王天亮

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢水；環(huán)狀有機(jī)化合物；生物反應(yīng)器；生物降解處理

中圖分類號：X79 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

工業(yè)廢水污染具備毒性大、難降解、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及致突變、致癌、致畸等特性。在水污染控制中，工業(yè)廢水之所以成為一個難點，是由于其中有著大量的環(huán)狀有機(jī)化合物。這種化合物具有難處理、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、毒性大的特點，對其處理技術(shù)實施針對性研究有著重大的意義。傳統(tǒng)的化學(xué)法與物理法盡管有著較高的處理效率，然而化學(xué)法例如臭氧氧化、芬頓氧化等一般需要加入大量強(qiáng)氧化劑，存在二次污染的風(fēng)險。而物理法如萃取、吸附等則無法完全消除污染物。通過生物處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無害化的污染物處理，在去除難以降解的污染物時有著重要的地位，具備二次污染小、工藝成本低等突出優(yōu)點。

對于工業(yè)廢水污染生物降解處理技術(shù)的研究，目前主要分為兩個方向：一個是好氧處理技術(shù)，另一個是厭氧處理技術(shù)。這兩種技術(shù)均存在一定問題，例如厭氧技術(shù)目前存在缺乏電子受體、電子有效利用難、電子傳遞效率低等問題，而傳統(tǒng)的好氧技術(shù)則存在生物質(zhì)嚴(yán)重流失、缺乏活性降解生物源、污染物易揮發(fā)等問題，為解決以上問題，通過高效菌篩選與復(fù)合菌劑復(fù)配對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)，針對工業(yè)廢水污染實施生物高效降解處理。

1材料與方法

1.1儀器及藥品選擇

在試驗中，需要的儀器包括TOC測量儀、高效液相色譜儀、電化學(xué)工作站等，試驗具體所需儀器為：米科傳感技術(shù)有限公司生產(chǎn)的KSH-100DS型號pH/ORP測量儀，美谷分子儀器制造公司生產(chǎn)的KSP-1型號酶標(biāo)儀，至方泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的RP-106型號蠕動泵，百趣生物醫(yī)學(xué)科技有限公司生產(chǎn)的PS-60型號基因測序儀器、賽默飛世爾科技有限公司生產(chǎn)的RH-2000PCR型號反應(yīng)儀器，來影醫(yī)療科技有限公司生產(chǎn)的GC - MS型號氣相色譜儀，埃侖通用科技有限公司生產(chǎn)的YV3000型號離子色譜儀，聚創(chuàng)世紀(jì)環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的GER23型號真空干燥箱，捷呈實驗儀器有限公司生產(chǎn)的ESG53型號壓力蒸氣滅菌鍋，博大精科技實業(yè)有限公司生產(chǎn)的WR2型號恒溫磁力攪拌器，博大精科技實業(yè)有限公司生產(chǎn)的WER6型號離心機(jī)，博大精科技實業(yè)有限公司生產(chǎn)的EAT21型號超聲波數(shù)控清洗器，和泰儀器有限公司生產(chǎn)的GV34型號精密電子天平。

在試驗中，所需的藥品包括氫氧化鈉、硫酸亞鐵等，具體見表1。

綜合考慮工業(yè)廢水的實際水質(zhì)指標(biāo)以及微生物代寫生長對于生長因子、各種微量元素、各種礦物元素的需求，參考高效菌分離試驗時的無機(jī)鹽培養(yǎng)基濃度及元素組成以及其他工業(yè)廢水污染生物降解試驗，對本試驗中要使用的無機(jī)鹽培養(yǎng)液進(jìn)行配置和微量元素營養(yǎng)溶液的配置。具體配置配方見表2。

表2中的配置配方含量為每1L蒸餾水中各溶液組成成分的含量。

1.2接種污泥與馴化方式

在某化工公司好氧污泥回流廢水處理系統(tǒng)中選取一些未馴化的活性污泥，該污泥具備較好的沉降性能，其混合液懸浮固體濃度約為9000mg/L，混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度與混合液懸浮固體濃度的比值為0.67。

