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海水利用的途徑主要是海水淡化和海水直接利用。直接利用包括海水沖廁、洗浴、空調等生活用水〔1〕。隨著我國海水利用的大幅度發展，海水被用于景觀、消防、海水源熱泵等居民生活方面〔2〕。但海水利用后的處理問題也隨之而來。由于廢水的鹽度較高，傳統的生化法常規處理工藝處理效率降低〔3〕。固定化微生物技術使用化學或物理的手段將游離微生物定位于限定的載體空間領域，并使其保持活性，反復利用〔4〕。目前，固定化生物技術應用于高濃度有機〔5〕、廢水〔6〕、養殖廢水〔7〕、含油廢水〔8〕等污水處理。

在循環式活性污泥工藝基礎上，結合固定化微生物技術，在循環式活性污泥工藝（CAST）反應器內投加固定化生物硅藻土小球，對比傳統CAST工藝運行情況，考察包埋固定化生物硅藻土小球處理含鹽污水的性能。

1 試驗部分
 
1.1 儀器和試劑
 
儀器：UV-2102PC型紫外可見分光光度計，美國Unico公司；PL2002型電子天平，瑞士Mettler Toledo公司；HCA-100 COD消解儀，江蘇姜堰市愛爾儀器有限公司；生物安全柜，美國Thermo公司。

試劑：重鉻酸鉀、葡萄糖、碘化鉀、硫酸銀等試劑均為天津市江天化工科技有限公司生產，分析純。

1.2 試驗用水水質和污泥
 
試驗所用海水取自天津市塘沽海岸。污水中海水的體積分數為40%，添加一定量的葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4等調節污染物濃度，含鹽污水（鹽度12‰～14‰）水質指標：COD 286.50～335.35 mg/L，氨氮19.35～26.77 mg/L，TP 1.04～2.79 mg/L，濁度10.2～36.9 NTU，pH 7.42～8.08，含鹽質量濃度12 000～14 000 mg/L。

試驗中CAST反應器中使用的活性污泥取自天津市紀莊子污水處理廠污泥回流池，經過鹽度馴化后作為接種污泥。

1.3 試驗用固定化生物硅藻土小球的制備
 
菌種：包埋所用的復合菌群篩選自天津市塘沽區泥灘采回的樣品。

固定化生物硅藻土小球的制備：先將離心收集混合菌群菌泥中加入0.5% CaCO3和2%硅藻土，攪拌均勻后與等體積的9%溶液（含0.5%海藻酸鈉）混合，攪拌均勻后用注射器滴入2% CaCl2的硼酸飽和溶液（NaCO3調節pH到6.7）中交聯，4 ℃交聯成型后，取出用生理鹽水沖洗2～3次，再用1 mol/L的磷酸二氫鉀溶液硬化，備用〔9〕，小球直徑在3 mm左右。

1.4 試驗裝置
 
循環式活性污泥裝置由有機玻璃材料制作，反應器總容積20 L，主反應區底部設置曝氣管路，空氣擴散裝置曝氣頭采用鈦合金材質，整個過程采用PLC編程控制。反應器運行周期8 h，其中進水/曝氣/攪拌/污泥回流4 h，靜置2 h，排水10 min，閑置110 min。試驗裝置如圖 1所示。

圖 1 試驗裝置

1.5 CAST試驗裝置的啟動
 
將接種的活性污泥投入到主反應池中并加入部分污水后悶曝24 h，待系統運行穩定后，控制進水COD在250～350 mg/L內，逐步加大進水中海水的比例，培養、馴化活性污泥，直至生物相重新恢復正常。

試驗分為兩個階段，*階段是接種活性污泥后CAST工藝對含鹽污水處理，第二階段按好氧區體積的20%投加活化后固定化生物硅藻土小球后處理含鹽污水，測定這兩個階段進水和出水的COD、NH3-N等指標。

