生物促生劑對(duì)廢紙?jiān)旒埢钚晕勰喟饩酆衔锏挠绊?/h1>
2017-02-20 03:30:10張安龍周丹妮郗文君
中國(guó)造紙 2017年1期
張安龍 周丹妮,* 杜 飛 郗文君
(1.陜西科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021；2.陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021)
·生物促生劑·
生物促生劑對(duì)廢紙?jiān)旒埢钚晕勰喟饩酆衔锏挠绊?/p>
張安龍1周丹妮1,*杜 飛2郗文君1
(1.陜西科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021；2.陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021)
在造紙廢水處理過(guò)程中加入生物促生劑是為了促進(jìn)污染物降解,最終達(dá)到去除廢水中污染物的目的。本研究通過(guò)對(duì)廢紙?jiān)旒垙U水活性污泥胞外聚合物(EPS)、松散結(jié)合的胞外聚合物(LB-EPS)、緊密結(jié)合的胞外聚合物(TB-EPS)的研究,來(lái)證明其中某種成分可以作為指示生物促生劑用量的指示劑,以及與污泥沉降性能的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)采用3種不同CODCr值的造紙廢水,并取3組不同用量的生物促生劑分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)采用硫酸法、離心和聲波降解法分別提取污泥中EPS、LB-EPS、TB-EPS,用分光光度法測(cè)定其中蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量,以此確定生物促生劑最佳用量；并采用生物促生劑處理廢水的正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,不同CODCr的廢水,存在不同的最佳生物促生劑用量；真正影響生物促生劑用量和污泥沉降性能控制參數(shù)的是TB-EPS中的蛋白質(zhì)的量和LB-EPS中的蛋白質(zhì)的量。
生物促生劑；胞外聚合物；松散結(jié)合的胞外聚合物；緊密結(jié)合的胞外聚合物
隨著我國(guó)工業(yè)廢水排放要求的提高,傳統(tǒng)的生物處理方法已很難滿足地方和行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn),因此生物促生技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,該技術(shù)主要是通過(guò)向受污水體中投加無(wú)毒不含菌種的生物促生劑、生物激活劑等具有促生效果的藥劑來(lái)促進(jìn)污染物的降解，最終實(shí)現(xiàn)去除污染物的目的。本實(shí)驗(yàn)選用的生物促生劑(BS)是自主配方,含有生物酶、小分子酸、生長(zhǎng)刺激物、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。小分子有機(jī)酸可以提高酶的活性,促進(jìn)污染物降解,并且有機(jī)酸片斷可作為載體,是電子對(duì)的接受體,與各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)絡(luò)合,進(jìn)入微生物體內(nèi),經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng),釋放能量并合成細(xì)胞物質(zhì),來(lái)維持細(xì)胞正常的生長(zhǎng)代謝和繁殖,并且提高微生物的凈化效率,最終達(dá)到去除造紙廢水中污染物的目的[1]。
王正興等人[2-3]研究了生物促生劑對(duì)受污水體和受污底泥的最佳影響,袁磊等人[4- 6]為解決工業(yè)廢水故障確定的生物促生劑最佳添加量的方法,均采用COD、氨氮、總磷、溶解氧、色度等常用化學(xué)指標(biāo)指示水體、底泥修復(fù)以及故障的解決。但事實(shí)上生物促生劑本身主要作用于底泥或活性污泥中微生物的代謝和繁殖,僅憑化學(xué)指標(biāo)指示會(huì)存在處理效果滯后的影響。從鄒學(xué)圣等人[7- 8]在造紙廢水中采用生物相來(lái)說(shuō)明生物促生劑的效果中,發(fā)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)不是衡量生物促生劑的最佳量以及活性污泥狀態(tài)的唯一標(biāo)準(zhǔn)；而通過(guò)微生物代謝、進(jìn)水基質(zhì)的改變、細(xì)胞溶解出包裹在細(xì)胞壁外側(cè)的胞外聚合物(EPS)才是直接影響活性污泥對(duì)水中污染物吸附去除和污泥沉降性能的主要因素[9]。對(duì)于主要由蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)組成的EPS,及包括內(nèi)層緊密結(jié)合的胞外聚合物(TB-EPS)和外層松散結(jié)合的胞外聚合物(LB-EPS),需要深入探究。
本實(shí)驗(yàn)將通過(guò)對(duì)造紙活性污泥EPS、LB-EPS、TB-EPS的研究,證明其中某種成分可以作為生物促生劑用量的指示劑,以及與污泥沉降性能的相關(guān)性。本生物促生劑已在造紙廠進(jìn)行中試,研究旨在改善生物促生劑的過(guò)量添加,為生物促生劑在造紙行業(yè)廢水處理推廣應(yīng)用提供有效解決方法。
1 材料和方法
1.1 廢水與污泥的來(lái)源及馴化
廢水取自陜西某廢紙?jiān)旒垙S廢水處理廠的OCC制漿廢水進(jìn)水(本文稱為原水，共3種不同CODCr值的原水),取回后于4℃下冷藏,原水水質(zhì)見(jiàn)表1。接種污泥來(lái)自陜西某廢紙?jiān)旒垙S廢水處理廠氧化溝的活性污泥,沉淀30 min后,倒去上清液,取4 L的污泥、3 L的廢水倒入有效容積為10 L的反應(yīng)器中,控制溫度25～30℃,pH值7～8,溶解氧1～2 mg/L,馴化24 h。
1.2 儀器與藥品
儀器：UV6000紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),上海佑科儀器儀表有限公司；MX-S渦旋混合器,美國(guó)賽洛捷克；三參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀,北京連華科技有限公司；TG16A-WS臺(tái)式高速離心機(jī),上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；JOYN-3000A低溫超聲波萃取儀,上海喬躍電子有限公司；JJ-1精密電動(dòng)攪拌器,國(guó)華儀器有限公司。
表1 原水水質(zhì)
藥品：生物促生劑(BS)，自制。Na3PO4、NaH2PO4:分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；NaCl：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；KCl：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；蒽酮：分析純,上?？曝S實(shí)業(yè)有限公司；濃硫酸：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；牛血清蛋白：相對(duì)分子質(zhì)量約67000,含氮量>13%,上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司；無(wú)水碳酸鈉：分析純,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；氫氧化鈉：分析純,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；酒石酸鉀鈉：分析純,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；硫酸銅(CuSO4·5H2O)、鎢酸鈉(Na3WO4·2H2O)：分析純,成都市科龍化工試劑廠；鉬酸鈉(Na3MoO4·2H2O)：分析純,天津市化學(xué)試劑四廠；磷酸：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；硫酸鋰：分析純,成都市科龍化工試劑廠；液溴：分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠。
