海水利用的途径主要是海水淡化和海水直接利用。直接利用包括海水冲厕、洗浴、空调等生活用水〔1〕。随着我国海水利用的大幅度发展，海水被用于景观、消防、海水源热泵等居民生活方面〔2〕。但海水利用后的处理问题也随之而来。由于废水的盐度较高，传统的生化法常规处理工艺处理效率降低〔3〕。固定化微生物技术使用化学或物理的手段将游离微生物定位于限定的载体空间领域，并使其保持活性，反复利用〔4〕。目前，固定化生物技术应用于高浓度有机废水〔5〕、苯酚废水〔6〕、养殖废水〔7〕、含油废水〔8〕等污水处理。
在循环式活性污泥工艺基础上，结合固定化微生物技术，在循环式活性污泥工艺（CAST）反应器内投加固定化生物硅藻土小球，对比传统CAST工艺运行情况，考察包埋固定化生物硅藻土小球处理含盐污水的性能。
1 试验部分
1.1 仪器和试剂
仪器：UV-2102PC型紫外可见分光光度计，美国Unico公司；PL2002型电子天平，瑞士Mettler Toledo公司；HCA-100 COD消解仪，江苏姜堰市爱尔仪器有限公司；生物安全柜，美国Thermo公司。
试剂：重铬酸钾、葡萄糖、碘化钾、硫酸银等试剂均为天津市江天化工科技有限公司生产，分析纯。
1.2 试验用水水质和污泥
试验所用海水取自天津市塘沽海岸。污水中海水的体积分数为40%，添加一定量的葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4等调节污染物浓度，含盐污水（盐度12‰～14‰）水质指标：COD 286.50～335.35 mg/L，氨氮19.35～26.77 mg/L，TP 1.04～2.79 mg/L，浊度10.2～36.9 NTU，pH 7.42～8.08，含盐质量浓度12 000～14 000 mg/L。
试验中CAST反应器中使用的活性污泥取自天津市纪庄子污水处理厂污泥回流池，经过盐度驯化后作为接种污泥。
1.3 试验用固定化生物硅藻土小球的制备
菌种：包埋所用的高效复合菌群筛选自天津市塘沽区泥滩采回的样品。
固定化生物硅藻土小球的制备：先将离心收集混合菌群菌泥中加入0.5% CaCO3和2%硅藻土，搅拌均匀后与等体积的9%聚乙烯醇溶液（含0.5%海藻酸钠）混合，搅拌均匀后用注射器滴入2% CaCl2的硼酸饱和溶液（NaCO3调节pH到6.7）中交联，4 ℃交联成型后，取出用生理盐水冲洗2～3次，再用1 mol/L的磷酸二氢钾溶液硬化，备用〔9〕，小球直径在3 mm左右。
1.4 试验装置
循环式活性污泥装置由有机玻璃材料制作，反应器总容积20 L，主反应区底部设置曝气管路，空气扩散装置曝气头采用钛合金材质，整个过程采用PLC编程控制。反应器运行周期8 h，其中进水/曝气/搅拌/污泥回流4 h，静置2 h，排水10 min，闲置110 min。试验装置如图 1所示。
图 1 试验装置
1.5 CAST试验装置的启动
将接种的活性污泥投入到主反应池中并加入部分污水后闷曝24 h，待系统运行稳定后，控制进水COD在250～350 mg/L内，逐步加大进水中海水的比例，培养、驯化活性污泥，直至生物相重新恢复正常。
试验分为两个阶段，第一阶段是接种活性污泥后CAST工艺对含盐污水处理，第二阶段按好氧区体积的20%投加活化后固定化生物硅藻土小球后处理含盐污水，测定这两个阶段进水和出水的COD、NH3-N等指标。
1.6 测定项目及方法
COD采用重铬酸钾法测定，氨氮采用纳氏试剂光度法测定〔10〕，pH采用电极法测定。
2 结果与讨论
2.1 活性污泥盐度驯化