1.6 測定項目及方法
 
COD采用重鉻酸鉀法測定，氨氮采用納氏試劑光度法測定〔10〕，pH采用電極法測定。

2 結果與討論
 
2.1 活性污泥鹽度馴化
 
CAST試驗裝置成功啟動后，調整進水中海水的體積分數，由10%逐漸增加到40%，對活性污泥進行鹽度馴化。結果表明：當進水中海水體積分數增加時，鹽度對活性污泥中微生物的活性沖擊較大，COD去除率出現降低→恢復→穩定的波動過程，且隨著海水體積分數的增加，微生物活性恢復需要的時間也越長。當海水體積分數為40%，運行至第17天時，COD去除率僅70.71%。與不含鹽生活污水相比，在同一工藝條件下COD去除率下降，從90%減少到77%左右。

鹽度變化影響微生物生長特性。當反應器中進水鹽度升高時，微生物必須通過調節自身的滲透壓來平衡細胞內的滲透壓或保護細胞內的蛋白質。在筆者實驗中，通過逐步提高進水中海水體積分數對活性污泥進行鹽度馴化，微生物對鹽度的變化具有較長適應時間，因此，鹽度的升高未對反應器的運行造成本質上的傷害，但微生物用于生長繁殖的能量相對減少，這直接影響了微生物對有機物的降解速率，導致COD去除率有所下降。

2.2 固定化生物硅藻土對CAST的生物強化作用
 
2.2.1 對COD的去除效果
 
進水COD控制在300 mg/L左右，考察每個階段馴化穩定后對含鹽污水的處理效果，不同階段對含鹽污水中COD的去除效果如圖 2所示。

圖 2 不同階段COD的去除效果

由圖 2可見，*階段CAST工藝經過耐鹽馴化后，出水COD較為穩定，在62.88～90.5 mg/L之間，去除率在70.5%～77.2%之間；第二階段，在反應池中添加20%的生物硅藻土小球后，COD的去除率明顯提高，在85.5%～90.9%之間，出水COD為30 mg/L左右。由此可見，添加固定化小球可強化CAST工藝對含鹽污水的COD的處理效果。

與傳統活性污泥工藝相比，添加固定化微生物強化CAST工藝對有機污染物具有更高更穩定的去 除效果。這是因為微生物包埋技術能zui大程度提高反應器中微生物的濃度，且固定化小球中的微孔能提供微生物良好的生長環境，使反應器內同時存在附著和懸浮兩相微生物，維持反應器中的微生物濃度穩定。同時，固定化小球中包埋的微生物從海洋土壤中直接篩選出來，能適應進水的鹽度變化，有助于提高出水水質及穩定性。

2.2.2 對氨氮的去除效果
 
CAST工藝不同階段對含鹽污水中氨氮的去除效果如圖 3所示。

圖 3 不同階段氨氮的去除效果

由圖 3可見，*階段未投添加固定化生物硅藻土小球時，CAST工藝對氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮在2.7～4.3 mg/L之間；第二階段添加固定化生物硅藻土小球后，CAST對氨氮的去除率上升，出水氨氮在1.5 mg/L左右。這說明在循環式活性污泥工藝添加固定化生物硅藻土小球可以穩定、地去除含鹽污水中COD的同時，還具有脫氮功能。

這是因為固定化生物技術包埋顆粒能將繁殖緩慢、對環境變化敏感的硝化細菌包埋在高分子聚合物中，維持整個系統中硝化細菌的濃度，減少硝化細菌的流失。同時固定化顆粒內部的載體為硝化細菌提供較為安定的生長環境，在一定程度上能抵御外界變化條件的影響，對系統運行的穩定性、處理效果的性都非常有利〔11〕

3 結論
 
在CAST工藝中投加固定化生物硅藻土小球對含鹽污水進行深度處理，研究結果表明：在固定化小球投加體積分數為20%，進水pH為7.42～8.08的條件下，系統對COD、氨氮均有較好的去除效果，對COD和氨氮去除率基本維持在88%和90%以上，與未添加固定化生物硅藻土小球相比，分別提高了15%和10%左右，且出水COD和氨氮分別保持在30、1.5 mg/L左右。因此，向傳統活性污泥工藝中添加固定化菌有利于維持好氧區微生物穩定，提高出水的水質及穩定性。