1.3 BS的組成與用量及污泥分組培養(yǎng)
BS的組成：由100 U/g漆酶、0.25 g/L赤霉酸、1 g/L黃腐酸、100 g/L尿素、10 g/L磷酸二氫鉀,及微量元素2 mg/L Mg2+、20 mg/L Fe3+、3 mg/L Mn2+、1 mg/L Zn2+、0.5 mg/L Mo6+組成。
將未添加BS的空白組與配成3種不同BS用量的實(shí)驗(yàn)組,分別編號(hào)為BS0、BS1、BS2、BS3,用量如表2所示。
表2 BS用量
注 BS用量相對(duì)每升廢水。
圖1 各組分標(biāo)準(zhǔn)曲線
1.4 污泥的分組培養(yǎng)
用12個(gè)500 mL的量筒,分別加入馴化好的活性污泥,將12個(gè)量筒分為4個(gè)大組,3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)控制每組的污泥濃度為3500 mg/L,再加入廢水至500 mL后,每組加入不同量的BS,并曝氣24 h。
1.5 EPS、LB-EPS、TB-EPS的提取方法
LB-EPS和TB-EPS屬于EPS中的一部分,但不是全部,不能僅僅用LB-EPS和TB-EPS量的和來(lái)表示EPS,而是需要用LB-EPS和TB-EPS與EPS的比值來(lái)進(jìn)行精確分析,所以這里選取了3種不同的提取方法。
(1)采用硫酸法提取EPS
取50 mL污泥在5000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心10 min,倒去上清液,向離心后的污泥中加入EPS緩沖溶液補(bǔ)足50 mL倒入燒杯中,然后向燒杯中加入50 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的H2SO4,在1000 r/min的攪拌器中提取1 h后,以5000 r/min的轉(zhuǎn)速離心20 min,最后用0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾,過(guò)濾液即為EPS提取溶液[10]。(EPS緩沖溶液為2 mmol/L Na3PO4,4 mmol/L NaH2PO4, 9 mmol/L NaCl和1 mmol/L KCl配制而成,pH值=7)。
(2)采用離心法提取LB-EPS
取30 mL污泥在3000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心15 min,倒去浮層,用去離子水稀釋到30 mL并在7400 r/min的轉(zhuǎn)速下離心15 min,最后用0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾,過(guò)濾液即為L(zhǎng)B-EPS提取溶液[9]。
(3)采用聲波降解法提取TB-EPS
提取過(guò)LB-EPS后的污泥用去離子水稀釋到30 mL 并設(shè)置低溫超聲波萃取儀在20 kHz、480 W的條件下超聲10 min。超聲后的污泥在15000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心20 min,最后用0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾,過(guò)濾液即為T(mén)B-EPS提取溶液[9]。
1.6 蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的測(cè)定方法及其標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
EPS、LB-EPS、TB-EPS總量分別由上述各提取后的提取液中蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量之和表示,水樣中的EPS是指水樣中蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量之和。其中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)測(cè)定采用Folin-Lowry法[11],標(biāo)準(zhǔn)物分別為牛血清蛋白和黃腐酸。多糖測(cè)定采用蒽酮-硫酸法,標(biāo)準(zhǔn)物為葡萄糖[12]。標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。各組分含量均采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量,蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量分別于500 nm、625 nm、750 nm處測(cè)定吸光度。
1.7 活性污泥中微生物對(duì)水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與分泌的計(jì)算方法
根據(jù)能量守恒定律,活性污泥中微生物對(duì)水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收量、分泌量、吸收率、分泌率計(jì)算公式如式(1)～式(4)所示。
吸收量=(處理前水中EPS+處理后污泥中EPS)-(處理后水中EPS+處理前污泥中EPS)
(1)
分泌量=處理后污泥中EPS-處理前污泥中EPS
(2)
(3)
(4)
2 結(jié)果與討論
2.1 BS對(duì)EPS量及各組分量的影響
不同原水CODCr值、不同BS用量下，造紙廢水經(jīng)過(guò)活性污泥處理30 h后，分別測(cè)定了產(chǎn)生的EPS、LB-EPS、TB-EPS中各組分的量，測(cè)定結(jié)果如圖2所示。 從圖2可知，CODCr為813 mg/L、1100 mg/L、1300 mg/L的廢水在處理30 h之后，分別對(duì)應(yīng)BS1組、BS2組、BS3組產(chǎn)生的EPS、TB-EPS的量最多，而LB-EPS的量變化規(guī)律不明顯，又因?yàn)門(mén)B-EPS是EPS中的一部分，TB-EPS的量直接影響EPS的量，更有利于具體分析，因此主要分析TB-EPS量多的原因。
圖2 EPS、LB-EPS、TB-EPS中各組分含量
表3 不同原水CODCr值、不同BS用量下EPS和TB-EPS及各組分的量 mg/g VSS
表3為不同原水CODCr值、不同BS用量下EPS和TB-EPS及各組分的量。從表3可知，TB-EPS中的蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的量所占比例較大，均占TB-EPS總量的85%以上，且不同原水CODCr值下，最高值組的TB-EPS中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的量的總和比其他BS組高出超過(guò)20%，但并不是說(shuō)BS用量越多，TB-EPS的量也越多，這與微生物對(duì)蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的吸收和分泌效果有很大關(guān)系。
同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原水CODCr為1100 mg/L時(shí)的BS2組中的EPS量尤其明顯，比其他BS組高出1倍多，因此本研究主要以原水CODCr為1100 mg/L也就是EPS量最多組進(jìn)行探究，這里稱其為BS最佳組。
