ปริมาณเกลือที่สามารถบำบัดทางชีวเคมีได้สูงแค่ไหน?

เหตุใดน้ำเสียที่มีความเค็มสูงจึงบำบัดได้ยาก ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจก่อนว่าน้ำเสียที่มีเกลือสูงคืออะไร และผลกระทบของน้ำเสียที่มีเกลือสูงต่อระบบชีวเคมี! บทความนี้จะกล่าวถึงเฉพาะการบำบัดทางชีวเคมีของน้ำเสียที่มีเกลือสูงเท่านั้น!

1. น้ำเสียที่มีเกลือสูงคืออะไร?
น้ำเสียที่มีความเค็มสูงหมายถึงน้ำเสียที่มีปริมาณเกลือรวมอย่างน้อย 1% (เทียบเท่า 10,000 มก./ลิตร) ส่วนใหญ่มาจากโรงงานเคมีและการรวบรวมและการแปรรูปน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ น้ำเสียนี้มีสารหลายชนิด (รวมถึงเกลือ น้ำมัน โลหะหนักอินทรีย์ และวัสดุกัมมันตภาพรังสี) น้ำเสียที่มีรสเค็มเกิดจากแหล่งน้ำที่หลากหลาย และปริมาณน้ำก็เพิ่มขึ้นทุกปี การกำจัดมลพิษอินทรีย์ออกจากน้ำเสียที่มีรสเค็มมีผลกระทบสำคัญต่อสิ่งแวดล้อม ใช้วิธีการทางชีวภาพในการรักษา สารเกลือที่มีความเข้มข้นสูงมีฤทธิ์ยับยั้งจุลินทรีย์ การบำบัดใช้วิธีการทางกายภาพและเคมีซึ่งต้องใช้เงินลงทุนสูงและต้นทุนการดำเนินงานสูง และเป็นการยากที่จะบรรลุผลการทำให้บริสุทธิ์ตามที่คาดหวัง การใช้วิธีการทางชีวภาพเพื่อบำบัดน้ำเสียดังกล่าวยังคงเป็นจุดเน้นของการวิจัยทั้งในและต่างประเทศ
ชนิดและคุณสมบัติทางเคมีของอินทรียวัตถุในน้ำเสียอินทรีย์ที่มีเกลือสูงจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิต แต่เกลือที่มีอยู่ส่วนใหญ่เป็นเกลือ เช่น Cl-, SO42-, Na+, Ca2+ แม้ว่าไอออนเหล่านี้จะเป็นสารอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ แต่ก็มีบทบาทสำคัญในการส่งเสริมปฏิกิริยาของเอนไซม์ รักษาสมดุลของเมมเบรน และควบคุมแรงดันออสโมติกในระหว่างการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ อย่างไรก็ตามหากความเข้มข้นของไอออนเหล่านี้สูงเกินไปก็จะมีผลยับยั้งและเป็นพิษต่อจุลินทรีย์ อาการหลัก ได้แก่ ความเข้มข้นของเกลือสูง ความดันออสโมติกสูง การขาดน้ำของเซลล์จุลินทรีย์ ทำให้เกิดการแยกตัวของโปรโตพลาสซึมของเซลล์ การเกลือจะช่วยลดกิจกรรมดีไฮโดรจีเนส ไอออนคลอไรด์สูง แบคทีเรียเป็นพิษ ความเข้มข้นของเกลือสูง ความหนาแน่นของน้ำเสียเพิ่มขึ้น และตะกอนเร่งจะลอยและสูญหายได้ง่าย ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อผลการทำให้บริสุทธิ์ของระบบบำบัดทางชีวภาพ

