菌起到了保護(hù)作用,產(chǎn)甲烷菌得以最大限度的保存，從而保證了COD去除率穩(wěn)定在82%以上。Kincannon和Gaudy發(fā)現(xiàn)鹽濃度變化會(huì)導(dǎo)致微生物細(xì)胞組分的分解I”,細(xì)胞分解增加了環(huán)境的COD濃度；相持階段的發(fā)生是細(xì)胞分解和有機(jī)物降解同時(shí)作用的結(jié)果。3 3Na.對(duì)揮發(fā)酸VFA的影響VFA的濃度直接影響廢水處理效果。如圖6所示，提高Na+濃度后的V

9、FA值穩(wěn)定在203643mgL-1°由此可見(jiàn)，在極限濃度內(nèi)，只要馴化時(shí)間足夠，VFA可以控制在一個(gè)安全的范圍之內(nèi)。當(dāng)Na+達(dá)13gL-1時(shí)，VFA突然增加至962mgL-1,系統(tǒng)酸化。300 T100"1 - 丁24681012 H皿91)Na+濃度在低于13gL-i范圍內(nèi)，雖然產(chǎn)甲烷菌對(duì)環(huán)境的變化較為敏感，然而顆粒污泥外層產(chǎn)酸菌對(duì)內(nèi)層產(chǎn)甲烷菌起到了保護(hù)作用，因此反應(yīng)仍能正常進(jìn)行，VFA仍可以控制在一個(gè)安全的范圍之內(nèi)。4 .（好）高鹽度廢水生物處理研究_鄒小玲.pdf局鹽度廢水是指總含鹽（如Na+K+Cl-S。?-等）質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的廢水。在生化處理工藝中，高鹽度會(huì)抑制微生物

10、的生長(zhǎng)，破壞微生物的細(xì)胞膜和菌體的酶，因此會(huì)導(dǎo)致較低的有機(jī)物去除率，增加生物處理的難度。1高鹽度對(duì)生物去除有機(jī)物的影響i.i高鹽度對(duì)好氧廢水處理的影響在好氧生物處理中，高鹽度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1%）可引起微生物的質(zhì)壁分離以至失活，導(dǎo)致有機(jī)物去除率較低。通過(guò)適當(dāng)馴化后活性污泥能夠處理高鹽廢水，通常局限于5%以內(nèi)的鹽度。1.2高鹽度對(duì)厭氧廢水處理的影響高鹽度也會(huì)抑制廢水的厭氧處理，并對(duì)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制。A.Rinzema等報(bào)道產(chǎn)甲烷菌最佳的Na+質(zhì)量濃度大約在0.230.35g/LO高濃度鹽對(duì)產(chǎn)甲烷菌的抑制影響主要來(lái)自陽(yáng)離子，Na+是最普遍的一種，而陰離子的影響較小，但高濃度硫酸鹽也會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌。N

11、a+質(zhì)量濃度超過(guò)1g16g/L會(huì)強(qiáng)烈地抑制甚至中止甲烷的產(chǎn)生。2 高鹽度對(duì)生物脫氮效果的影響對(duì)高鹽廢水中的生物脫氮已有很多研究，高鹽度會(huì)對(duì)硝化菌和反硝化菌產(chǎn)生抑制，但許多研究結(jié)表明，污泥在高鹽環(huán)境有足夠的馴化時(shí)間，使得硝化菌和反硝化菌大量增殖后，系統(tǒng)能夠有較好的脫氮效果。但是關(guān)于鹽對(duì)硝化反硝化的影響還存在一些不一致甚至自相矛盾的結(jié)論。2.1 高鹽度對(duì)硝化反應(yīng)的影響鹽會(huì)抑制硝化菌的生長(zhǎng)，硝化反應(yīng)對(duì)鹽濃度和鹽沖擊都敏感。M.F.Rose等171處理含鹽廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)50g/L的NaCl系統(tǒng)中氨的去除率為48%，而沒(méi)有NaCl的系統(tǒng)氨的去除率高達(dá)94%。G.H.Chen等18發(fā)現(xiàn)鹽度在4.1g/L的Na