2.2 BS對(duì)微生物吸收與分泌營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響
根據(jù)能量守恒定律,EPS的產(chǎn)因主要與微生物吸收與分泌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。微生物吸收水中蛋白質(zhì)主要用于細(xì)胞合成。2號(hào)原水(CODCr1100 mg/L)經(jīng)處理，微生物吸收和分泌的蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可知,與空白組相比,實(shí)驗(yàn)組中在最佳BS用量下,微生物對(duì)蛋白質(zhì)吸收率更大,這是由于BS的添加使得微生物整體活性增強(qiáng),將水中蛋白質(zhì)大幅度吸收,某些微生物如酵母菌將水中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白,使得可用于微生物吸收的蛋白質(zhì)的量增多。微生物將吸收蛋白質(zhì)用于自身代謝,分泌出一部分代謝產(chǎn)物將水中一部分有機(jī)物包裹,也就是EPS[13]。而且實(shí)驗(yàn)組微生物對(duì)蛋白質(zhì)分
表4 微生物吸收與分泌的蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量
泌率也更大,這是由于BS加快了微生物代謝過(guò)程,將大量代謝產(chǎn)物送出細(xì)胞。這里分泌蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)是負(fù)值,是由于微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的量無(wú)法測(cè)定,一大部分微生物細(xì)胞內(nèi)正處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,將大部分蛋白質(zhì)吸收參與反應(yīng),但還是不能滿足,在此基礎(chǔ)上將自身分泌EPS中蛋白質(zhì)又消耗用于細(xì)胞合成。
從表4可知，實(shí)驗(yàn)各組吸收多糖率比分泌多糖率大了3倍,則說(shuō)明添加BS使得微生物對(duì)多糖利用率提高,也就是促進(jìn)微生物對(duì)糖類物質(zhì)吸收,這是由于多糖是大分子物質(zhì),必須降解為小分子才能透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞,而B(niǎo)S中加入漆酶使得纖維素得到降解,進(jìn)一步進(jìn)入細(xì)胞被細(xì)胞所利用。實(shí)驗(yàn)組代謝EPS中多糖較少,用于合成細(xì)胞所需量較多。這是由于微生物中存在像酵母菌這種利用氨基酸、糖類及其他有機(jī)物質(zhì),通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生出促進(jìn)細(xì)胞分裂的活性物質(zhì)。而酵母菌代謝的產(chǎn)物又可產(chǎn)生其他微生物增殖所需要的基質(zhì),為其他微生物提供了重要的營(yíng)養(yǎng)保障[14]。
腐殖質(zhì)的來(lái)源除了廢水中本身存在的之外,還有BS中添加的生化黃腐酸的成分?？瞻捉MBS0對(duì)腐殖質(zhì)吸收率與實(shí)驗(yàn)組相差不大,這是由于生化黃腐酸中羧基、酚羥基等活性基團(tuán)含量較高,并具有含氧官能團(tuán),在結(jié)構(gòu)上存在許多有機(jī)螯合位和絡(luò)合位,這些配位基團(tuán)能與很多微量元素發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng),從而形成中介載體,促進(jìn)了元素的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn),但本身并不被微生物吸收[15-16]。
2.3 BS處理廢水的正交實(shí)驗(yàn)
以上都是從微生物的代謝活性方面測(cè)定活性污泥的EPS、LB-EPS、TB-EPS的量進(jìn)而確定生物促生劑BS的最佳用量,下面通過(guò)正交實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證在微生物代謝活性最佳條件下是否對(duì)應(yīng)相同的最佳工藝條件。研究設(shè)計(jì)了三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),以確定反應(yīng)的最佳工藝條件。
正交實(shí)驗(yàn)因素-水平表見(jiàn)表5，正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表6。分析可知,影響CODCr去除率的各因素的主次順序?yàn)椋禾幚頃r(shí)間>原水CODCr值>BS用量,最優(yōu)組合為：原水CODCr1100 mg/L,BS用量400 μL/L，處理時(shí)間30 h,這與之前通過(guò)EPS含量確定最佳BS組的結(jié)果一致。
表5 正交實(shí)驗(yàn)因素-水平表
表6 正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果
2.4 污泥的沉降性能與EPS及各組分的關(guān)系
圖3為不用BS用量下m(LB-EPS)∶m(EPS)、m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)與SVI的相關(guān)性。從圖3可知，在原水CODCr為1100 mg/L時(shí),m(LB-EPS)∶m(EPS)與污泥體積指數(shù)(SVI)有較明顯的相關(guān)性,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)均隨著SVI的增加而增加。去除率最好的BS2組,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)均為最小值,分別在0.32～0.38,0.56～0.6之間，且SVI屬于最低水平,說(shuō)明污泥沉降性能好。而B(niǎo)S1組,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)較小,SVI較大；BS3組,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)很大,SVI也很大。由此說(shuō)明，要確定污泥沉降性能的最佳組,可通過(guò)測(cè)定添加BS處理產(chǎn)生的m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)來(lái)確定,比值越小,越可能是BS的最佳用量,污泥的沉降性能也越好。由此推出LB-EPS的量為主導(dǎo)污泥沉降性能的主要參數(shù)。
圖3 不同BS用量下m(LB-EPS)∶m(EPS)、m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)與SVI的相關(guān)性
圖4為不同BS用量下各組分的蛋白質(zhì)量比、多糖量比與SVI的相關(guān)性。從圖4可知,LB-EPS中蛋白質(zhì)的量是決定SVI的一個(gè)指標(biāo),BS2組中m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))相對(duì)最大,在0.64～0.68之間,SVI卻最小。而TB-EPS和LB-EPS中的多糖均對(duì)SVI有較大影響,但BS1和BS2組中的m(LB-EPS多糖)∶m(EPS多糖)變化不明顯。而在BS2組中m(TB-EPS多糖)∶m(EPS多糖)相對(duì)最大,分別在0.22～0.26,0.48～0.52之間,但SVI是最小,BS1和BS3組SVI都較大。總體來(lái)說(shuō)：BS最佳用量下,m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))較大,則SVI最小,污泥沉降性能最好,且相關(guān)性最強(qiáng)。由此說(shuō)明要確定污泥沉降性能的最佳組,可通過(guò)測(cè)定添加BS處理產(chǎn)生的m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))的大小確定,比值越大,越可能是BS最佳用量。
