(1天津市工業(yè)微生物研究所有限公司;2天津?qū)嵃l(fā)中科百奧工業(yè)生物技術(shù)有限公司3天津市工業(yè)微生物工程技術(shù)中心;4天津市工業(yè)微生物企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室5天津量信檢驗(yàn)認(rèn)證技術(shù)有限公司 天津 300462)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和生活水平的迅猛發(fā)展,樹脂的需求呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì),特別是在復(fù)合材料,涂料,建筑等行業(yè)的應(yīng)用[1-2]。樹脂種類繁多,其生產(chǎn)廢水成分更為復(fù)雜,是一種高毒性、高有機(jī)污染物含量,具有強(qiáng)刺激性氣味的酸性難降解有機(jī)工業(yè)廢水,對(duì)微生物有較大的毒害作用[3-4]。目前,樹脂混合廢水主要采用傳統(tǒng)活性污泥處理工藝,在實(shí)際應(yīng)用中存在水停留時(shí)間長(zhǎng),工藝流程長(zhǎng),抗沖擊能力差和易受有毒污染物抑制的不足[5-6]。
生物菌群強(qiáng)化技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)活性污泥工藝,具有縮短水停留時(shí)間,提高降解效率的特點(diǎn)[7];相對(duì)單菌種篩選的生物強(qiáng)化技術(shù),可以保持特定微生物在一個(gè)統(tǒng)一體中互相促進(jìn),共同組成一個(gè)復(fù)雜而穩(wěn)定的具有多元功能的微生物生態(tài)系統(tǒng),具有提高抗沖擊能力,降低有毒污染物的抑制作用[8]。在利用生物菌群強(qiáng)化技術(shù)處理工業(yè)廢水方面的研究較少,尤其是成分復(fù)雜的樹脂廢水。本文選擇以天津某樹脂企業(yè)的生產(chǎn)廢水為研究對(duì)象,采用生物菌群強(qiáng)化技術(shù)對(duì)該廢水進(jìn)行處理研究。
試驗(yàn)裝置[9]設(shè)置為2組,均采用有機(jī)玻璃材質(zhì),規(guī)格完全相同。其中,缺氧反應(yīng)器容積為2.5L,好氧反應(yīng)器容積為3L,沉淀池容積為6L。將2套試驗(yàn)裝置分別編號(hào)為A用作試驗(yàn)對(duì)照和B用作試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置如圖1所示。
圖1 試驗(yàn)裝置示意圖
本課題的廢水來(lái)自天津某樹脂企業(yè)的生產(chǎn)廢水,接種的厭氧污泥和好氧污泥分別來(lái)自該企業(yè)污水處理相應(yīng)構(gòu)筑物中的活性污泥。水質(zhì)參數(shù)見表1。
表1 水質(zhì)參數(shù)表
AE200分析天平(METTLER TOLEDO),5B-3C COD 快速測(cè)定儀(連華),5B-1多參數(shù)消解儀(連華),U-3010可見紫外分光光度計(jì)(日立),PHB-4酸度計(jì)(雷磁),HQ30d便攜式溶解氧測(cè)定儀(哈希)。
(1)菌群的增殖培養(yǎng)。配制增殖培養(yǎng)基(每升含蛋白胨10g,酵母粉 5g,氯化鈉 10g,pH=7.0,且培養(yǎng)基不經(jīng)滅菌),調(diào)節(jié)pH近中性,直接分裝于250ml錐形瓶,增殖好氧菌群時(shí),每瓶裝100mL;增殖兼氧菌群時(shí),每瓶裝200mL。將5%的活性污泥接入增殖培養(yǎng)基中,在32℃條件下,好氧菌群采用振蕩培養(yǎng),搖床轉(zhuǎn)速150r/min;兼氧菌群采用靜置培養(yǎng),定時(shí)搖動(dòng),培養(yǎng)時(shí)間24h。將培養(yǎng)液在10000r/15min條件下離心,得到菌體備用。
(2)菌群的馴化篩選。配制馴化篩選培養(yǎng)基(稀釋樹脂廢水使COD濃度為2000mg/L作為篩選培養(yǎng)基),分裝于錐形瓶中,接入菌群增殖培養(yǎng)收集的菌體。好氧菌群和厭氧菌群的培養(yǎng)方法與菌群增殖培養(yǎng)時(shí)相同,培養(yǎng)結(jié)束后,逐步提高樹脂廢水COD濃度,并重復(fù)上述步驟,使菌群得到馴化。最后在10000r/15min條件下離心收集,得到馴化好的菌群。