預(yù)處理選取的活性污泥，具體處理步驟如下：

（1）好氧空曝活性污泥，持續(xù)時間為24h；

（2）在離心機(jī)上以3000轉(zhuǎn)／分鐘的速度離心10分鐘；

（3）棄去上清液，并加入蒸餾水進(jìn)行洗滌；

（4）攪拌均勻后再次離心，共重復(fù)3次該操作，以消除污泥中殘留及吸附的物質(zhì)；

（5）使用7.0 pH值的磷酸鹽緩沖溶液稀釋清洗后的污泥，配制成混合液懸浮固體濃度為20 000 mg/L的濃縮污泥液。

在厭氧、好氧條件下將萘、喹啉、吡啶這三種環(huán)狀有機(jī)化合物作為碳源實施馴化培養(yǎng)，在馴化過程中以梯度形式增加底物濃度。

其中好氧條件下的馴化培養(yǎng)過程如下：

（1）在三個燒杯內(nèi)分別加入無機(jī)鹽營養(yǎng)液與完成預(yù)處理的污泥濃縮液，將燒杯內(nèi)的混合液懸浮固體濃度調(diào)節(jié)至1000 mg/L；

（2）在燒杯底部使用微孔曝氣頭實施曝氣供氧，將DO濃度控制在3～5mg/L；

（3）由低濃度開始逐級增加底物馴化濃度，由10 mg/L開始，每級增加10 mg/L，直到50 mg/L；

（4）靜置30 min，將1.5L上清液倒掉；

（5）補(bǔ)充新的營養(yǎng)液與底物，在冰箱中存放馴化污泥。

厭氧條件下的馴化培養(yǎng)過程如下：

（1）在容積為3.0L的帶塞玻璃瓶中完成馴化過程，在玻璃瓶中分別加入無機(jī)鹽營養(yǎng)液與完成預(yù)處理的污泥濃縮液，將玻璃瓶中的混合液懸浮固體濃度調(diào)節(jié)至1000 mg/L；

（2）添加NaN03溶液，將反應(yīng)液的COD/NO₃^--N調(diào)節(jié)為8.0；

（3）玻璃瓶封口后放在恒溫磁力攪拌器上，通過低速轉(zhuǎn)動混合反應(yīng)系統(tǒng)，污泥的單周期培養(yǎng)時間、馴化周期與馴化濃度與好氧條件下的馴化相同；

（4）結(jié)束培養(yǎng)后，靜置30 min，將1.5 L上清液倒掉；

（5）補(bǔ)充新的營養(yǎng)液、底物、NaNO₃液，在冰箱中存放馴化污泥。

1.3試驗裝置

使用生物強(qiáng)化連續(xù)流動態(tài)膜生物反應(yīng)器作為試驗主要裝置，該反應(yīng)器由動態(tài)膜生物反應(yīng)器與連續(xù)流氣升式反應(yīng)器兩個反應(yīng)池體構(gòu)成，二者的有效容積為1.6L、1.8L。采用折流擋板分隔兩個反應(yīng)池體，經(jīng)過折流擋板后，由于沉降速度不同絮凝污泥與顆粒污泥被分離，其中顆粒污泥將被保留，會返回連續(xù)流氣升式反應(yīng)器中，而絮凝污泥與廢水則會被排放至動態(tài)膜生物反應(yīng)器中。在動態(tài)膜生物反應(yīng)器中，通過動態(tài)膜代替微濾膜與超濾膜，實現(xiàn)固液分離。在動態(tài)膜下方設(shè)置三個曝氣裝置。在連續(xù)流氣升式反應(yīng)器中，于中部設(shè)置曝氣單元。通過蠕動泵將廢水導(dǎo)入連續(xù)流氣升式反應(yīng)器，利用空氣流量計控制曝氣量。在恒溫水浴中運(yùn)行生物反應(yīng)器，控制溫度維持在30±2℃。

1.4高效菌篩選與復(fù)合菌劑復(fù)配

在活性污泥中分離提純多株特異性降解菌，通過降解實驗實施對比篩選，最終優(yōu)選出3株高效細(xì)菌，分別為Pseudomonas sp. BC046（萘降解菌）、Pseudomona sp.BW004（喹啉降解菌）、Paracoccus sp.BWO01（吡啶降解菌）。在無機(jī)鹽培養(yǎng)液中復(fù)配3株高效細(xì)菌，比例為1：1：0.5，獲得復(fù)合菌劑N12。在活性污泥中加入復(fù)合菌劑。