圖4 不同BS用量下各組分的蛋白質(zhì)量比、多糖量比與SVI的相關(guān)性
3 結(jié) 論
通過(guò)對(duì)廢紙?jiān)旒垙U水活性污泥胞外聚合物(EPS)、松散結(jié)合的胞外聚合物(LB-EPS)、緊密結(jié)合的胞外聚合物(TB-EPS)的研究，來(lái)證明其中某種成分可以作為生物促生劑用量的指示劑，以及與污泥沉降性能的相關(guān)性。
(1)不同原水CODCr值下,存在不同BS用量可使得EPS、TB-EPS總量最多。起到?jīng)Q定性因素的是TB-EPS中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的量和 LB-EPS中多糖的量,但并不是BS用量越多,EPS和TB-EPS的量也越多,這與微生物對(duì)BS的吸收及分泌有關(guān)。
(2)在原水CODCr1100 mg/L、BS用量400 μL/L下，將微生物對(duì)蛋白質(zhì)和多糖的吸收和分泌能力大幅度提高,而將腐殖質(zhì)只作為促進(jìn)各元素吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)的中介載體,但本身不被微生物吸收。
(3)不同BS用量下,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)與污泥體積指數(shù)(SVI)呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)均隨著SVI的增加而增加。 說(shuō)明LB-EPS是影響污泥沉降性能的主要因素。
(4)不同BS用量下,m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))、m(LB-EPS多糖)∶m(EPS多糖),還有m(TB-EPS多糖)∶m(EPS多糖)與SVI也均呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。且BS最佳用量下m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))最能確定最佳污泥沉降性能。
由于生物促生劑的添加,促進(jìn)了微生物的代謝,使得胞外聚合物的量有了明顯變化。其中為了以最為簡(jiǎn)單的方法優(yōu)化BS的用量及提高污泥沉降性能,可直接通過(guò)測(cè)定TB-EPS中的蛋白質(zhì)的量來(lái)確定BS最佳用量；通過(guò)測(cè)定LB-EPS中的蛋白質(zhì)的量來(lái)確定最佳污泥沉降性能。
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(責(zé)任編輯：常 青)
The Effects of Bio-stimulant on OCC Papermaking Activated Sludge Extracellular Polymeric Substances
ZHANG An-long1ZHOU Dan-ni1,*DU Fei2XI Wen-jun1
(1.CollegeofEnvironmentalSciencesandEngineering,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021;2.CollegeofLightIndustrySciencesandEngineering,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021)
(*E-mail: 18991188414@163.com)
In the process of OCC papermaking wastewater treatment, the bio-stimulant was added to promote the degradation of pollutants, and finally to remove the pollutants from wastewater.Based on the study of extracellular polymers(EPS), loosely bound extracellular polymeric substances(LB-EPS), and tightly bound extracellular polymeric substances(TB-EPS)of activated sludge of OCC papermaking wastewater, to prove some components could be used as indicator of bio-stimulant dosage which was related to sludge settleability.Experiment using three different COD load of papermaking wastewater, and three groups of different dosages of bio-stimulant were used to carry out the experiment.In order to determine the optimum dosage of bio-stimulant the EPS, LB-EPS, TB-EPS were extract through sulfuric acid method, centrifugal method and ultrasonic wave decomposition method and measured the amount of proteins, polysaccharides and humus of sludge using spectrophotometry.Finally orthogonal experiment of bio-stimulant wastewater treatment was conduct for verification.The results showed that under different inlet COD load, there were different optimal dosage of bio-stimulant.The conclusion was that protein contents in LB-EPS and TB-EPS were the real impact factors on bio-stimulants dosage and sludge settleability control parameters．
bio-stimulant(BS); extracellular polymeric substances(EPS); loosely bound extracellular polymeric substances(LB-EPS); tightly bound extracellular polymeric substances(TB-EPS)
2016- 08- 29(修改稿)
制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(201604)。
張安龍先生，碩士，教授；研究方向：造紙工業(yè)廢水生物處理技術(shù)。
X17;X793
A
10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.01.005
*通信作者：周丹妮,在讀碩士研究生；研究方向：工業(yè)廢水生物處理技術(shù)。