(3)廢水降解實(shí)驗(yàn)。廢水經(jīng)預(yù)處理之后,采用缺氧+好氧的生化處理工藝,并將馴化的菌群添加到缺氧和好氧反應(yīng)器中,工藝流程圖見圖2所示。
圖2 試驗(yàn)工藝流程圖
采用A/O處理工藝,運(yùn)行周期為9d,包括缺氧攪拌5天,好氧間歇曝氣3d,沉淀1d,回流比120%。先將用于接種的活性污泥和樹脂廢水置于A和B試驗(yàn)裝置中。通過(guò)冷卻水循環(huán)器控制反應(yīng)器中的水溫,向2#反應(yīng)器投加菌群菌體,菌體量約反應(yīng)器廢水體積的5%,在反應(yīng)器運(yùn)行期間,每天測(cè)定水質(zhì)COD,并取少量污泥進(jìn)行鏡檢。
(1)COD 的測(cè)定。試驗(yàn)采用快速消解分光光度法[10],每隔24h測(cè)定水質(zhì)COD,并根據(jù)公式(1)計(jì)算COD的去除率。
式(1)中,W 為 CODcr的去除率(%),C0和 C1分別為處理前 CODcr(mg/L)。
(2)鏡檢。觀察活性污泥增長(zhǎng)情況,通過(guò)鏡檢觀察菌膠團(tuán),游離細(xì)菌,原生動(dòng)物(如鐘蟲)等,其種類、數(shù)量、豐度等變化可用以指示活性污泥性狀[11]。
利用天津某樹脂企業(yè)的生產(chǎn)廢水,該廢水COD約為13000mg/L,研究A/O廢水處理系統(tǒng)中通過(guò)添加生物菌群進(jìn)行生物強(qiáng)化對(duì)COD去除效果的影響。
在運(yùn)行周期為9d,其中缺氧攪拌5d,好氧間歇曝氣3d,沉淀1d,回流比為120%的條件下運(yùn)行A/O反應(yīng)器,A組為對(duì)比參照組,B組為生物菌群強(qiáng)化組。結(jié)果如圖3、圖4所示。
圖3 A/O系統(tǒng)出水COD隨時(shí)間的變化
圖4 A/O系統(tǒng)出水COD去除率隨時(shí)間的變化
由圖3可知,在缺氧反應(yīng)階段的1d內(nèi),出水COD迅速下降,去除率也隨之升高。相較A組,去除率提高了13%。說(shuō)明,在生物菌群加入初期,微生物數(shù)量突增,對(duì)水質(zhì)有較好的處理效果,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,在1~3d時(shí),去除率上升較緩慢,之后上升幅度略有提高。在好氧反應(yīng)階段,同樣有類似現(xiàn)象,即去除率先大幅度上升,之后上升幅度變緩。但是B組的去除效果始終優(yōu)于A組。經(jīng)過(guò)1個(gè)周期的運(yùn)行,A組出水COD由13000mg/L降至2089mg/L,去除率為77.5%,B組出水COD由13000mg/L降至428mg/L,去除率為96.9%。由此可知,經(jīng)菌群生物強(qiáng)化后,COD的去除效果顯著提高。
對(duì)反應(yīng)器活性污泥進(jìn)行鏡檢,放大倍數(shù)為10×40倍。如圖5所示,B組污泥絮粒大、邊緣清淅、結(jié)構(gòu)緊密,相比之下,A組活性污泥中的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)較散亂,絮粒較小,說(shuō)明生物強(qiáng)化后的活性污泥具有更加良好的吸附和沉降性能。
圖 5 活性污泥鏡檢(×400)(a:A 組;b:B 組)
(1)在反應(yīng)器運(yùn)行期間,樹脂廢水未經(jīng)強(qiáng)化的COD去除率為77.5%,經(jīng)生物強(qiáng)化后COD去除率為96.9%,在生物強(qiáng)化后COD去除率明顯得到了提高,提高了19.4%。
(2)在反應(yīng)器運(yùn)行期間,強(qiáng)化后的COD去除率始終高于未強(qiáng)化的,說(shuō)明本方法篩選得到的生物菌群降解性較穩(wěn)定,就處理效果而言,持續(xù)性較強(qiáng)。
(3)通過(guò)鏡檢觀察,生物菌群的生物強(qiáng)化作用使污泥絮粒大、邊緣清淅、結(jié)構(gòu)更為緊密,具有良好的吸附和沉降性能。