Zichao Wang等把生物膜和活性污泥放入同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行耐鹽馴化，考察它們的硝化速率后發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)水含鹽量的提高，生物膜的受抑制程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于活性污泥，類似地，Huining Zhang等利用高通量檢測(cè)30 g/L鹽分下活性污泥與生物膜內(nèi)微生物群落的種群結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)不適于在30 g/L鹽分生長(zhǎng)的脫氮菌依然存活于生物膜中。

這些都說明生物膜的存在保護(hù)了不耐鹽的微生物，使微生物活性和脫氮性能提高。

S. Corsino等把嗜鹽活性污泥分別放入AGS和SBR兩種反應(yīng)器中接種，AGS以好氧顆粒污泥運(yùn)行方式逐漸顆?；?，SBR以活性污泥方式保持不變。因?yàn)槭怯猛皇塞}污泥接種，兩個(gè)反應(yīng)器在30 g/L下雖污泥形態(tài)不一樣，但脫氮效果相當(dāng)且菌群一致。當(dāng)提升鹽分至70 g/L時(shí)，AGS和SBR對(duì)氨氮的去除效果分別降低至51%和43%，其氨氮降解速率下降程度也與Zichao Wang等類似，出現(xiàn)明顯不同的下降幅度，得出活性污泥顆?；蛐纬缮锬じm合于高鹽環(huán)境下運(yùn)行，F(xiàn)ang Fang等也有類似的發(fā)現(xiàn)。

綜上所述，高鹽環(huán)境下生物膜或污泥顆?；欣谖⑸锏姆敝成L(zhǎng)，硝化菌在生物膜內(nèi)相比于在活性污泥內(nèi)更能抵抗有害環(huán)境的影響，這一點(diǎn)在顆粒污泥中更加明顯，因?yàn)榛钚晕勰嗨缮⒌慕Y(jié)構(gòu)更容易使脫氮菌質(zhì)壁分離導(dǎo)致死亡，造成脫氮效果變差。

提高生物量增加了反應(yīng)器的脫氮性能，這是因?yàn)樵诜磻?yīng)器容積不變的情況下，利用生物膜或MBR工藝，可以明顯提高單位體積內(nèi)反應(yīng)器的污泥濃度。

即使高鹽環(huán)境會(huì)對(duì)脫氮菌產(chǎn)生抑制，污泥濃度的提高也會(huì)使反應(yīng)器運(yùn)行起來并取得良好的脫氮效果。

另一方面，硝化菌生物多樣性的提高會(huì)使脫氮有多種途徑，比較常見的有自養(yǎng)與異養(yǎng)的硝化菌和反硝化菌，以及Anammox等。

如果運(yùn)行條件得當(dāng)(如溶解氧梯度變化)，這些菌在生物膜或顆粒污泥中可以同時(shí)存在，多種脫氮路徑的出現(xiàn)就會(huì)大大強(qiáng)化反應(yīng)器脫氮性能。

Huining Zhang等在相同條件下運(yùn)行活性污泥和固定式生物膜兩種反應(yīng)器，發(fā)現(xiàn)在60 g/L鹽分下生物膜中微生物豐富度和多樣性指數(shù)均優(yōu)于活性污泥，并且生物膜脫氮效果優(yōu)于活性污泥。

然而可以耐受更高鹽度的脫氮菌只有少數(shù)，鹽度越高，脫氮菌種多樣性越低，保護(hù)脫氮菌的生物膜隨著鹽度的提升，效果也越來越弱，這就導(dǎo)致當(dāng)上升至某一鹽度以上時(shí)微生物多樣性優(yōu)勢(shì)不復(fù)存在，脫氮效果急劇下降。

L. Quartaroli等在SBR中培養(yǎng)AGS，當(dāng)鹽度從0上升至30 g/L時(shí)，Shannon指數(shù)從4.14下降至2.56，鹽分上升至40 g/L時(shí)，氨氮去除率下降至60%左右；

類似地，Jianhang Qu等利用多級(jí)接觸氧化處理高鹽氨氮廢水時(shí)，當(dāng)鹽分從35 g/L上升至70 g/L時(shí)，第1、3、5、7格室內(nèi)生物膜的Shannon指數(shù)分別從3.89、4.71、4.69、5.29下降至3.57、2.77、3.84、4.00，對(duì)進(jìn)水氨氮的去除率也從60%下降至20%以下。

Chengliang Liu等在上流式固定床中形成Anammox生物膜對(duì)氨氮進(jìn)行處理，由于菌種比較單一，其在35.06 g/L鹽度下去除效果迅速下降，而普通的生物膜工藝(序號(hào)11~15)在50 g/L才會(huì)出現(xiàn)這種情況。

脫氮菌隨著環(huán)境中的鹽度提升，其產(chǎn)率系數(shù)下降和對(duì)氨氮利用率變低，致使增殖能力下降，世代周期延長(zhǎng)。

生物膜可以使微生物有一個(gè)較長(zhǎng)的世代周期，而MBR膜組件完全截留微生物使污泥齡方便控制，所以這兩種工藝提供了防止耐鹽脫氮菌流失的優(yōu)點(diǎn)，故相比傳統(tǒng)活性污泥法，耐鹽馴化時(shí)間更短，能夠在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)新的高鹽環(huán)境。

