Zichao Wang等把生物膜和活性污泥放入同一個反應(yīng)器中進行耐鹽馴化，考察它們的硝化速率后發(fā)現(xiàn)，隨著進水含鹽量的提高，生物膜的受抑制程度遠遠小于活性污泥，類似地，Huining Zhang等利用高通量檢測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以好氧顆粒污泥運行方式逐漸顆?；琒BR以活性污泥方式保持不變。因為是用同一嗜鹽污泥接種，兩個反應(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，AGS和SBR對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，得出活性污泥顆粒化或形成生物膜更適合于高鹽環(huán)境下運行，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，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，這一點在顆粒污泥中更加明顯，因為活性污泥松散的結(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，這是因為在反應(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)境會對脫氮菌產(chǎn)生抑制，污泥濃度的提高也會使反應(yīng)器運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存在，多種脫氮路徑的出現(xiàn)就會大大強化反應(yīng)器脫氮性能。

Huining Zhang等在相同條件下運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微生物多樣性優(yōu)勢不復(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，Shannon指數(shù)從4.14下降至2.56，鹽分上升至40 g/L時，氨氮去除率下降至60%左右；

類似地，Jianhang Qu等利用多級接觸氧化處理高鹽氨氮廢水時，當(dāng)鹽分從35 g/L上升至70 g/L時，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，對進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生物膜對氨氮進行處理，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11~15)在50 g/L才會出現(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)下降和對氨氮利用率變低，致使增殖能力下降，世代周期延長。

生物膜可以使微生物有一個較長的世代周期，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，故相比傳統(tǒng)活性污泥法，耐鹽馴化時間更短，能夠在相對較短時間內(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驗中發(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?；?，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)，其耐鹽馴化時間大大縮減。

三、生物法處理含鹽氨氮廢水時常見問題解決方案

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及時有效地降解成硝酸鹽，因此在含鹽氨氮廢水運行過程中亞硝酸鹽積累是一個普遍現(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)進水中氯化鈉從0上升至35 g/L時，AOB活性沒有任何影響，NOB被嚴重抑制，只有把鹽分控制在15~25 g/L范圍內(nèi)，亞硝酸鹽積累現(xiàn)象才會慢慢消失。

簡陳生使用MBR對含鹽氨氮廢水進行處理，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，亞硝酸鹽可以有99%去除率，而再提升至60 g/L時，對亞硝酸鹽的去除效果并不會隨著運行時間好轉(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。

相對地，強化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，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)其脫氮機理是亞硝化-反硝化過程。

類似地，魏良良和Zonglian She等也實現(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。

延長的污泥齡雖然有助于生物多樣性的提高，從而增強脫氮能力，但是在高鹽環(huán)境下，過長的污泥齡會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)，運行AGS處理含鹽氨氮廢水時，整個實驗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)，直至實驗結(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兩種污泥齡下進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)污泥齡從27 d降低至14 d時，活性污泥中的難生物降解物質(zhì)質(zhì)量分數(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能夠使難生物降解物質(zhì)在污泥中的比例降低從而增強脫氮效果。

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

絲狀菌的減少會引起顆粒污泥的結(jié)構(gòu)變得破碎，活性污泥中的菌膠團變得松散，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物和后生動物令游離菌體、有機顆粒不能被及時地清除，進一步導(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，又會造成反應(yīng)系統(tǒng)中微生物大量流失，造成系統(tǒng)對氨氮處理效果變差。

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，但是會相應(yīng)地增加更多的膜污染，是一個亟須解決的難點。

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微生物，在有效保護微生物的同時還可以對使?jié)岫茸兏叩纳镔|(zhì)進行吸附降解，使膜污染周期從10 d延長至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，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能夠有效地對引起濁度變高的物質(zhì)進行吸附和降解。

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，還會令其自身生長變得緩慢從而延長了耐鹽馴化時間。

如表 1所示，不同的工藝耐鹽馴化所用的時間有快有慢，其中Anammox最慢，這可能是因為其本身的世代周期長于其他菌群，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間相對其他兩種較快。

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，找出其特點可以在較短的時間內(nèi)提升最大的鹽分，節(jié)約寶貴的時間。

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時該種反應(yīng)器不需要梯度升鹽，可直接啟動并能夠在一個月內(nèi)獲得成熟的硝化生物膜達到良好的脫氮效果。

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) 通過對各種工藝的運行效果進行分析，得出傳統(tǒng)活性污泥法不適用對高鹽氨氮廢水進行處理，以生物膜、污泥顆?；湍そM件這些生物強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，會出現(xiàn)溶液中亞硝酸鹽積累、污泥中無機鹽積累、上清液渾濁和耐鹽馴化時間長等問題，并給出了合理的建議。