12、Cl有利于硝化，但超過(guò)這個(gè)濃度會(huì)下降2.2 鹽度對(duì)反硝化反應(yīng)的影響許多研究證實(shí)高鹽環(huán)境中可以進(jìn)行反硝化反應(yīng)O3 高鹽度對(duì)出水濁度和污泥性能的影響會(huì)引起胞漿分離、高鹽度會(huì)影響出水濁度：（1）高鹽度會(huì)使微生物細(xì)胞產(chǎn)生較高的滲透壓脫水。細(xì)胞的瓦解使得微生物活性喪失或死亡導(dǎo)致污泥顆粒尺寸和密度減少。（2）高鹽度會(huì)減少絲狀菌數(shù)量，而絲狀菌有助于維持絮凝體結(jié)構(gòu)組織的完整。（3）高鹽度會(huì)導(dǎo)致原生動(dòng)物不能正常的存活，而原生動(dòng)物的缺乏會(huì)影響出水濁度。高鹽度會(huì)導(dǎo)致水的密度增加，從而可能導(dǎo)致污泥沉淀性能下降。4 高鹽廢水生物處理措施（1）馴化淡水微生物。鹽對(duì)微生物的活性有抑制作用，但是微生物通過(guò)適度馴化可以抵制鹽的

13、毒性影響。（2）選擇較好的污泥來(lái)源。選擇較好的污泥來(lái)源有利于縮短馴化時(shí)間。選擇耐鹽物種比通過(guò)馴化單一的微生物對(duì)高Na+濃度有更好的適應(yīng)能力。（3）防止鹽度的沖擊變化。鹽濃度較大的變化比逐漸的變化對(duì)生物處理的影響較大，并且降低鹽度比增加鹽濃度對(duì)微生物影響更大。另外，鹽度的突然改變會(huì)使細(xì)胞組織釋放而導(dǎo)致COD增加。（4）接種嗜鹽微生物（5）添加拮抗劑。（6）選擇合適處理工藝。5.高鹽度訃的厭氧抑制影響一一氯化鈉對(duì)高濃度有機(jī)廢水深度厭氧處理過(guò)程中CO去除率影響的研究第二章高鹽廢水厭氧降解機(jī)理理論分析鹽類(lèi)在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中起著促進(jìn)酶反應(yīng)、維持膜平衡和調(diào)節(jié)滲透壓的重要作用。一般而言，低濃度的無(wú)機(jī)鹽對(duì)微生

14、物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，高鹽對(duì)微生物才有抑制作用。在高鹽環(huán)境中，微生物的外界環(huán)境滲透壓較高，造成微生物的代謝酶活性降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)壁分離，甚至死亡。1. 2高鹽廢水生物處理的可行性微生物對(duì)污染物的降解和轉(zhuǎn)化具有巨大的潛能，由于他們獨(dú)特的性質(zhì)決定的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）微生物個(gè)體微小，比表面極大，代謝速度快；（2）微生物種類(lèi)繁多，分布廣泛，且代謝類(lèi)型多樣化；（3）微生物能合成各種降解的酶，并且酶具有專(zhuān)一性、多樣性，微生物可以通過(guò)自身的合成代謝對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行降解；（4）微生物群落存在共同代謝作用，對(duì)非營(yíng)養(yǎng)性的污染物，即使微生物細(xì)胞不需要的物質(zhì)，在特定的底物前提下，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化；由

15、于微生物廣泛的存在于自然界，且種類(lèi)的多樣性，其中一些對(duì)鹽分適應(yīng)性較強(qiáng)的嗜鹽菌種在高鹽廢水的生物處理過(guò)程中占有相當(dāng)重要的地位。在制鹽場(chǎng)、鹽水湖、海水底泥以及食品加工廠等自然高鹽分環(huán)境下存在著豐富多樣的適鹽菌種類(lèi)。這些適鹽菌種中有許多厭氧菌、專(zhuān)性厭氧菌和產(chǎn)甲烷菌，其中一些嗜鹽菌擁有特殊的蛋白質(zhì)和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，其含有大量的帶負(fù)電荷的氨基酸和脂類(lèi)物質(zhì)，使得這些細(xì)菌在細(xì)胞內(nèi)能積累大量帶正電荷的物質(zhì)如Na+、K播。同時(shí)，這些微生物體內(nèi)必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因子的傳遞都與高鹽分環(huán)境中的成分密切相關(guān)，這使得它們?cè)诟啕}分環(huán)境中較好生長(zhǎng)，尤其是在氯化鈉中，且具有與常規(guī)生物處理系統(tǒng)中的微生物同樣的功能特征【6】o這些適