2. ผลของความเค็มต่อระบบชีวเคมี
1. นำไปสู่การขาดน้ำและการตายของจุลินทรีย์
ที่ความเข้มข้นของเกลือสูงขึ้น การเปลี่ยนแปลงของแรงดันออสโมติกเป็นสาเหตุหลัก ภายในของแบคทีเรียนั้นเป็นสภาพแวดล้อมแบบกึ่งปิด จะต้องแลกเปลี่ยนวัสดุและพลังงานที่เป็นประโยชน์กับสิ่งแวดล้อมภายนอกเพื่อรักษาความมีชีวิตชีวา อย่างไรก็ตาม จะต้องป้องกันไม่ให้สารภายนอกส่วนใหญ่เข้ามาเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อชีวเคมีภายใน การรบกวนและการขัดขวางการตอบสนอง
ความเข้มข้นของเกลือที่เพิ่มขึ้นทำให้ความเข้มข้นของสารละลายภายในแบคทีเรียต่ำกว่าโลกภายนอก นอกจากนี้ เนื่องจากลักษณะของน้ำที่เคลื่อนที่จากความเข้มข้นต่ำไปสู่ความเข้มข้นสูง น้ำปริมาณมากจึงสูญเสียไปในแบคทีเรีย ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมปฏิกิริยาทางชีวเคมีภายใน และทำลายกระบวนการปฏิกิริยาทางชีวเคมีของพวกมันไปในที่สุดจนกว่าจะถูกขัดจังหวะ แบคทีเรียก็ตาย

2. รบกวนกระบวนการดูดซึมสารจุลินทรีย์และขัดขวางการตายของสารจุลินทรีย์
เยื่อหุ้มเซลล์มีลักษณะเฉพาะของการซึมผ่านแบบเลือกสรรเพื่อกรองสารที่เป็นอันตรายต่อกิจกรรมชีวิตของแบคทีเรียและดูดซับสารที่เป็นประโยชน์ต่อกิจกรรมในชีวิตของมัน กระบวนการดูดซับนี้ได้รับผลกระทบโดยตรงจากความเข้มข้นของสารละลาย ความบริสุทธิ์ของวัสดุ ฯลฯ ของสภาพแวดล้อมภายนอก การเติมเกลือจะทำให้สภาพแวดล้อมในการดูดซึมของแบคทีเรียถูกรบกวนหรือขัดขวาง ส่งผลให้กิจกรรมชีวิตของแบคทีเรียถูกยับยั้งหรือแม้กระทั่งตายในที่สุด สถานการณ์นี้แตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากสภาวะของแบคทีเรีย สภาวะของสายพันธุ์ ชนิดของเกลือ และความเข้มข้นของเกลือ
3. การเป็นพิษและการตายของจุลินทรีย์
เกลือบางชนิดจะเข้าไปภายในแบคทีเรียพร้อมกับกิจกรรมในชีวิต ทำลายกระบวนการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีภายใน และเกลือบางชนิดจะมีปฏิกิริยากับเยื่อหุ้มเซลล์ของแบคทีเรีย ทำให้คุณสมบัติของแบคทีเรียเปลี่ยนไปและไม่สามารถปกป้องหรือไม่สามารถดูดซับบางชนิดได้อีกต่อไป สารที่เป็นอันตรายต่อแบคทีเรีย สารที่เป็นประโยชน์จึงทำให้กิจกรรมสำคัญของแบคทีเรียถูกยับยั้งหรือแบคทีเรียตาย เกลือของโลหะหนักเป็นตัวแทน และวิธีการฆ่าเชื้อบางอย่างใช้หลักการนี้
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าผลกระทบของความเค็มสูงต่อการบำบัดทางชีวเคมีส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในด้านต่อไปนี้:
1. เมื่อความเค็มเพิ่มขึ้น การเติบโตของตะกอนเร่งจะได้รับผลกระทบ การเปลี่ยนแปลงของกราฟการเติบโตมีดังนี้ ระยะเวลาการปรับตัวนานขึ้น อัตราการเติบโตในช่วงการเติบโตแบบลอการิทึมจะช้าลง และระยะเวลาของช่วงการเจริญเติบโตแบบชะลอตัวจะนานขึ้น
2. ความเค็มช่วยเพิ่มการหายใจของจุลินทรีย์และการสลายเซลล์
3. ความเค็มช่วยลดความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพและความสามารถในการย่อยสลายของสารอินทรีย์ ลดอัตราการกำจัดและอัตราการย่อยสลายอินทรียวัตถุ