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張安龍 周丹妮,* 杜 飛 郗文君
(1.陜西科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021；2.陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021)
·生物促生劑·
生物促生劑對(duì)廢紙?jiān)旒埢钚晕勰喟饩酆衔锏挠绊?/p>
張安龍1周丹妮1,*杜 飛2郗文君1
(1.陜西科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021；2.陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安，710021)
在造紙廢水處理過(guò)程中加入生物促生劑是為了促進(jìn)污染物降解,最終達(dá)到去除廢水中污染物的目的。本研究通過(guò)對(duì)廢紙?jiān)旒垙U水活性污泥胞外聚合物(EPS)、松散結(jié)合的胞外聚合物(LB-EPS)、緊密結(jié)合的胞外聚合物(TB-EPS)的研究,來(lái)證明其中某種成分可以作為指示生物促生劑用量的指示劑,以及與污泥沉降性能的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)采用3種不同CODCr值的造紙廢水,并取3組不同用量的生物促生劑分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)采用硫酸法、離心和聲波降解法分別提取污泥中EPS、LB-EPS、TB-EPS,用分光光度法測(cè)定其中蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量,以此確定生物促生劑最佳用量；并采用生物促生劑處理廢水的正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,不同CODCr的廢水,存在不同的最佳生物促生劑用量；真正影響生物促生劑用量和污泥沉降性能控制參數(shù)的是TB-EPS中的蛋白質(zhì)的量和LB-EPS中的蛋白質(zhì)的量。
生物促生劑；胞外聚合物；松散結(jié)合的胞外聚合物；緊密結(jié)合的胞外聚合物
隨著我國(guó)工業(yè)廢水排放要求的提高,傳統(tǒng)的生物處理方法已很難滿足地方和行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn),因此生物促生技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,該技術(shù)主要是通過(guò)向受污水體中投加無(wú)毒不含菌種的生物促生劑、生物激活劑等具有促生效果的藥劑來(lái)促進(jìn)污染物的降解，最終實(shí)現(xiàn)去除污染物的目的。本實(shí)驗(yàn)選用的生物促生劑(BS)是自主配方,含有生物酶、小分子酸、生長(zhǎng)刺激物、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。小分子有機(jī)酸可以提高酶的活性,促進(jìn)污染物降解,并且有機(jī)酸片斷可作為載體,是電子對(duì)的接受體,與各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)絡(luò)合,進(jìn)入微生物體內(nèi),經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng),釋放能量并合成細(xì)胞物質(zhì),來(lái)維持細(xì)胞正常的生長(zhǎng)代謝和繁殖,并且提高微生物的凈化效率,最終達(dá)到去除造紙廢水中污染物的目的[1]。
王正興等人[2-3]研究了生物促生劑對(duì)受污水體和受污底泥的最佳影響,袁磊等人[4- 6]為解決工業(yè)廢水故障確定的生物促生劑最佳添加量的方法,均采用COD、氨氮、總磷、溶解氧、色度等常用化學(xué)指標(biāo)指示水體、底泥修復(fù)以及故障的解決。但事實(shí)上生物促生劑本身主要作用于底泥或活性污泥中微生物的代謝和繁殖,僅憑化學(xué)指標(biāo)指示會(huì)存在處理效果滯后的影響。從鄒學(xué)圣等人[7- 8]在造紙廢水中采用生物相來(lái)說(shuō)明生物促生劑的效果中,發(fā)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)不是衡量生物促生劑的最佳量以及活性污泥狀態(tài)的唯一標(biāo)準(zhǔn)；而通過(guò)微生物代謝、進(jìn)水基質(zhì)的改變、細(xì)胞溶解出包裹在細(xì)胞壁外側(cè)的胞外聚合物(EPS)才是直接影響活性污泥對(duì)水中污染物吸附去除和污泥沉降性能的主要因素[9]。對(duì)于主要由蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)組成的EPS,及包括內(nèi)層緊密結(jié)合的胞外聚合物(TB-EPS)和外層松散結(jié)合的胞外聚合物(LB-EPS),需要深入探究。
本實(shí)驗(yàn)將通過(guò)對(duì)造紙活性污泥EPS、LB-EPS、TB-EPS的研究,證明其中某種成分可以作為生物促生劑用量的指示劑,以及與污泥沉降性能的相關(guān)性。本生物促生劑已在造紙廠進(jìn)行中試,研究旨在改善生物促生劑的過(guò)量添加,為生物促生劑在造紙行業(yè)廢水處理推廣應(yīng)用提供有效解決方法。
1 材料和方法
1.1 廢水與污泥的來(lái)源及馴化
廢水取自陜西某廢紙?jiān)旒垙S廢水處理廠的OCC制漿廢水進(jìn)水(本文稱為原水，共3種不同CODCr值的原水),取回后于4℃下冷藏,原水水質(zhì)見(jiàn)表1。接種污泥來(lái)自陜西某廢紙?jiān)旒垙S廢水處理廠氧化溝的活性污泥,沉淀30 min后,倒去上清液,取4 L的污泥、3 L的廢水倒入有效容積為10 L的反應(yīng)器中,控制溫度25～30℃,pH值7～8,溶解氧1～2 mg/L,馴化24 h。
1.2 儀器與藥品
儀器：UV6000紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),上海佑科儀器儀表有限公司；MX-S渦旋混合器,美國(guó)賽洛捷克；三參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀,北京連華科技有限公司；TG16A-WS臺(tái)式高速離心機(jī),上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；JOYN-3000A低溫超聲波萃取儀,上海喬躍電子有限公司；JJ-1精密電動(dòng)攪拌器,國(guó)華儀器有限公司。
表1 原水水質(zhì)
藥品：生物促生劑(BS)，自制。Na3PO4、NaH2PO4:分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；NaCl：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；KCl：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；蒽酮：分析純,上?？曝S實(shí)業(yè)有限公司；濃硫酸：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；牛血清蛋白：相對(duì)分子質(zhì)量約67000,含氮量>13%,上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司；無(wú)水碳酸鈉：分析純,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；氫氧化鈉：分析純,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；酒石酸鉀鈉：分析純,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；硫酸銅(CuSO4·5H2O)、鎢酸鈉(Na3WO4·2H2O)：分析純,成都市科龍化工試劑廠；鉬酸鈉(Na3MoO4·2H2O)：分析純,天津市化學(xué)試劑四廠；磷酸：分析純,天津天力化學(xué)試劑有限公司；硫酸鋰：分析純,成都市科龍化工試劑廠；液溴：分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠。
