基于生物強化法下低濃度工業(yè)廢水處理實驗研究

張仟瀅

摘 要：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)廢水往往含有某些有機危害物等，傳統(tǒng)的方法將無法起到有效的作用，且利用微生物進(jìn)行污水處理的方式也受到很大的局限。針對此類的污水處理問題，以延邊化工廠中含酚廢水為實驗樣本，通過控制變量法篩選得到化學(xué)處理法的最佳濃度，并對比了傳統(tǒng)化學(xué)法，生物強化法和復(fù)合法3種處理模式對廢水中酚類物質(zhì)的降解效率和處理成本。結(jié)論表明，化學(xué)法處理污水的1 h后降解率達(dá)到78.35%，15 h后仍未完全降解。而生物強化法和復(fù)合法在1 h后的降解率達(dá)到了88.44%和92.03%，降解率達(dá)到100%的時間分別為15 h和9 h。綜合考慮污水的處理效率和處理成本，利用傳統(tǒng)的化學(xué)法與生物強化技術(shù)對污水進(jìn)行復(fù)合處理在大幅度提高污水處理效率同時，也降低了成本，這為低濃度工業(yè)廢水的處理提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：生物強化;廢水處理;低濃度廢水;工業(yè)廢水

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-5922（2022）02-0042-04

水是生命體所必須需要的資源，關(guān)系到人類和動植物的生存問題[1]。伴隨著工業(yè)化的進(jìn)行，水的使用量在增加的同時，工業(yè)廢水的排放量也在日益增多，對環(huán)境和人體造成危害[2]。在傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法處理廢水工藝下，以微生物的強的適應(yīng)能力為基礎(chǔ)的生物廢水處理技術(shù)開始獲得了專家和學(xué)者的重視。然而，當(dāng)廢水中的鹽濃度過高，或者含有其他有害物質(zhì)的情況下，微生物的繁殖和活動能力收到了較大的抑制，利用微生物來進(jìn)行污水處理的方式也受到較大的局限。本文介紹生物強化法對某些低濃度工藝廢水的處理實驗方法[3]。

1 常用污水處理方法

在化學(xué)工業(yè)中，所產(chǎn)生的廢水大多具有多種有害物質(zhì)，如果不經(jīng)過對污水的處理步驟直接排入到自然界中，不僅會對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成巨大的破壞，更會隨著生物的富集作用影響人體健康。因此，污水處理是工業(yè)生產(chǎn)中必不可缺的一環(huán)，同時，通過對污水的處理還可以實現(xiàn)對污水中鹽類等物質(zhì)的回收和再利用，實現(xiàn)額外的經(jīng)濟效應(yīng)。

常見的污水處理模式分為3種，分別為物理法、化學(xué)法和生物強化法[4]。物理法顧名思義，是通過物理過程如吸附、沉降等過程實現(xiàn)對廢水中懸浮物質(zhì)的處理，通常是對污水的初步處理或輔助單元[5]。而化學(xué)法則是選取合適的化學(xué)試劑與污水中相關(guān)成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，如酸堿中和、沉淀萃取等，在污水處理過程中常作為二級處理或深度處理應(yīng)用。化學(xué)法對原料的消耗比較大，但往往通過化學(xué)法會得到副產(chǎn)品，實現(xiàn)廢物的回收利用[6]。生物強化技術(shù)是基于生命科學(xué)，以基因工程、細(xì)胞工程、微生物工程等為手段，兩相綜合交叉，培養(yǎng)微生物菌體增強特定功能的科學(xué)系統(tǒng)[7]。在處理焦化廢水、印染和制藥工業(yè)廢水中都有較大的應(yīng)用空間。

2 低濃度含酚工業(yè)廢水處理方法與結(jié)果

目前對含酚廢水的處理方式分為萃取法、吸附法和化學(xué)，本文采用脫酚萃取劑對廢水進(jìn)行初步處理。據(jù)報道，脫酚萃取劑處理的效率會超過95%。但即使脫酚萃取劑對酚類的處理較為高效，污水中遺留的酚類物質(zhì)仍然達(dá)不到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，因而脫酚萃取劑只能作為本次實驗的初步處理步驟。在萃取過程后，采用燒結(jié)活性炭纖維和樹脂對污水進(jìn)行吸附處理，樹脂選取孔隙率較大的材料，炭纖維的高比表面積也使得對苯酚分子的吸附能力達(dá)到較高的水平，綜合使用下可以使得二次處理效果達(dá)90%。本實驗以內(nèi)蒙古某制藥公司產(chǎn)生的工業(yè)廢水為實驗材料，在經(jīng)過上述初步處理和二級處理后，在使用生物法和化學(xué)法處理之前的污水BOD5值達(dá)到（891.34±5.99）mg/L。

2.1 實驗方法

目前對含酚廢水的化學(xué)處理方式多以酚醛縮合法為主，酚類物質(zhì)會在酸性條件下與甲醛發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，形成直鏈酚醛分子[8]。本次實驗采用體積分?jǐn)?shù)為38%的濃鹽酸為催化劑。在廢水處理過程中，為了使廢水中酚類有機物完全降解，加入的醛應(yīng)過量處理，本次實驗選用質(zhì)量濃度為100 mg/L的甲醛溶液。為探究本次實驗最佳的甲醛使用量，保持濃鹽酸的加入量不變，在500 mL廢水中分別加入50、60、75和90 mL的甲醛，持續(xù)加熱攪拌，溫度控制在 80℃，在經(jīng)過回流5 h后停止加熱，經(jīng)過離心和過濾處理后排出并測定酚類降解度，結(jié)果如圖1所示。同理，為驗證濃鹽酸的最佳使用量，保持甲醛的加入量不變，分別將2.5、5、10和15 mL體積的濃鹽酸加入廢水中，反應(yīng)后測定廢水中殘留的酚含量，結(jié)果如圖2所示。