3. ระบบชีวเคมีสามารถทนต่อความเข้มข้นของเกลือได้สูงแค่ไหน?
ตามมาตรฐาน "มาตรฐานคุณภาพน้ำสำหรับน้ำเสียที่ปล่อยลงสู่ท่อระบายน้ำในเมือง" (CJ-343-2010) เมื่อเข้าสู่โรงบำบัดน้ำเสียเพื่อการบำบัดขั้นที่สอง คุณภาพของน้ำเสียที่ปล่อยลงสู่ท่อระบายน้ำในเมืองควรเป็นไปตามข้อกำหนดของเกรด B (ตาราง 1) โดยสารเคมีคลอรีน 600 มก./ลิตร ซัลเฟต 600 มก./ลิตร
ตามภาคผนวก 3 ของ "รหัสสำหรับการออกแบบการระบายน้ำกลางแจ้ง" (GBJ 14-87) (ฉบับ GB50014-2006 และ 2011 ไม่ได้ระบุปริมาณเกลือ) "ความเข้มข้นที่อนุญาตของสารที่เป็นอันตรายในน้ำทางเข้าของโครงสร้างการบำบัดทางชีวภาพ" ความเข้มข้นที่อนุญาตของโซเดียมคลอไรด์คือ 4000 มก./ลิตร
ข้อมูลประสบการณ์ทางวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าเมื่อความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนในน้ำเสียมากกว่า 2000 มก./ลิตร กิจกรรมของจุลินทรีย์จะถูกยับยั้งและอัตราการกำจัด COD จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนในน้ำเสียมากกว่า 8000 มก./ลิตร ปริมาตรตะกอนจะเพิ่มขึ้น การขยายตัวทำให้เกิดโฟมจำนวนมากปรากฏบนผิวน้ำและจุลินทรีย์จะตายทีละตัว
ภายใต้สถานการณ์ปกติ เราเชื่อว่าความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนที่มากกว่า 2000 มก./ลิตร และมีปริมาณเกลือน้อยกว่า 2% (เทียบเท่ากับ 20,000 มก./ลิตร) สามารถบำบัดได้โดยวิธีตะกอนเร่ง อย่างไรก็ตาม ยิ่งมีปริมาณเกลือมากเท่าไร ระยะเวลาในการปรับตัวก็จะนานขึ้นเท่านั้น แต่จำไว้อย่างหนึ่งว่า ปริมาณเกลือของน้ำที่เข้ามาจะต้องคงที่และไม่ผันผวนมากเกินไป ไม่เช่นนั้น ระบบชีวเคมีจะไม่สามารถต้านทานได้