16、鹽微生物的存在為高含鹽量廢水的生物處理提供了保證。另外，一些非嗜鹽菌在受到高鹽度的沖擊時(shí)，會(huì)通過(guò)自身的滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)平衡細(xì)胞內(nèi)的滲透壓或保護(hù)細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)以維持其活性，所以利用常規(guī)細(xì)菌處理高含鹽廢水也是有可能的【7】。2. 1.2鹽對(duì)微生物的抑制原理含鹽廢水主要毒物是無(wú)機(jī)毒物，即高濃度的無(wú)機(jī)鹽。有毒物質(zhì)對(duì)廢水生物處理的影響與毒物的類(lèi)型和濃度有關(guān)，一般隨著濃度升高可分為刺激作用、抑制作用和毒害作用三大類(lèi)。高濃度無(wú)機(jī)鹽對(duì)廢水生物處理的毒害作用主要是通過(guò)升高的環(huán)境滲透壓而破壞微生物的細(xì)胞膜和菌體內(nèi)的酶，從而破壞微生物的生理活動(dòng)。（一）滲透壓對(duì)微生物的影響在等滲透壓溶液中微生物生長(zhǎng)良好。微生物在濃度

17、為50008500mg/L的氯化鈉溶液中，紅血球在濃度為9000mg/L的氯化鈉溶液中形態(tài)和大小不變，并生長(zhǎng)良好；在低滲透壓（氯化鈉7度為100mg/L）下，溶液水分子大量滲入微生物體內(nèi)，使微生物細(xì)胞發(fā)生膨脹，嚴(yán)重者破裂，導(dǎo)致微生物死亡；在高滲透壓（氯化鈉7農(nóng)度為20000m/L）,微生物體內(nèi)水分子大量滲到體外，使細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。（二）鈉離子對(duì)微生物的影響存在于高鹽環(huán)境的微生物，鈉離子對(duì)維持細(xì)胞膜、細(xì)胞壁構(gòu)造和功能有特別重要作用鈉離子與細(xì)胞膜成分發(fā)生特異作用而增強(qiáng)了膜的機(jī)械強(qiáng)度，有利于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。若把嗜鹽菌的細(xì)胞放在蒸儲(chǔ)水中，便會(huì)立即發(fā)生溶菌，要維持細(xì)胞膜的構(gòu)造，鹽類(lèi)的存在是必不可少的

18、，尤其是鈉離子的存在對(duì)阻止嗜鹽菌的溶菌起著重要作用。在細(xì)胞膜的功能方面，嗜鹽菌中氨基酸和糖的能動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)必而影響鈉離子的存在，而且鈉離子作為產(chǎn)能的呼吸反應(yīng)中一個(gè)必需因子起著作用。耐鹽細(xì)菌在低濃度鈉離子存在的情況下，可通過(guò)鈉離子泵產(chǎn)生跨膜的鈉離子梯度，主要參與物質(zhì)運(yùn)輸，調(diào)節(jié)細(xì)胞pH直，形成和維持膜電位。鈉離子被束縛在嗜鹽菌細(xì)胞壁的外表面，起著維持細(xì)胞完整性的重要作用。嗜鹽桿菌的細(xì)胞壁以糖蛋白替代傳統(tǒng)的肽聚糖，這種糖蛋白含有高量酸性的氨基酸，如天門(mén)冬氨酸和谷氨酸形成負(fù)電荷區(qū)域，吸引帶正電荷的鈉離子，當(dāng)維持細(xì)胞壁穩(wěn)定性的鈉離子減小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞壁一塊塊地破裂，摘要:最后嗜鹽菌的細(xì)胞被裂解?！斑^(guò)量”的酸性氨基酸殘基在蛋白表面形成負(fù)電屏蔽，促進(jìn)蛋白在高鹽環(huán)境中的穩(wěn)定。(1)在馴化污泥實(shí)驗(yàn)里，通過(guò)逐步提高容積負(fù)荷和氯離子濃度，馴化出耐氯離子濃度的污泥。當(dāng)進(jìn)水的氯離子濃度在8000mg/L,保持系統(tǒng)的容積負(fù)荷在4.55.0kgCO>(m3d)之間，則系統(tǒng)的CO的去除率可以達(dá)到83%,出水VFAft1.53.Onullol/L,馴化后的污泥能適應(yīng)氯離子濃度的變化。(2)利用啤酒廢水(氯離子濃度50mg/L)人工添加氯化鈉，使得氯離子濃度由50m/L增加到9050m/L,確保