1.3 BS的組成與用量及污泥分組培養(yǎng)
BS的組成：由100 U/g漆酶、0.25 g/L赤霉酸、1 g/L黃腐酸、100 g/L尿素、10 g/L磷酸二氫鉀,及微量元素2 mg/L Mg2+、20 mg/L Fe3+、3 mg/L Mn2+、1 mg/L Zn2+、0.5 mg/L Mo6+組成。
將未添加BS的空白組與配成3種不同BS用量的實(shí)驗(yàn)組,分別編號(hào)為BS0、BS1、BS2、BS3,用量如表2所示。
表2 BS用量
注 BS用量相對(duì)每升廢水。
圖1 各組分標(biāo)準(zhǔn)曲線
1.4 污泥的分組培養(yǎng)
用12個(gè)500 mL的量筒,分別加入馴化好的活性污泥,將12個(gè)量筒分為4個(gè)大組,3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)控制每組的污泥濃度為3500 mg/L,再加入廢水至500 mL后,每組加入不同量的BS,并曝氣24 h。
1.5 EPS、LB-EPS、TB-EPS的提取方法
LB-EPS和TB-EPS屬于EPS中的一部分,但不是全部,不能僅僅用LB-EPS和TB-EPS量的和來(lái)表示EPS,而是需要用LB-EPS和TB-EPS與EPS的比值來(lái)進(jìn)行精確分析,所以這里選取了3種不同的提取方法。
(1)采用硫酸法提取EPS
取50 mL污泥在5000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心10 min,倒去上清液,向離心后的污泥中加入EPS緩沖溶液補(bǔ)足50 mL倒入燒杯中,然后向燒杯中加入50 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的H2SO4,在1000 r/min的攪拌器中提取1 h后,以5000 r/min的轉(zhuǎn)速離心20 min,最后用0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾,過(guò)濾液即為EPS提取溶液[10]。(EPS緩沖溶液為2 mmol/L Na3PO4,4 mmol/L NaH2PO4, 9 mmol/L NaCl和1 mmol/L KCl配制而成,pH值=7)。
(2)采用離心法提取LB-EPS
取30 mL污泥在3000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心15 min,倒去浮層,用去離子水稀釋到30 mL并在7400 r/min的轉(zhuǎn)速下離心15 min,最后用0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾,過(guò)濾液即為L(zhǎng)B-EPS提取溶液[9]。
(3)采用聲波降解法提取TB-EPS
提取過(guò)LB-EPS后的污泥用去離子水稀釋到30 mL 并設(shè)置低溫超聲波萃取儀在20 kHz、480 W的條件下超聲10 min。超聲后的污泥在15000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心20 min,最后用0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾,過(guò)濾液即為T(mén)B-EPS提取溶液[9]。
1.6 蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的測(cè)定方法及其標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
EPS、LB-EPS、TB-EPS總量分別由上述各提取后的提取液中蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量之和表示,水樣中的EPS是指水樣中蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量之和。其中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)測(cè)定采用Folin-Lowry法[11],標(biāo)準(zhǔn)物分別為牛血清蛋白和黃腐酸。多糖測(cè)定采用蒽酮-硫酸法,標(biāo)準(zhǔn)物為葡萄糖[12]。標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。各組分含量均采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量,蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量分別于500 nm、625 nm、750 nm處測(cè)定吸光度。
1.7 活性污泥中微生物對(duì)水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與分泌的計(jì)算方法
根據(jù)能量守恒定律,活性污泥中微生物對(duì)水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收量、分泌量、吸收率、分泌率計(jì)算公式如式(1)～式(4)所示。
吸收量=(處理前水中EPS+處理后污泥中EPS)-(處理后水中EPS+處理前污泥中EPS)
(1)
分泌量=處理后污泥中EPS-處理前污泥中EPS
(2)
(3)
(4)
2 結(jié)果與討論
2.1 BS對(duì)EPS量及各組分量的影響
不同原水CODCr值、不同BS用量下，造紙廢水經(jīng)過(guò)活性污泥處理30 h后，分別測(cè)定了產(chǎn)生的EPS、LB-EPS、TB-EPS中各組分的量，測(cè)定結(jié)果如圖2所示。 從圖2可知，CODCr為813 mg/L、1100 mg/L、1300 mg/L的廢水在處理30 h之后，分別對(duì)應(yīng)BS1組、BS2組、BS3組產(chǎn)生的EPS、TB-EPS的量最多，而LB-EPS的量變化規(guī)律不明顯，又因?yàn)門(mén)B-EPS是EPS中的一部分，TB-EPS的量直接影響EPS的量，更有利于具體分析，因此主要分析TB-EPS量多的原因。
圖2 EPS、LB-EPS、TB-EPS中各組分含量
表3 不同原水CODCr值、不同BS用量下EPS和TB-EPS及各組分的量 mg/g VSS
表3為不同原水CODCr值、不同BS用量下EPS和TB-EPS及各組分的量。從表3可知，TB-EPS中的蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的量所占比例較大，均占TB-EPS總量的85%以上，且不同原水CODCr值下，最高值組的TB-EPS中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的量的總和比其他BS組高出超過(guò)20%，但并不是說(shuō)BS用量越多，TB-EPS的量也越多，這與微生物對(duì)蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的吸收和分泌效果有很大關(guān)系。
同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原水CODCr為1100 mg/L時(shí)的BS2組中的EPS量尤其明顯，比其他BS組高出1倍多，因此本研究主要以原水CODCr為1100 mg/L也就是EPS量最多組進(jìn)行探究，這里稱其為BS最佳組。