在上文中所提到的AGS和SBR兩種反應(yīng)器中，S. Corsino等將鹽分從30 g/L提升至70 g/L時(shí)AGS和SBR的去除氨氮效果急劇下降，不同的是AGS在第18天恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，SBR則需要27 d才可以完成。

Zichao Wang等在生物膜與活性污泥的耐鹽馴化實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，耐鹽脫氮菌在生物膜中所占的比例均高于活性污泥，這表明大量的耐鹽脫氮菌富集在生物膜中。

類似地，F(xiàn)ang Fang等將Anammox污泥顆粒化后，其在135 d內(nèi)就可在30 g/L氯化鈉鹽度下有良好的脫氮效果，相比Anammox活性污泥(工藝6~7)，其耐鹽馴化時(shí)間大大縮減。

三、生物法處理含鹽氨氮廢水時(shí)常見問題解決方案

亞硝酸鹽氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria，NOB)和氨氧化菌(ammonia-oxidizing bacteria，AOB)都會(huì)在高鹽環(huán)境中被抑制，而NOB相比AOB更容易受到鹽度的影響，導(dǎo)致AOB產(chǎn)生的亞硝酸鹽無法被NOB及時(shí)有效地降解成硝酸鹽，因此在含鹽氨氮廢水運(yùn)行過程中亞硝酸鹽積累是一個(gè)普遍現(xiàn)象。

M. Pronk等利用AGS處理含鹽氨氮廢水，發(fā)現(xiàn)AOB不受20 g/L以下氯化鈉鹽度的影響，而NOB在20 g/L鹽度下完全被抑制，亞硝酸鹽出現(xiàn)了大量的積累。

Yueshu Gao等利用生物膜降解含鹽氨氮廢水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水中氯化鈉從0上升至35 g/L時(shí)，AOB活性沒有任何影響，NOB被嚴(yán)重抑制，只有把鹽分控制在15~25 g/L范圍內(nèi)，亞硝酸鹽積累現(xiàn)象才會(huì)慢慢消失。

簡(jiǎn)陳生使用MBR對(duì)含鹽氨氮廢水進(jìn)行處理，NOB在30.5~51.02 g/L鹽度范圍一直處于被抑制狀態(tài)。

趙佳偉等以亞硝酸鹽為唯一氮源，發(fā)現(xiàn)將鹽分提升至40 g/L時(shí)，亞硝酸鹽可以有99%去除率，而再提升至60 g/L時(shí)，對(duì)亞硝酸鹽的去除效果并不會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間好轉(zhuǎn)。

分析這些生物膜、AGS和MBR工藝中NOB的表現(xiàn)，可以知道亞硝酸鹽積累成了高鹽氨氮廢水生物法處理時(shí)常見的難題，但是將鹽分控制在一定范圍之內(nèi)亞硝酸鹽積累還是可以得到解決。

相對(duì)地，強(qiáng)化NOB效果去解決亞硝酸鹽積累問題，不如利用NOB的耐鹽性較差的特點(diǎn)，徹底抑制NOB，比如通過改變反應(yīng)器工況條件來建立短程硝化-反硝化或短程硝化-Anammox脫氮途徑，從而去解決這一問題。

S. Corsino等利用AGS成功在50 g/L鹽度下對(duì)廢水中的氨氮取得90%以上的去除率，研究發(fā)現(xiàn)其脫氮機(jī)理是亞硝化-反硝化過程。

類似地，魏良良和Zonglian She等也實(shí)現(xiàn)了這種高鹽下部分硝化-反硝化的脫氮途徑。

高鹽環(huán)境下，微生物的生長(zhǎng)和代謝能力的降低造成了生物產(chǎn)量減少，若反應(yīng)器中污泥濃度比較穩(wěn)定，排除的污泥量就會(huì)變少，這就導(dǎo)致了高鹽氨氮廢水生物法處理的污泥齡延長(zhǎng)。

延長(zhǎng)的污泥齡雖然有助于生物多樣性的提高，從而增強(qiáng)脫氮能力，但是在高鹽環(huán)境下，過長(zhǎng)的污泥齡會(huì)令污泥中難生物降解物質(zhì)增加，以MLVSS/MLSS下降的形式表現(xiàn)出來，反而使脫氮能力降低。

S. Corsino等發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行AGS處理含鹽氨氮廢水時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中顆粒污泥從黃色光滑形態(tài)慢慢演變成了棕色不規(guī)則形態(tài)，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束MLVSS/MLSS下降至50%左右。

隨后S. Corsino等為了解決污泥中難生物降解物質(zhì)增加現(xiàn)象，讓活性污泥和AGS分別在14 d和27 d兩種污泥齡下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)污泥齡從27 d降低至14 d時(shí)，活性污泥中的難生物降解物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從35%降低至27%，好氧顆粒污泥中MLVSS/MLSS值從45%升高至65%，兩種工藝的生物活性也得到了提高，表明較低的污泥齡確實(shí)能夠使難生物降解物質(zhì)在污泥中的比例降低從而增強(qiáng)脫氮效果。