從圖1中可知，甲醛含量越大，廢水中酚類的含量越低;但甲醛加入量達(dá)到75 mL及以上時，酚類含量基本變化不明顯。圖2的結(jié)果表明，濃鹽酸的加入量達(dá)到10 mL及以上時，酚類含量下降速度較慢。從經(jīng)濟角度出發(fā)，75 mL的甲醛溶液和10 mL的濃鹽酸就可達(dá)到較佳的降解效果。

生物強化技術(shù)采用長期經(jīng)受含酚工業(yè)廢水污染的活性污泥中提取的5株以多種有機物為主要碳源的細(xì)菌為外源微生物種，對其中3株進(jìn)行紫外線照射以獲得突變菌株。將突變種與原始菌種及受體菌種進(jìn)行融合育種，以搖合子菌群及海藻酸鈉為原料制作載體，本實驗采用外凝膠法在實驗室模擬對低濃度工業(yè)廢水的處理。實驗步驟：將搖合子接種在富集培養(yǎng)基中，并在搖床中培養(yǎng)24 h，將培養(yǎng)得到的濕菌體按0.5 g加入至1 mL無菌去離子水的比例配置成質(zhì)量濃度為0.5 g/mL的菌懸液。在無機鹽培養(yǎng)液中加入適量的海藻酸鈉將其配置為質(zhì)量濃度為5 g/L的500 mL海藻酸鈉溶液，經(jīng)過高壓消毒后加入500 mL搖合子菌懸液，再往混合溶液中加入少許明膠和質(zhì)量濃度為0.05 mol/L的氯化鈣溶液，靜置12 h得到微生物包埋的海藻酸鈣凝膠。

工業(yè)廢水經(jīng)生物強化法與酚醛縮合法處理后，采用直接吸光光度法（4-氨基安替比林）測定經(jīng)1、3、5、9和15 h處理后污水中的有機物含量[9]。

2.2 污水處理結(jié)果與討論

確定廢水溫度保持在25 ℃左右后，使用吸光度法在分別經(jīng)過1、3、5、9和15 h的廢水處理后，對廢水中有機物含量進(jìn)行測定;經(jīng)過投入兩種菌群后廢水中有機物含量測定結(jié)果如表1所示。

由表1中可知，生物處理低濃度工業(yè)廢水的效率較高，在9 h的廢水降解率就可達(dá)到98.89%，處理時間達(dá)到15 h后廢水中的酚就可完全降解。利用化學(xué)酚醛縮合法對污水處理的效率較低，對污水進(jìn)行處理后的15 h后仍有少量的酚殘余。使用酚醛縮合法和生物強化法結(jié)合的復(fù)合法則表現(xiàn)出更為優(yōu)越的處理效率，在開始處理的第1 h內(nèi)就達(dá)到了90%以上;在第9 h后就達(dá)到了100%的酚類降解率。

需要注意的是，紫外線照射誘發(fā)突變的微生物菌種對降解能力的變化是隨機的。并且，針對不同體系下的污水，需要針對性地選取合理的生物強化技術(shù)，使得微生物在工業(yè)廢水處理流程中發(fā)揮更為高效便捷作用，具有時效性的同時經(jīng)濟效應(yīng)更高[10]。生物強化技術(shù)為改變微生物中某些生物酶或者生物酶體系帶來無限的可能，生物酶系統(tǒng)和微生物培養(yǎng)的結(jié)合會有效的生物分解或溶解水中的有機有害化學(xué)物質(zhì)，使得污水中的有害物和菌群得到釋放，達(dá)到改善污水體系的效果。生物強化法正逐步替代傳統(tǒng)的污水處理工藝，且受到很多領(lǐng)域的運用[11]。

使用相同的參數(shù)將傳統(tǒng)的化學(xué)酚醛縮合法和生物強化法，以及綜合使用的復(fù)合方式處理后的結(jié)果進(jìn)行對比，得到數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

從表2中可知，綜合利用傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)與新型的生物強化技術(shù)對污水進(jìn)行處理擁有更高的處理效率，且成本要比傳統(tǒng)技術(shù)要低總的來說，生物強化技術(shù)可以對難以降解的污水有機物進(jìn)行針對性的分解和處理，利用生物強化技術(shù)和傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)的結(jié)合對各類廢水進(jìn)行綜合處理是當(dāng)代工業(yè)廢水的有效處理技術(shù)之一。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)污水處理技術(shù)經(jīng)過長時間的發(fā)展和應(yīng)用，降解效率已經(jīng)達(dá)到較為高效的水平;然而隨著新型工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢水開始引發(fā)種類多、難降解等多種問題，傳統(tǒng)的物理或化學(xué)處理方法不足以滿足現(xiàn)代工業(yè)的排污要求?，F(xiàn)階段，生物強化技術(shù)在處理污水問題時，由于其優(yōu)越的降解效率，同時具有成本低，操作方便等特點，被應(yīng)用于污水處理的各個環(huán)節(jié)和領(lǐng)域并取得了較為明顯的處理結(jié)果[12]。將生物強化技術(shù)和其他先進(jìn)的技術(shù)結(jié)合，將會使得廢水的處理更具效益。同時，隨著工業(yè)的發(fā)展，廢水問題也將越具有挑戰(zhàn)性，工業(yè)廢水的微生物種類也將變得越來越多，所適應(yīng)的環(huán)境也在不斷地變化，這就要求對微生物分析觀察和培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新和進(jìn)步。

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