2.2 BS對(duì)微生物吸收與分泌營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響
根據(jù)能量守恒定律,EPS的產(chǎn)因主要與微生物吸收與分泌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。微生物吸收水中蛋白質(zhì)主要用于細(xì)胞合成。2號(hào)原水(CODCr1100 mg/L)經(jīng)處理，微生物吸收和分泌的蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可知,與空白組相比,實(shí)驗(yàn)組中在最佳BS用量下,微生物對(duì)蛋白質(zhì)吸收率更大,這是由于BS的添加使得微生物整體活性增強(qiáng),將水中蛋白質(zhì)大幅度吸收,某些微生物如酵母菌將水中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白,使得可用于微生物吸收的蛋白質(zhì)的量增多。微生物將吸收蛋白質(zhì)用于自身代謝,分泌出一部分代謝產(chǎn)物將水中一部分有機(jī)物包裹,也就是EPS[13]。而且實(shí)驗(yàn)組微生物對(duì)蛋白質(zhì)分
表4 微生物吸收與分泌的蛋白質(zhì)、多糖、腐殖質(zhì)的量
泌率也更大,這是由于BS加快了微生物代謝過(guò)程,將大量代謝產(chǎn)物送出細(xì)胞。這里分泌蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)是負(fù)值,是由于微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的量無(wú)法測(cè)定,一大部分微生物細(xì)胞內(nèi)正處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,將大部分蛋白質(zhì)吸收參與反應(yīng),但還是不能滿足,在此基礎(chǔ)上將自身分泌EPS中蛋白質(zhì)又消耗用于細(xì)胞合成。
從表4可知，實(shí)驗(yàn)各組吸收多糖率比分泌多糖率大了3倍,則說(shuō)明添加BS使得微生物對(duì)多糖利用率提高,也就是促進(jìn)微生物對(duì)糖類物質(zhì)吸收,這是由于多糖是大分子物質(zhì),必須降解為小分子才能透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞,而B(niǎo)S中加入漆酶使得纖維素得到降解,進(jìn)一步進(jìn)入細(xì)胞被細(xì)胞所利用。實(shí)驗(yàn)組代謝EPS中多糖較少,用于合成細(xì)胞所需量較多。這是由于微生物中存在像酵母菌這種利用氨基酸、糖類及其他有機(jī)物質(zhì),通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生出促進(jìn)細(xì)胞分裂的活性物質(zhì)。而酵母菌代謝的產(chǎn)物又可產(chǎn)生其他微生物增殖所需要的基質(zhì),為其他微生物提供了重要的營(yíng)養(yǎng)保障[14]。
腐殖質(zhì)的來(lái)源除了廢水中本身存在的之外,還有BS中添加的生化黃腐酸的成分?？瞻捉MBS0對(duì)腐殖質(zhì)吸收率與實(shí)驗(yàn)組相差不大,這是由于生化黃腐酸中羧基、酚羥基等活性基團(tuán)含量較高,并具有含氧官能團(tuán),在結(jié)構(gòu)上存在許多有機(jī)螯合位和絡(luò)合位,這些配位基團(tuán)能與很多微量元素發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng),從而形成中介載體,促進(jìn)了元素的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn),但本身并不被微生物吸收[15-16]。
2.3 BS處理廢水的正交實(shí)驗(yàn)
以上都是從微生物的代謝活性方面測(cè)定活性污泥的EPS、LB-EPS、TB-EPS的量進(jìn)而確定生物促生劑BS的最佳用量,下面通過(guò)正交實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證在微生物代謝活性最佳條件下是否對(duì)應(yīng)相同的最佳工藝條件。研究設(shè)計(jì)了三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),以確定反應(yīng)的最佳工藝條件。
正交實(shí)驗(yàn)因素-水平表見(jiàn)表5，正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表6。分析可知,影響CODCr去除率的各因素的主次順序?yàn)椋禾幚頃r(shí)間>原水CODCr值>BS用量,最優(yōu)組合為：原水CODCr1100 mg/L,BS用量400 μL/L，處理時(shí)間30 h,這與之前通過(guò)EPS含量確定最佳BS組的結(jié)果一致。
表5 正交實(shí)驗(yàn)因素-水平表
表6 正交實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果
2.4 污泥的沉降性能與EPS及各組分的關(guān)系
圖3為不用BS用量下m(LB-EPS)∶m(EPS)、m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)與SVI的相關(guān)性。從圖3可知，在原水CODCr為1100 mg/L時(shí),m(LB-EPS)∶m(EPS)與污泥體積指數(shù)(SVI)有較明顯的相關(guān)性,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)均隨著SVI的增加而增加。去除率最好的BS2組,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)均為最小值,分別在0.32～0.38,0.56～0.6之間，且SVI屬于最低水平,說(shuō)明污泥沉降性能好。而B(niǎo)S1組,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)較小,SVI較大；BS3組,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)很大,SVI也很大。由此說(shuō)明，要確定污泥沉降性能的最佳組,可通過(guò)測(cè)定添加BS處理產(chǎn)生的m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)來(lái)確定,比值越小,越可能是BS的最佳用量,污泥的沉降性能也越好。由此推出LB-EPS的量為主導(dǎo)污泥沉降性能的主要參數(shù)。
圖3 不同BS用量下m(LB-EPS)∶m(EPS)、m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)與SVI的相關(guān)性
圖4為不同BS用量下各組分的蛋白質(zhì)量比、多糖量比與SVI的相關(guān)性。從圖4可知,LB-EPS中蛋白質(zhì)的量是決定SVI的一個(gè)指標(biāo),BS2組中m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))相對(duì)最大,在0.64～0.68之間,SVI卻最小。而TB-EPS和LB-EPS中的多糖均對(duì)SVI有較大影響,但BS1和BS2組中的m(LB-EPS多糖)∶m(EPS多糖)變化不明顯。而在BS2組中m(TB-EPS多糖)∶m(EPS多糖)相對(duì)最大,分別在0.22～0.26,0.48～0.52之間,但SVI是最小,BS1和BS3組SVI都較大。總體來(lái)說(shuō)：BS最佳用量下,m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))較大,則SVI最小,污泥沉降性能最好,且相關(guān)性最強(qiáng)。由此說(shuō)明要確定污泥沉降性能的最佳組,可通過(guò)測(cè)定添加BS處理產(chǎn)生的m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))的大小確定,比值越大,越可能是BS最佳用量。