4. มาตรการบำบัดน้ำเสียที่มีเกลือสูงด้วยระบบชีวเคมี
1. การเลี้ยงตะกอนเร่ง
เมื่อความเค็มน้อยกว่า 2 กรัม/ลิตร น้ำเสียที่มีรสเค็มสามารถบำบัดได้โดยการเพาะเลี้ยง ด้วยการค่อยๆ เพิ่มปริมาณเกลือของน้ำป้อนทางชีวเคมี จุลินทรีย์จะสร้างสมดุลของแรงดันออสโมติกภายในเซลล์ หรือปกป้องโปรโตพลาสซึมภายในเซลล์ผ่านกลไกควบคุมแรงดันออสโมติกของพวกมันเอง กลไกการควบคุมเหล่านี้รวมถึงการสะสมของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเพื่อสร้างชั้นป้องกันนอกเซลล์ใหม่และควบคุมตัวเอง เส้นทางเมแทบอลิซึม การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางพันธุกรรม ฯลฯ
ดังนั้นตะกอนเร่งปกติสามารถบำบัดน้ำเสียที่มีเกลือสูงภายในช่วงความเข้มข้นของเกลือที่กำหนดโดยผ่านกระบวนการเพาะเลี้ยงในช่วงระยะเวลาหนึ่ง แม้ว่าตะกอนเร่งสามารถเพิ่มช่วงความทนทานต่อเกลือของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพการบำบัดของระบบผ่านการนำจุลินทรีย์มาใช้ในบ้าน จุลินทรีย์จากตะกอนเร่งจะมีช่วงความทนทานต่อเกลือที่จำกัด และไวต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม เมื่อสภาพแวดล้อมของคลอไรด์ไอออนเปลี่ยนแปลงกะทันหัน ความสามารถในการปรับตัวของจุลินทรีย์จะหายไปทันที การเลี้ยงในบ้านเป็นเพียงการปรับตัวทางสรีรวิทยาชั่วคราวของจุลินทรีย์ให้ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมและไม่มีลักษณะทางพันธุกรรม ความไวในการปรับตัวนี้เป็นอันตรายต่อการบำบัดน้ำเสียอย่างมาก
เวลาปรับตัวให้ชินกับสภาพของตะกอนเร่งโดยทั่วไปคือ 7-10 วัน การปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมสามารถปรับปรุงความทนทานของจุลินทรีย์จากตะกอนต่อความเข้มข้นของเกลือได้ การลดลงของความเข้มข้นของตะกอนเร่งในระยะแรกของการปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นของสารละลายเกลือที่เป็นพิษต่อจุลินทรีย์และทำให้จุลินทรีย์บางชนิดเสียชีวิต มันแสดงให้เห็นการเติบโตติดลบ ในระยะหลังของการเลี้ยง จุลินทรีย์ที่ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงจะเริ่มแพร่พันธุ์ ดังนั้นความเข้มข้นของตะกอนเร่งจึงเพิ่มขึ้น การกำจัดของซีโอดีโดยตะกอนเร่งในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 1.5% และ 2.5% เป็นตัวอย่าง อัตราการกำจัด COD ในระยะเริ่มต้นและช่วงปลายของการปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมคือ 60%, 80% และ 40%, 60% ตามลำดับ
2. เจือจางน้ำ
เพื่อลดความเข้มข้นของเกลือในระบบชีวเคมี น้ำที่เข้ามาสามารถเจือจางเพื่อให้ปริมาณเกลือต่ำกว่าค่าขีดจำกัดความเป็นพิษ และการบำบัดทางชีวภาพจะไม่ถูกยับยั้ง ข้อดีของมันคือวิธีการนี้ง่ายและใช้งานง่ายและจัดการ ข้อเสียคือเพิ่มขนาดการประมวลผล การลงทุนด้านโครงสร้างพื้นฐาน และต้นทุนการดำเนินงาน
3.เลือกแบคทีเรียที่ทนต่อเกลือ
แบคทีเรีย Halotolerant เป็นคำทั่วไปสำหรับแบคทีเรียที่สามารถทนต่อเกลือที่มีความเข้มข้นสูงได้ ในอุตสาหกรรม พวกมันส่วนใหญ่เป็นสายพันธุ์บังคับที่ได้รับการคัดกรองและเสริมสมรรถนะ ปัจจุบันปริมาณเกลือสูงสุดสามารถทนได้ประมาณ 5% และสามารถทำงานได้อย่างเสถียร ก็ถือเป็นน้ำเสียประเภทเกลือสูงเช่นกัน วิธีการรักษาทางชีวเคมี!
4. เลือกผังกระบวนการที่เหมาะสม
มีการเลือกกระบวนการบำบัดที่แตกต่างกันสำหรับความเข้มข้นของปริมาณไอออนคลอไรด์ที่แตกต่างกัน และเลือกกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเหมาะสมเพื่อลดช่วงที่ยอมรับได้ของความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนในส่วนแอโรบิกที่ตามมา
เมื่อความเค็มมากกว่า 5 กรัม/ลิตร การระเหยและความเข้มข้นในการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลเป็นวิธีการที่ประหยัดและมีประสิทธิภาพที่สุด วิธีการอื่นๆ เช่น วิธีการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียที่มีเกลือ มีปัญหาที่ยากต่อการปฏิบัติในเชิงอุตสาหกรรม

บริษัท Lianhua สามารถจัดหาเครื่องวิเคราะห์ COD ที่รวดเร็วเพื่อทดสอบน้ำเสียที่มีเกลือสูง เนื่องจากสารเคมีของเราสามารถป้องกันการรบกวนของคลอไรด์ไอออนได้นับหมื่น