生物法處理造紙廢水的試驗(yàn)研究

黃儒霞，蘭善紅，曾威龍，廖樂(lè)樂(lè)，蘇淑茵，趙敏怡

(東莞理工學(xué)院 生態(tài)環(huán)境與建筑工程學(xué)院，廣東 東莞 523000)

目前，我國(guó)造紙企業(yè)每生產(chǎn)1 t紙產(chǎn)品，就會(huì)產(chǎn)生20～40 t的廢水。隨著水資源短缺，生態(tài)環(huán)境污染日益嚴(yán)重，如何達(dá)到造紙廢水的“零排放”成為工業(yè)廢水處理的頭等難題。本課題旨在通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)研究，依據(jù)造紙廢水污染特性，研發(fā)出專(zhuān)用于造紙廢水處理的復(fù)合微生物菌劑，從時(shí)間、投加菌量、溫度和pH值等4個(gè)方面驗(yàn)證其處理效果并初步探索其作用機(jī)理。將復(fù)合微生物菌劑用于二級(jí)處理系統(tǒng)，提高了廢水的凈化效果，降低后續(xù)深度處理成本。

1 材料與方法

1.1 微生物菌劑

呈黃褐色固體粉末狀，由分離培養(yǎng)的光合細(xì)菌、酵母菌和硝化細(xì)菌等固化而成。由課題組提供。

1.2 水質(zhì)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)廢水取自東莞泰昌紙業(yè)有限公司產(chǎn)生的制漿廢水，該廢水經(jīng)篩網(wǎng)、初沉池、調(diào)節(jié)池和厭氧池處理。其水質(zhì)：CODCr為700～900 mg/L，BOD5為115～200 mg/L，SS質(zhì)量濃度為100～180 mg/L，pH值為7.2，氨氮質(zhì)量濃度為44～48 mg/L，TP質(zhì)量濃度為0.3～0.5 mg/L。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 復(fù)合微生物菌劑的激活

向50 L的塑料桶里加入10 L蒸餾水，稱(chēng)取100 g微生物菌劑，加入塑料桶中與水混勻，在室溫下持續(xù)曝氣4～6 h，其中菌劑和蒸餾水的質(zhì)量比為1/100。

1.3.2 不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響實(shí)驗(yàn)

取10 L造紙廢水，并添加1 g已激活的復(fù)合微生物菌劑，對(duì)水樣進(jìn)行持續(xù)性曝氣，每隔1 d取樣測(cè)試指標(biāo)。做三個(gè)平行，結(jié)果取平均值。

1.3.3 投加菌量對(duì)廢水處理效果的影響實(shí)驗(yàn)

分別取造紙廢水10 L，投加菌劑0、0.2、0.4、0.6、0.8、1 g(質(zhì)量濃度分別為0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 g/L)，以空白，K-1,K-2,K-3,K-4,K-5表示，相同條件下持續(xù)曝氣，每隔1 d取樣測(cè)試指標(biāo)，每組實(shí)驗(yàn)做兩個(gè)平行樣，結(jié)果取平均值。

1.3.4 溫度和pH值對(duì)廢水處理效果的影響實(shí)驗(yàn)

在以上基礎(chǔ)運(yùn)用控制變量法分別確定溫度和pH值單變量對(duì)該菌劑處理造紙廢水的影響，每組實(shí)驗(yàn)做兩個(gè)平行樣，結(jié)果取平均值。

1.4 檢測(cè)方法

CODCr采用微波消解法測(cè)定；氨氮采用納氏試劑分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)廢水處理效果的影響

取10 L造紙廢水，添加1 g已激活的復(fù)合微生物菌劑，對(duì)水樣進(jìn)行持續(xù)性曝氣，每隔1 d取樣測(cè)試指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2所示。

從圖1和圖2可以看出,CODCr、氨氮濃度都隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而降低，水樣初始CODCr濃度為790.4 mg/L，開(kāi)始時(shí)CODCr濃度變化幅度較小，第四天降解速度突然加快，降到最低的205.4 mg/L，此時(shí)CODCr的去除率達(dá)到最大的74%，第五天后，CODCr濃度趨于穩(wěn)定，稍微還有升高。由于造紙廢水成分較為復(fù)雜，微生物需要一定的時(shí)間去適應(yīng)，所以開(kāi)始階段CODCr的降解速度特別慢，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的適應(yīng)后，微生物迅速增殖，利用廢水中的有機(jī)物新陳代謝，消耗有機(jī)物，CODCr快速降低。雖然未能達(dá)到《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB3544-2016)》規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)限值150 mg/L，但后續(xù)再進(jìn)行混凝沉淀即可達(dá)標(biāo)排放。初始氨氮濃度為47.78 mg/L，隨著反應(yīng)時(shí)間逐漸降低，在第四天后降到最低的8.72 mg/L，去除率達(dá)到81%，低于GB3544-2016 規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)限值10 mg/L，無(wú)需后續(xù)深度處理即可達(dá)標(biāo)排放。綜合考慮時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本，反應(yīng)時(shí)間應(yīng)選為84～96 h。

圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)CODCr降解效果的影響Fig.1 Effect of reaction time on the degradation effect of CODCr

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氨氮降解效果的影響Fig.2 Effect of reaction time on the degradation of ammonia nitrogen

2.2 投加菌量對(duì)廢水處理效果的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，當(dāng)復(fù)合微生物菌劑的投加量較少時(shí)，廢水CODCr的去除效果隨著菌劑投加量的增加而提高，此時(shí)廢水中的有機(jī)物質(zhì)含量較高，投加的微生物量少，微生物可充分利用基質(zhì)進(jìn)行新陳代謝，消耗廢水中的有機(jī)物。當(dāng)投放量增加到一定量時(shí)，廢水中微生物增多，微生物缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而死亡，會(huì)直接導(dǎo)致廢水中有機(jī)物濃度升高，降低了對(duì)廢水的處理效果。原液的CODCr濃度為783.4 mg/L，氨氮濃度為45.69 mg/L。反應(yīng)時(shí)間為96 h時(shí)，廢水的CODCr、氨氮的去除率最高。

圖3 不同復(fù)合微生物菌劑投加量對(duì)廢水CODCr的去除效果Fig.3 The removal efficiency of CODCr in wastewater with different compound microbicides

取96 h時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如圖4、圖5所示，當(dāng)復(fù)合微生物菌劑的投加量為0.8 g/L時(shí)，去除率達(dá)到最佳。綜合考慮，10 L造紙廢水的最佳處理組合是96 h，投加0.8 g菌種。

圖4 反應(yīng)96 h后菌劑不同投加量對(duì)廢水的CODCr去除效果Fig.4 The effect of different dosage of the bacteria after 96 h on CODCr removal of wastewater

圖5 反應(yīng)96 h后菌劑不同投加量對(duì)廢水的氨氮去除效果Fig.5 The effect of different dosage of bacteria on ammonia nitrogen removal in wastewater after 96h reaction

2.3 溫度對(duì)廢水處理效果的影響

圖6 反應(yīng)96 h后不同溫度對(duì)廢水的CODCr去除效果Fig.6 The effect of different temperature on CODCr removal of wastewater after 96h reaction

溫度與廢水處理效果的關(guān)系見(jiàn)圖6和圖7。溫度為15℃時(shí)，CODCr的去除率為70%，當(dāng)溫度為25℃時(shí)，CODCr的去除率達(dá)到最高的75%。隨后又隨著溫度的升高去除率下降，溫度達(dá)到35℃時(shí)，去除率下降到68%。圖7反映出溫度在15～35℃時(shí)，氨氮的去除效果隨著溫度的升高而提高，但是并不能表明溫度越高越好。限于實(shí)驗(yàn)條件，我們沒(méi)有再深入的探討最適的氨氮去除溫度，希望我們的數(shù)據(jù)能為后續(xù)研究者提供參考。

圖7 反應(yīng)96 h后不同溫度對(duì)廢水的氨氮去除效果Fig.7 The effect of different temperature on ammonia removal of wastewater after 96h reaction

2.4 pH值對(duì)廢水處理效果的影響

對(duì)于微生物，水體中的pH值直接影響到微生物的代謝過(guò)程，如酶促反應(yīng)、細(xì)胞通透性、對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收等均需要合適的pH值。想要得到廢水最佳的去除效果，必須要探究最適宜的pH值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8、圖9。

圖8 反應(yīng)96 h后不同pH值對(duì)廢水的CODCr去除效果Fig.8 The effect of different pH values on CODCr removal of wastewater after 96 h reaction

可以看到：pH值為8時(shí)，CODCr、氨氮都達(dá)到了最大的去除率，分別為75%、83%。其中，pH值為7～8時(shí)，對(duì)CODCr的降解影響較小，去除率幅度在71%～75%之間。氨氮的去除對(duì)pH值較敏感，當(dāng)pH值為5時(shí)，氨氮的去除率僅為30%，遠(yuǎn)低于pH值為8時(shí)最高的83%。pH值為7～8時(shí)，對(duì)氨氮的降解幾乎沒(méi)什么影響。故最適宜的pH值為7～8。原液的pH值為7.2左右，考慮到綜合成本因素，在實(shí)際處理造紙廢水時(shí)，無(wú)需再調(diào)節(jié)其pH值。

圖9 反應(yīng)96 h后不同pH值對(duì)廢水的氨氮去除效果Fig.9 The effect of different pH values on ammonia removal of wastewater after 96 h reaction

3 結(jié)論

該菌劑的最佳降解條件為：25 ℃時(shí)，pH值為7～8條件下，用量0.8 g/L,持續(xù)曝氣96 h。在最優(yōu)條件下，該復(fù)合微生物菌劑對(duì)CODCr、氨氮的去除率分別達(dá)到75%、83%。該菌劑投加量對(duì)廢水處理效果的影響較明顯，特別是對(duì)氨氮的降解效果；但它對(duì)于溫度和pH值的適用范圍較寬。總之，對(duì)造紙廢水的降解效果顯著，且在自然條件下處理效果也不錯(cuò)，具有較高的經(jīng)濟(jì)適用價(jià)值。