圖4 不同BS用量下各組分的蛋白質(zhì)量比、多糖量比與SVI的相關(guān)性
3 結(jié) 論
通過(guò)對(duì)廢紙?jiān)旒垙U水活性污泥胞外聚合物(EPS)、松散結(jié)合的胞外聚合物(LB-EPS)、緊密結(jié)合的胞外聚合物(TB-EPS)的研究，來(lái)證明其中某種成分可以作為生物促生劑用量的指示劑，以及與污泥沉降性能的相關(guān)性。
(1)不同原水CODCr值下,存在不同BS用量可使得EPS、TB-EPS總量最多。起到?jīng)Q定性因素的是TB-EPS中蛋白質(zhì)和腐殖質(zhì)的量和 LB-EPS中多糖的量,但并不是BS用量越多,EPS和TB-EPS的量也越多,這與微生物對(duì)BS的吸收及分泌有關(guān)。
(2)在原水CODCr1100 mg/L、BS用量400 μL/L下，將微生物對(duì)蛋白質(zhì)和多糖的吸收和分泌能力大幅度提高,而將腐殖質(zhì)只作為促進(jìn)各元素吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)的中介載體,但本身不被微生物吸收。
(3)不同BS用量下,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)與污泥體積指數(shù)(SVI)呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性,m(LB-EPS)∶m(EPS)以及m(LB-EPS)∶m(TB-EPS)均隨著SVI的增加而增加。 說(shuō)明LB-EPS是影響污泥沉降性能的主要因素。
(4)不同BS用量下,m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))、m(LB-EPS多糖)∶m(EPS多糖),還有m(TB-EPS多糖)∶m(EPS多糖)與SVI也均呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。且BS最佳用量下m(LB-EPS蛋白質(zhì))∶m(EPS蛋白質(zhì))最能確定最佳污泥沉降性能。
由于生物促生劑的添加,促進(jìn)了微生物的代謝,使得胞外聚合物的量有了明顯變化。其中為了以最為簡(jiǎn)單的方法優(yōu)化BS的用量及提高污泥沉降性能,可直接通過(guò)測(cè)定TB-EPS中的蛋白質(zhì)的量來(lái)確定BS最佳用量；通過(guò)測(cè)定LB-EPS中的蛋白質(zhì)的量來(lái)確定最佳污泥沉降性能。
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(責(zé)任編輯：常 青)
The Effects of Bio-stimulant on OCC Papermaking Activated Sludge Extracellular Polymeric Substances
ZHANG An-long1ZHOU Dan-ni1,*DU Fei2XI Wen-jun1
(1.CollegeofEnvironmentalSciencesandEngineering,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021;2.CollegeofLightIndustrySciencesandEngineering,ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi’an,ShaanxiProvince, 710021)
(*E-mail: 18991188414@163.com)
In the process of OCC papermaking wastewater treatment, the bio-stimulant was added to promote the degradation of pollutants, and finally to remove the pollutants from wastewater.Based on the study of extracellular polymers(EPS), loosely bound extracellular polymeric substances(LB-EPS), and tightly bound extracellular polymeric substances(TB-EPS)of activated sludge of OCC papermaking wastewater, to prove some components could be used as indicator of bio-stimulant dosage which was related to sludge settleability.Experiment using three different COD load of papermaking wastewater, and three groups of different dosages of bio-stimulant were used to carry out the experiment.In order to determine the optimum dosage of bio-stimulant the EPS, LB-EPS, TB-EPS were extract through sulfuric acid method, centrifugal method and ultrasonic wave decomposition method and measured the amount of proteins, polysaccharides and humus of sludge using spectrophotometry.Finally orthogonal experiment of bio-stimulant wastewater treatment was conduct for verification.The results showed that under different inlet COD load, there were different optimal dosage of bio-stimulant.The conclusion was that protein contents in LB-EPS and TB-EPS were the real impact factors on bio-stimulants dosage and sludge settleability control parameters．
bio-stimulant(BS); extracellular polymeric substances(EPS); loosely bound extracellular polymeric substances(LB-EPS); tightly bound extracellular polymeric substances(TB-EPS)
2016- 08- 29(修改稿)
制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(201604)。
張安龍先生，碩士，教授；研究方向：造紙工業(yè)廢水生物處理技術(shù)。
X17;X793
A
10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.01.005
*通信作者：周丹妮,在讀碩士研究生；研究方向：工業(yè)廢水生物處理技術(shù)。
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