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          技術支持
          馴化活性污泥處理高含鹽量有機廢水的研究
          日期:2013/1/29 11:56:05 人氣:4938
          摘要:在有菌種存在的好氧系統中,采用馴化活性污泥的方法處理高含鹽量有機廢水。結果表明,馴化活性污泥可以有效地處理高含鹽量有機廢水,在Na2SO4含量小于20000mg/L范圍內,馴化污泥可以正常降解廢水中的有機物,指示劑苯酚的去除率穩定在90%以上,通過馴化可以大大增強微生物抵御鹽抑制的能力;在好氧系統中甜菜堿的抗鈉毒性作用不明顯。
          關鍵詞:馴化活性污泥,高含鹽量,甜菜堿

          Research on the Activated Sludge AcclimatiOn in
          Treating Organic Wastewater with High Mineral Contents

          LIU Xiang-feng1,LI Qing-shan1,WU Xi-kang2
          (1 College of Resource & Environmental Engineering,
          East China University of Science & Technology,Shanghai 200237,China;
          2 College of Material Science & Engineering,
          East China University of Science & Technology,Shanghai 200237,China)

            Abstract:In an aerobic environment with the existence of the special microbes,activated sludge was acclimated to treat high saline organic wastewater.The acclimated activated sludge could degrade organic substances normally when the concentration of Na2SO4 was less than 20000 mg/L in the wastewater.The removal rate of sample substance phenol exceeded 90%.Acclimated microbes showed high resistance to salt inhibition.Betaine showed little influence on the acclimation in an aerobic environment.
            Key words:acclimated activated sludge;high salinity;betaine

          前言

            高含鹽有機廢水是極難處理的工業廢水之一,目前采用兩種處理方式,即先脫鹽后處理和不脫鹽直接處理[1]。由于高濃度的鹽對微生物生長有很強的抑制作用,從而使生物法處理高含鹽有機廢水很困難。對于好氧和厭氧兩種情況,在實際處理中對好氧生物處理研究較多,好氧生物處理法有活性污泥法、生物膜法和培養適鹽菌[2-3]等多種方法。研究表明[3-4],在厭氧系統中甜菜堿具有抗鈉毒性作用。
            本實驗采用馴化活性污泥的方法處理高含鹽量有機廢水,并在馴化過程中加入甜菜堿,考察好氧系統中甜菜堿是否同樣具有抗納毒性作用。

          1 實驗方法

            取兩組香香菌種(1#和2#),1#直接在含鹽廢水中馴化,2#在1#的基礎上加入甜菜堿進行馴化。模擬的含鹽廢水中加入葡萄糖作為主要降解基質,并加入少量苯酚兼做降解基質和指示劑。所采用的實驗流程如圖1所示。按m(C):m(N):m(P)=100:5:1的配比向微生物培養基中加入尿素、磷酸二氫鉀等,配制成所需濃度,鹽度采用無水硫酸鈉調節。培養基曝氣一定時間,曝氣后靜置半小時,分層后取上層清液待檢測。
            采用分光光度法檢測進出水苯酚吸光度,對照苯酚降解標準曲線,求算去除率,確定生物降解性能。

           

          2 結果與討論

          2.1 操作參數的確定
          2.1.1 溫度的確定

            溫度是微生物的重要環境因素,實驗中溫度主要表現為對活性污泥的影響。工業廢水生物處理中微生物大多數為中溫性細菌,合適的溫度為25~35℃。溫度太低,活性污泥處于休眠狀態,活性不高;溫度過高,生物的蛋白質和酶凝固,活性污泥會停止作用或死亡。實驗顯示,9℃時吸光度為0.232,而25℃時則為0.032,為保證實驗的可比性,維持較高的污泥活性,實驗將溫度控制在25℃左右。
          2.1.2 曝氣時間的確定
            圖2為曝氣時間與苯酚去除率的關系曲線。實驗選取的有機廢水中有機物主要有葡萄糖和少量苯酚,含鹽量為4000mg/L硫酸鈉溶液,從圖中可以看出,1#、2#試樣苯酚去除率幾乎重疊,隨著曝氣時間的延長,指示劑降解去除率迅速上升,曝氣4.0h,指示劑降解去除率達到99.4%,繼續延長曝氣時間,指示劑降解去除率變化不明顯,適宜的曝氣時間為4.0h。

           

          2.1.3 馴化周期的確定
            在馴化過程中,對某一特定鹽濃度,需要有一個適應過程,該過程的長短主要取決于鹽抑制的大小和生物自身種群演替周期及對鹽的適應能力。實驗選取4000mg/L硫酸鈉溶液,考察馴化周期對去除率的影響。圖3為馴化時間對苯酚去除率的影響。如圖所示,2#試樣去除率較1#高,并且隨著馴化時間的延長,指示劑降解去除率逐漸上升,馴化周期5d時兩者降解去除率比較接近,高達99%以上,由于種群演替周期一般為4~5d[5],兼顧兩方面的因素,合適的馴化周期為5d。