利用生物法處理含鹽廢水時(shí)，隨著鹽分的升高，不能適應(yīng)高鹽環(huán)境的微生物會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離等嚴(yán)重危害微生物生存的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為絲狀菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物種類大幅度減少甚至消失。

絲狀菌的減少會(huì)引起顆粒污泥的結(jié)構(gòu)變得破碎，活性污泥中的菌膠團(tuán)變得松散，導(dǎo)致輕質(zhì)的污泥或游離菌體漂浮在液面上，另一方面較少的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物令游離菌體、有機(jī)顆粒不能被及時(shí)地清除，進(jìn)一步導(dǎo)致了上清液渾濁現(xiàn)象。

這種出水濁度加重現(xiàn)象，既不利于泥水分離，又會(huì)造成反應(yīng)系統(tǒng)中微生物大量流失，造成系統(tǒng)對(duì)氨氮處理效果變差。

這種問題雖然可以用MBR工藝完全截留微生物的特性得到解決，但是會(huì)相應(yīng)地增加更多的膜污染，是一個(gè)亟須解決的難點(diǎn)。

宋偉龍為了解決高鹽環(huán)境下污泥絮體崩潰以及微生物活性受抑制現(xiàn)象，進(jìn)而引起除污性能下降和膜污染加劇的問題，利用生物膜工藝保護(hù)微生物，在有效保護(hù)微生物的同時(shí)還可以對(duì)使?jié)岫茸兏叩纳镔|(zhì)進(jìn)行吸附降解，使膜污染周期從10 d延長(zhǎng)至44 d，上清液渾濁問題得到一定控制。

Hanqing Wang等觀察MBR和生物膜MBR兩種反應(yīng)器的膜污染情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著廢水中鹽度從0升至60 g/L時(shí)，MBR系統(tǒng)在短短幾天之內(nèi)跨膜壓差超過30 kPa，而生物膜MBR則顯示出良好的抗膜污染能力，可以說明生物膜確實(shí)能夠有效地對(duì)引起濁度變高的物質(zhì)進(jìn)行吸附和降解。

在高鹽環(huán)境下，脫氮菌極為敏感，這不僅使其用于異化代謝的生物能過少，造成出水氨氮變高，還會(huì)令其自身生長(zhǎng)變得緩慢從而延長(zhǎng)了耐鹽馴化時(shí)間。

如表 1所示，不同的工藝耐鹽馴化所用的時(shí)間有快有慢，其中Anammox最慢，這可能是因?yàn)槠浔旧淼氖来芷陂L(zhǎng)于其他菌群，導(dǎo)致耐鹽菌不能很快富集，活性污泥法次之，生物膜與復(fù)合工藝所用的耐鹽馴化時(shí)間相對(duì)其他兩種較快。

然而，相同的工藝使用類似的反應(yīng)器上升到相近的鹽分所用的馴化時(shí)間也有不小的差異，這可以推斷出在耐鹽馴化過程中還是有一定的科學(xué)規(guī)律可循，找出其特點(diǎn)可以在較短的時(shí)間內(nèi)提升最大的鹽分，節(jié)約寶貴的時(shí)間。

趙佳偉等通過耐鹽馴化建立鹽度分別為10、20、40 g/L的三種生物膜反應(yīng)器，得出當(dāng)鹽分小于20 g/L時(shí)該種反應(yīng)器不需要梯度升鹽，可直接啟動(dòng)并能夠在一個(gè)月內(nèi)獲得成熟的硝化生物膜達(dá)到良好的脫氮效果。

S. Navada等為了縮短生物膜反應(yīng)器耐鹽馴化所用的時(shí)間，建立四種不同的升鹽速率，分別為每日增加1、2、6、15 g/L溶解鹽，提升到32 g/L時(shí)停止。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)40 d后以每日15 g/L的升鹽速率其降解氨氮的能力最高，而1 g/L的升鹽速率反而降解效果最差，這說明鹽分的提高并不是越慢越好，科學(xué)升鹽才可以有理想的處理效果。

四、總結(jié)

(1) 通過對(duì)各種工藝的運(yùn)行效果進(jìn)行分析，得出傳統(tǒng)活性污泥法不適用對(duì)高鹽氨氮廢水進(jìn)行處理，以生物膜、污泥顆?；湍そM件這些生物強(qiáng)化方法處理鹽度超過35 g/L的高鹽氨氮廢水是可行的。

(2) 分析了工藝有效脫氮方法，得出延長(zhǎng)合適的污泥齡、提高生物量和微生物多樣性并以生物膜的形式運(yùn)行反應(yīng)器可以大幅度地提升反應(yīng)器在高鹽下的脫氮性能。

(3) 列舉出了生物法處理含鹽氨氮廢水時(shí)，會(huì)出現(xiàn)溶液中亞硝酸鹽積累、污泥中無機(jī)鹽積累、上清液渾濁和耐鹽馴化時(shí)間長(zhǎng)等問題，并給出了合理的建議。