2測試結(jié)果分析

2.1HRT對萘、喹啉、吡啶降解作用的影響

分別使用好氧條件下的馴化污泥與厭氧條件下的馴化污泥，利用生物反應(yīng)器對某化工廠的工業(yè)廢水實施生物高效降解處理。為研究HRT對于萘、喹啉、吡啶降解作用的影響，DO保持不變，將生物反應(yīng)器的HRT由24 h逐漸降低至12 h，使用檢測儀器測試出水后的萘、喹啉、吡啶濃度，在好氧和厭氧條件下的測試結(jié)果如表3所示。其中萘的濃度主要使用離子色譜儀、高效液相色譜儀、氣相色譜儀來測定；喹啉的濃度使用電子能譜X射線光分析儀、X射線衍射儀、場發(fā)射掃描電鏡、拉曼光譜儀來測定；吡啶的濃度使用pH/ORP測量儀、酶標(biāo)儀、TOC測量儀來測定。

在好氧條件下可以看出，隨著HRT由24 h逐漸降低至12 h，萘、喹啉、吡啶濃度均大幅增加，說明在HRT為24 h時，萘、喹啉、吡啶降解作用最強(qiáng)，而隨著HRT逐漸下降，降解作用越來越弱。在厭氧條件下可以看出，隨著HRT由24 h逐漸降低至12 h，萘、喹啉、吡啶濃度同樣大幅增加，其中萘的濃度在最初高于好氧條件下的濃度，隨著HRT的下降，其濃度逐漸低于好氧條件下的濃度；喹啉的濃度始終高于好氧條件下的濃度，吡啶的濃度則始終低于好氧條件下的濃度。

2.2 DO對萘、喹啉、吡啶降解作用的影響

為研究DO對于萘、喹啉、吡啶降解作用的影響，HRT保持不變，將生物反應(yīng)器的DO由0.1mg·L^-1逐漸增加至5 mg·L^-1，同樣使用檢測儀器測試出水后的萘、喹啉、吡啶濃度，好氧條件下的測試結(jié)果如圖1所示，厭氧條件下的測試結(jié)果見圖2。

圖1中的圓圈表示浮動值。據(jù)圖可知，在好氧條件下，隨著DO由0.1mg·L^-1逐漸增加至5 mg·L^-1，萘、喹啉、吡啶濃度均大幅下降，說明DO值越高，萘、喹啉、吡啶的降解作用最強(qiáng)，而隨著DO值逐漸升高，降解作用越來越弱。

圖2測試結(jié)果表明，在厭氧條件下隨著DO由0.1mg·L^-1逐漸增加至5 mg·L^-1，萘、喹啉、吡啶濃度同樣大幅下降，其中萘的濃度在最初高于好氧條件下的濃度，隨著DO的增加，其濃度逐漸與好氧條件下的濃度持平；喹啉與吡啶的濃度則始終低于好氧條件下的濃度。

3結(jié)束語

針對工業(yè)廢水污染的問題，設(shè)計了一種新的工業(yè)廢水污染生物降解處理技術(shù)，該處理技術(shù)明確了儀器及藥品選擇，給出接種污泥與馴化方式和試驗裝置，并且通過高效菌篩選與復(fù)合菌劑復(fù)配實現(xiàn)高效地降解。測試分析了好氧條件和厭氧條件下的萘、喹啉、吡啶三種環(huán)狀有機(jī)化合物的降解情況，得出在好氧條件下，隨著DO的增加，萘、喹啉、吡啶濃度均大幅下降，說明DO值越高，萘、喹啉、吡啶的降解作用越強(qiáng)，而在厭氧條件下隨著DO的增加，萘、喹啉、吡啶濃度大幅下降，其中萘的濃度逐漸與好氧條件下的濃度持平，而喹啉與吡啶的濃度則始終低于好氧條件下的濃度。結(jié)果表明該研究同時實現(xiàn)了三種環(huán)狀有機(jī)化合物的有效降解，可以應(yīng)用于工業(yè)廢水污染處理。