Waarom is afvalwater met een hoog zoutgehalte zo moeilijk te behandelen? We moeten eerst begrijpen wat afvalwater met een hoog zoutgehalte is en welke impact het heeft op het biochemische systeem! Dit artikel bespreekt alleen de biochemische behandeling van afvalwater met een hoog zoutgehalte!
1. Wat is afvalwater met een hoog zoutgehalte?
Hoogzout afvalwater verwijst naar afvalwater met een totaal zoutgehalte van ten minste 1% (gelijk aan 10.000 mg/L). Het is voornamelijk afkomstig van chemische fabrieken en de winning en verwerking van olie en aardgas. Dit afvalwater bevat een verscheidenheid aan stoffen (waaronder zouten, oliën, organische zware metalen en radioactieve materialen). Zout afvalwater wordt geproduceerd door een breed scala aan bronnen en de hoeveelheid neemt jaar na jaar toe. Het verwijderen van organische verontreinigingen uit zout afvalwater heeft een belangrijke impact op het milieu. Biologische methoden worden gebruikt voor de behandeling. Hoge zoutconcentraties hebben een remmende werking op micro-organismen. Fysische en chemische methoden voor de behandeling vereisen grote investeringen en hoge operationele kosten, en het is moeilijk om het gewenste zuiveringseffect te bereiken. Het gebruik van biologische methoden voor de behandeling van dergelijk afvalwater staat nog steeds centraal in het onderzoek in binnen- en buitenland.
De soorten en chemische eigenschappen van organisch materiaal in organisch afvalwater met een hoog zoutgehalte variëren sterk afhankelijk van het productieproces, maar de aanwezige zouten zijn voornamelijk zouten zoals Cl-, SO42-, Na+ en Ca2+. Hoewel deze ionen essentiële voedingsstoffen zijn voor de groei van micro-organismen, spelen ze een belangrijke rol bij het bevorderen van enzymatische reacties, het handhaven van de membraanbalans en het reguleren van de osmotische druk tijdens de groei van micro-organismen. Echter, als de concentratie van deze ionen te hoog is, heeft dit remmende en toxische effecten op micro-organismen. De belangrijkste gevolgen zijn: een hoge zoutconcentratie, een hoge osmotische druk, uitdroging van microbiële cellen, wat leidt tot afscheiding van het celprotoplasma; uitzouting vermindert de dehydrogenase-activiteit; hoge chloride-ionen zijn toxisch voor bacteriën; een hoge zoutconcentratie verhoogt de dichtheid van het afvalwater, waardoor actief slib gemakkelijk opdrijft en verloren gaat, wat de zuiveringswerking van het biologische zuiveringssysteem ernstig beïnvloedt.
2. Effect van zoutgehalte op biochemische systemen
1. Leidt tot uitdroging en dood van micro-organismen
Bij hogere zoutconcentraties zijn veranderingen in de osmotische druk de voornaamste oorzaak. Het inwendige van een bacterie is een semi-gesloten omgeving. Om te overleven moet de bacterie nuttige stoffen en energie uitwisselen met de buitenwereld. Tegelijkertijd moet ze voorkomen dat de meeste externe stoffen binnendringen om de interne biochemie niet te beschadigen. Dit leidt tot verstoring en belemmering van de respons.
De toename van de zoutconcentratie zorgt ervoor dat de concentratie van de oplossing binnenin de bacterie lager wordt dan in de buitenwereld. Bovendien gaat er, doordat water zich verplaatst van een lage naar een hoge concentratie, een grote hoeveelheid water verloren in de bacterie. Dit veroorzaakt veranderingen in hun interne biochemische reactieomgeving, waardoor hun biochemische reactieproces uiteindelijk wordt verstoord en de bacterie afsterft.