CAST试验装置成功启动后，调整进水中海水的体积分数，由10%逐渐增加到40%，对活性污泥进行盐度驯化。结果表明：当进水中海水体积分数增加时，盐度对活性污泥中微生物的活性冲击较大，COD去除率出现降低→恢复→稳定的波动过程，且随着海水体积分数的增加，微生物活性恢复需要的时间也越长。当海水体积分数为40%，运行至第17天时，COD去除率仅70.71%。与不含盐生活污水相比，在同一工艺条件下COD去除率下降，从90%减少到77%左右。
盐度变化影响微生物生长特性。当反应器中进水盐度升高时，微生物必须通过调节自身的渗透压来平衡细胞内的渗透压或保护细胞内的蛋白质。在笔者实验中，通过逐步提高进水中海水体积分数对活性污泥进行盐度驯化，微生物对盐度的变化具有较长适应时间，因此，盐度的升高未对反应器的运行造成本质上的伤害，但微生物用于生长繁殖的能量相对减少，这直接影响了微生物对有机物的降解速率，导致COD去除率有所下降。
2.2 固定化生物硅藻土对CAST的生物强化作用
2.2.1 对COD的去除效果
进水COD控制在300 mg/L左右，考察每个阶段驯化稳定后对含盐污水的处理效果，不同阶段对含盐污水中COD的去除效果如图 2所示。
图 2 不同阶段COD的去除效果
由图 2可见，第一阶段CAST工艺经过耐盐驯化后，出水COD较为稳定，在62.88～90.5 mg/L之间，去除率在70.5%～77.2%之间；第二阶段，在反应池中添加20%的生物硅藻土小球后，COD的去除率明显提高，在85.5%～90.9%之间，出水COD为30 mg/L左右。由此可见，添加固定化小球可强化CAST工艺对含盐污水的COD的处理效果。
与传统活性污泥工艺相比，添加固定化微生物强化CAST工艺对有机污染物具有更高更稳定的去 除效果。这是因为微生物包埋技术能最大程度提高反应器中微生物的浓度，且固定化小球中的微孔能提供微生物良好的生长环境，使反应器内同时存在附着和悬浮两相微生物，维持反应器中的微生物浓度稳定。同时，固定化小球中包埋的微生物从海洋土壤中直接筛选出来，能适应进水的盐度变化，有助于提高出水水质及稳定性。
2.2.2 对氨氮的去除效果
CAST工艺不同阶段对含盐污水中氨氮的去除效果如图 3所示。
图 3 不同阶段氨氮的去除效果
由图 3可见，第一阶段未投添加固定化生物硅藻土小球时，CAST工艺对氨氮的去除率在84%左右，出水氨氮在2.7～4.3 mg/L之间；第二阶段添加固定化生物硅藻土小球后，CAST对氨氮的去除率上升，出水氨氮在1.5 mg/L左右。这说明在循环式活性污泥工艺添加固定化生物硅藻土小球可以稳定、高效地去除含盐污水中COD的同时，还具有脱氮功能。
这是因为固定化生物技术包埋颗粒能将繁殖缓慢、对环境变化敏感的硝化细菌包埋在高分子聚合物中，维持整个系统中硝化细菌的浓度，减少硝化细菌的流失。同时固定化颗粒内部的载体为硝化细菌提供较为安定的生长环境，在一定程度上能抵御外界变化条件的影响，对系统运行的稳定性、处理效果的高效性都非常有利〔11〕。。
3 结论
在CAST工艺中投加固定化生物硅藻土小球对含盐污水进行深度处理，研究结果表明：在固定化小球投加体积分数为20%，进水pH为7.42～8.08的条件下，系统对COD、氨氮均有较好的去除效果，对COD和氨氮去除率基本维持在88%和90%以上，与未添加固定化生物硅藻土小球相比，分别提高了15%和10%左右，且出水COD和氨氮分别保持在30、1.5 mg/L左右。因此，向传统活性污泥工艺中添加固定化菌有利于维持好氧区微生物稳定，提高出水的水质及稳定性。