           

          2.2 馴化對有機物降解的影響
          2.2.1 鹽濃度的影響

            圖4為馴化對指示劑去除率的影響。從圖中可以看出,隨著硫酸鈉濃度的提高,馴化污泥的苯酚去除率明顯比未馴化污泥高。在實驗的鹽度范圍內,馴化污泥苯酚去除率維持在90%以上;而未經馴化污泥苯酚去除率在鹽濃度小于3000mg/L時去除率較高,鹽度處于3000~5000mg/L時,苯酚去除率急劇下降,繼續提高鹽濃度,去除率僅維持在30%附近,表明生物經馴化后可以降低鹽的抑制影響。其原因在于鹽濃度較低時,生物可以適應于鹽溶液并生長,降解有機物性能良好,提高鹽濃度,未馴化生物受到抑制,降解性能明顯下降,指示劑降解去除率維持在較低的水平。經過馴化的生物對滲透壓的調節能力增加,抵御鹽抑制的能力增強,在高含鹽量環境中能夠繼續降解有機物,苯酚的去除率保持在較高的水平。

           

          2.2.2 馴化后活性污泥的生物相
            活性污泥經馴化后逐漸成熟,其外觀顏色由淺棕黃色變為深棕黃色;污泥沉淀性能較好,SVI數值在65~90之間;整個實驗階段未發生污泥膨脹現象,馴化活性污泥m(MLVSS)/m(MLSS)值在0.60~0.70之間。通過污泥鏡檢,馴化前生物相十分豐富,原生動物中鐘蟲、盾纖蟲等纖毛蟲數量眾多,菌膠團種類繁多,有少量絲狀細菌。馴化后以菌膠團為主,伴有少量原生動物,其中裂口蟲居多,還有少量漫游蟲出現,絲狀菌數量明顯減少。馴化污泥中鐘蟲、盾纖蟲的消失是由于鹽度的抑制作用所致,耐鹽性較好的裂口蟲和漫游蟲的存在有助于菌膠團的形成及活性污泥的沉降性能,對改善出水水質有重要作用。馴化活性污泥中絲狀細菌的消失與沒有發生污泥膨脹現象相符。
          2.3 甜菜堿的影響
            圖5為甜菜堿對馴化污泥苯酚去除率的影響。由圖可知,隨著鹽濃度的增加,苯酚去除率逐漸下降,在整個鹽度范圍內(Na2SO4<20000mg/L)。兩者整體上都維持較高的去除率,進一步表明馴化有助于增強微生物抵御高鹽度抑制的能力。結合圖2和圖3,實驗中加入甜菜堿的生物降解去除率(2#)比沒加甜菜堿的生物降解去除率(1#)略為高一些,但是這種差距不明顯。相比甜菜堿在厭氧系統中的抗鈉鹽抑制作用[4],在好氧系統中甜菜堿的抗鈉毒性作用極不顯著。觀察馴化過程中加甜菜堿和不加甜菜堿的微生物,兩者生物相基本沒有差別,這也說明甜菜堿在馴化過程中沒有起到顯著作用。

           

          3 結論

            ①合適的馴化活性污泥條件溫度為25℃,曝氣時間為4h,馴化周期為5d。
            ②馴化活性污泥可以有效地處理高含鹽量有機廢水,在含鹽量Na2SO4<20000mg/L范圍內馴化污泥可以正常降解廢水中的有機物,指示劑苯酚的去除率穩定在90%以上。
            ③馴化活性污泥具有良好的吸附、凝聚性能,其生物相以菌膠團為主,菌種數量大致沒變,種類減少,原生動物數量減少,主要以裂口蟲和漫游蟲為主。
            ④在好氧系統中甜菜堿的抗鈉毒性作用不明顯。

          參考文獻
          [1]馮克亮摘譯.含鹽廢水生物處理[J].環境科學動態,1998,3:22~23.
          [2]周陪瑾,等.嗜鹽細菌[J].微生物學報,1989,16(1):31~34.
          [3]田新玉,等.極度嗜鹽細菌和耐鹽細菌的區分[J].微生物學報,1990,30(4):314~317.
          [4]DW Yerkes,S Boonyakitsombut,R E Speece.Antagonism of sodium toxicity by the compatible solute btaine in anaerobic methanogenic systems[J].Wat Sci Tech,1997,36(6~7):15~18.
          [5]G Smythe,G Matelli,M Bradford,C Roccha.Biological treatment of salty wastewater[J].Environmental Process,1997,16(3):179~183.




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