2. Het verstoren van het absorptieproces van microbiële stoffen en het blokkeren van hun dood.
Het celmembraan heeft de eigenschap van selectieve permeabiliteit, waardoor het stoffen filtert die schadelijk zijn voor de levensactiviteiten van bacteriën en stoffen absorbeert die gunstig zijn voor hun levensactiviteiten. Dit absorptieproces wordt direct beïnvloed door de concentratie van de oplossing, de zuiverheid van het materiaal, enzovoort, van de externe omgeving. De toevoeging van zout verstoort of blokkeert de absorptieomgeving van de bacteriën, waardoor de levensactiviteit van de bacteriën uiteindelijk wordt geremd of ze zelfs afsterven. Deze situatie varieert sterk afhankelijk van de individuele bacterieomstandigheden, de soort, het type zout en de zoutconcentratie.
3. Vergiftiging en dood van micro-organismen
Sommige zouten dringen samen met de bacteriën het binnenste van het lichaam binnen en verstoren hun interne biochemische reactieprocessen. Andere zouten reageren met het celmembraan van de bacterie, waardoor de eigenschappen ervan veranderen en de bacteriën niet langer beschermd zijn of bepaalde schadelijke stoffen niet meer kunnen absorberen. Hierdoor wordt de vitaliteit van de bacteriën geremd of sterven ze af. Zware metaalzouten zijn hiervan een representatief voorbeeld, en sommige sterilisatiemethoden maken gebruik van dit principe.
Onderzoek toont aan dat de impact van een hoog zoutgehalte op de biochemische behandeling zich voornamelijk in de volgende aspecten manifesteert:
1. Naarmate het zoutgehalte toeneemt, wordt de groei van actief slib beïnvloed. De veranderingen in de groeicurve zijn als volgt: de aanpassingsperiode wordt langer; de groeisnelheid in de logaritmische groeifase wordt lager; en de duur van de vertragingsfase wordt langer.
2. Zoutgehalte versterkt de microbiële ademhaling en cellysis.
3. Zoutgehalte vermindert de biologische afbreekbaarheid en afbreekbaarheid van organisch materiaal. Het verlaagt de verwijderingssnelheid en de afbraaksnelheid van organisch materiaal.
3. Hoe hoog kan de zoutconcentratie in het biochemische systeem zijn?
Volgens de “Waterkwaliteitsnorm voor afvalwater dat in stedelijke rioleringen wordt geloosd” (CJ-343-2010) moet de kwaliteit van afvalwater dat in stedelijke rioleringen wordt geloosd, bij binnenkomst in een rioolwaterzuiveringsinstallatie voor secundaire behandeling voldoen aan de eisen van klasse B (tabel 1), waarbij chloor 600 mg/L en sulfaat 600 mg/L mogen bedragen.
Volgens bijlage 3 van de “Code voor het ontwerp van buitenafwatering” (GBJ 14-87) (GB50014-2006 en 2011 edities specificeren geen zoutgehalte), “Toelaatbare concentratie van schadelijke stoffen in het inlaatwater van biologische zuiveringsinstallaties”, is de toelaatbare concentratie natriumchloride 4000 mg/L.
Uit praktijkgegevens blijkt dat wanneer de chlorideconcentratie in afvalwater hoger is dan 2000 mg/L, de activiteit van micro-organismen wordt geremd en de COD-verwijderingssnelheid aanzienlijk afneemt; wanneer de chlorideconcentratie in afvalwater hoger is dan 8000 mg/L, neemt het slibvolume toe. Door de uitzetting ontstaat er een grote hoeveelheid schuim op het wateroppervlak en sterven de micro-organismen één voor één af.
Onder normale omstandigheden kunnen we chloride-ionenconcentraties van meer dan 2000 mg/L en een zoutgehalte van minder dan 2% (equivalent aan 20000 mg/L) behandelen met de actiefslibmethode. Hoe hoger het zoutgehalte, hoe langer de acclimatisatietijd. Houd er echter rekening mee dat het zoutgehalte van het inkomende water stabiel moet zijn en niet te veel mag fluctueren, anders kan het biochemische systeem dit niet verdragen.
4. Maatregelen voor de biochemische behandeling van afvalwater met een hoog zoutgehalte
1. Domesticatie van actief slib
Wanneer het zoutgehalte lager is dan 2 g/L, kan zout afvalwater gezuiverd worden door middel van domesticatie. Door het zoutgehalte van het biochemische voedingswater geleidelijk te verhogen, zullen micro-organismen de osmotische druk in de cellen in evenwicht brengen of het protoplasma in de cellen beschermen door middel van hun eigen osmotische drukregulerende mechanismen. Deze regulatiemechanismen omvatten onder andere de accumulatie van stoffen met een laag moleculair gewicht om een nieuwe extracellulaire beschermlaag te vormen en zichzelf te reguleren. Ook metabolische processen, veranderingen in de genetische samenstelling, enzovoort spelen hierbij een rol.
Normale actieve slib kan dus, door middel van domesticatie gedurende een bepaalde periode, afvalwater met een hoog zoutgehalte binnen een bepaald bereik zuiveren. Hoewel actieve slib door domesticatie het zouttolerantiebereik van het systeem kan vergroten en de zuiveringsefficiëntie kan verbeteren, hebben de micro-organismen in actief slib een beperkte tolerantie voor zout en zijn ze gevoelig voor veranderingen in de omgeving. Wanneer de chlorideconcentratie plotseling verandert, verdwijnt het aanpassingsvermogen van de micro-organismen onmiddellijk. Domesticatie is slechts een tijdelijke fysiologische aanpassing van de micro-organismen aan de omgeving en heeft geen genetische eigenschappen. Deze aanpassingsgevoeligheid is zeer nadelig voor de afvalwaterzuivering.
De acclimatisatietijd van actief slib bedraagt over het algemeen 7-10 dagen. Acclimatisatie kan de tolerantie van slibmicro-organismen voor zoutconcentraties verbeteren. De afname van de concentratie actief slib in de beginfase van de acclimatisatie wordt veroorzaakt door de toename van de zoutoplossing, wat de micro-organismen vergiftigt en de dood van sommige micro-organismen tot gevolg heeft. Dit duidt op een negatieve groei. In de latere fase van de acclimatisatie beginnen de micro-organismen die zich aan de veranderde omgeving hebben aangepast zich te vermenigvuldigen, waardoor de concentratie actief slib toeneemt. Het verwijderen vanKABELJAUWBij actief slib in 1,5% en 2,5% natriumchlorideoplossingen, bijvoorbeeld, zijn de COD-verwijderingspercentages in de vroege en late acclimatisatiefase respectievelijk: 60%, 80% en 40%, 60%.
2. Verdun het water
Om de zoutconcentratie in het biochemische systeem te verlagen, kan het inkomende water worden verdund tot een zoutgehalte onder de toxiciteitsgrenswaarde, zodat de biologische zuivering niet wordt belemmerd. Het voordeel hiervan is dat de methode eenvoudig en gemakkelijk te bedienen en te beheren is; het nadeel is dat het de verwerkingsschaal, de investeringen in infrastructuur en de operationele kosten verhoogt.
3. Kies voor zouttolerante bacteriën
Halotolerante bacteriën is een algemene term voor bacteriën die hoge zoutconcentraties kunnen verdragen. In de industrie worden voornamelijk obligate stammen gebruikt die worden geselecteerd en verrijkt. Momenteel kunnen ze een maximaal zoutgehalte van ongeveer 5% verdragen en stabiel blijven functioneren. Het wordt ook beschouwd als een soort afvalwater met een hoog zoutgehalte. Een biochemische behandelingsmethode!
4. Kies een redelijke processtroom
Voor verschillende concentraties chloride-ionen worden verschillende behandelingsprocessen gekozen, waarbij het anaërobe proces op passende wijze wordt geselecteerd om de tolerantiegrens voor de chloride-ionenconcentratie in het daaropvolgende aërobe gedeelte te verkleinen.
Bij een zoutgehalte van meer dan 5 g/L is verdamping en concentratie voor ontzilting de meest economische en effectieve methode. Andere methoden, zoals methoden voor het kweken van zouttolerante bacteriën, hebben problemen die ze moeilijk toepasbaar maken in de industriële praktijk.
Het bedrijf Lianhua kan een snelle COD-analysator leveren voor het testen van afvalwater met een hoog zoutgehalte, omdat ons chemisch reagens de interferentie van tienduizenden chloride-ionen kan afschermen.
Geplaatst op: 25 januari 2024
