论文部分内容阅读
摘 要：在烟碱废水处理方面，可以采用活性污泥培养驯化技术实现烟碱生物降解。基于这种认识，本文开展了降解烟碱的厌氧活性污泥培养驯化实验，发现经过70d间歇进水驯化和56d持续进水驯化后可以得到以活性炭为核心的大量厌氧活性污泥，使烟碱日均降解量达到250mg，并且COD去除率达到63%，得到氨氮浓度和pH值稳定的出水。
关键词：烟碱；厌氧活性污泥；日均降解量
1 实验条件与方法
1.1实验条件
实验采用某造纸法烟草薄片生产企业的烟碱废水，土壤样品来自堆放烟草废弃物30a的地表以下20-30cm层土壤。实验仪器采用容积2L的SBR反应器和带水浴外筒、容积7.4L的UASB厌氧反应器，配备BT100-2J蠕动泵。在水质监测上，采用EXO2型号监测仪，并采用高效液相色谱仪、紫外可见光光度计和光学显微镜进行实验分析。实验进水采用烟碱废水与人工配水混合液，人工配水中包含无机元素和葡萄糖，能够对氮源和磷源进行补充，促使厌氧活性污泥对烟碱选择性得到增强。先利用工业氮充气5min，使溶解于废水中的氧气被驱走。利用泵，可以将废水从反应器底部泵入，自下向上流过反应器，经过水、气、泥混合后循环进入反应器，最终由反应器排出全部出水。在每个周期，需要在进水中添加一定量烟碱。反应器进水过程中，COD浓度控制为1000mg/L，氮元素和磷元素分别为25mg/L和5mg/L，钙元素和镁元素均为100mg/L，烟碱浓度为100mg/L，pH值控制为7。而反应池温度为35℃，氧化还原电位不超过-200mV。
1.2实验方法
实验采用自然培菌法，对样品土壤中富含的烟碱耐受微生物进行富集培养，胁迫驯化得到能够降解烟碱的厌氧活性污泥。在实际操作中，需要将土壤加入烟碱废水中，使厌氧烟碱的耐受微生物得到繁殖和富集。在反应器中，需要加入土壤混合液和混合烟碱废水，然后进行1g粉末活性炭的添加。充入氮气后，能够使泥水均匀混合。每静置5d后，排出反应器中1/4上清液，补充同体积混合废水，直至出水烟碱浓度稳定，可以对进水烟碱浓度进行调整，提高至200mg/L，直至浓度再次稳定，可将进水烟碱浓度提高至500mg/L。逐步提高烟碱浓度，是为了使降解微生物适应新水质，能够较好应对高负荷烟碱冲击，继而使系统降解效果保持稳定。经过长时间循环，考虑到驯化期间厌氧活性污泥培养会受到有毒有害物质影响，需要在70d后利用厌氧反应器进行持续驯化，将之前反应器中的污泥和混合废水投入到厌氧反应器中，将进水烟碱浓度控制为100mg/L。停留48h后，可以对出水烟碱浓度进行测试，直至烟碱降解量稳定可结束污泥培养驯化。针对得到的出水上清液，在离心后利用0.22μm滤膜进行过滤后，可以利用高效液相色谱仪测定烟碱浓度，流动相甲醇和0.1%三乙胺水体积比为50：50，采用C18色谱柱，柱温35℃，流速1min/mL，进样量5μL，波长254nm。采用显微镜，可以进行污泥形态观测。采用分光光度法，可以进行COD测定。
2 实验结果与分析
2.1烟碱降解量分析
在污泥驯化过程中，包含初期70d的反应器间歇进水阶段和56d厌氧反应器持续进水阶段，时长总计126d。从烟碱日均降解量变化情况来看，在前70d内，随着驯化时间的延长，烟碱日均降解量不断提升。在进水中盐碱浓度不超过200mg/L的情况下，降解量逐步增大。而超过300mg/L后，前5d烟碱日均降解量有所下降。分析原因，与烟碱产生的毒性作用有关，以至于污泥活性受到了影响。在10d-20d内，烟碱日均降解量将重新达到稳定，维持在240mg/d-250mg/d范围内，能够达到80%以上烟碱去除率。更换厌氧反应器后，受水力负荷增大和污泥生长环境变化的影响，初期烟碱日均降解量有所降低，但随后迅速上升。出现这一情况，与持续进水能够降低污泥代谢产物给污泥活性带来的影响有关。
2.2活性污泥形態分析
从活性污泥形态观测情况来看，在驯化时间只有10d条件下，微生物多附着在粉末活性炭上，能够从一些活性炭上观察到细菌和丝状物体，经分析后确认为产甲烷丝菌。在驯化时间达到126d后，活性污泥量明显增加，呈现出黑色絮状，多为污泥和活性炭的结合体。在空气中暴露反应器可以发现，一些原生物能够对低浓度烟碱进行耐受，并且在空气中依然活跃。
2.3出水情况分析
从厌氧反应器出水情况来看，污泥驯化初期出水氨氮浓度和pH值发生了较大变化，在驯化时间不断延长后趋于稳定。其中，pH值整体呈先下降后提升趋势，从6.5最终提升至7，中间波动幅度较大。氨氮浓度经历了先提升后下降的趋势，从5mg/L一度提高至20mg/L，最终下降至13mg/L。分析原因可以发现，烟碱属于含氮杂环化合物，降解过程中烟碱中的吡咯环和吡啶环将被分解，形成小分子含氮化合物。与此同时，厌氧微生物较少利用氮元素，因此出水氨氮浓度比进水要高。从COD去除情况来看，采用厌氧活性污泥在最初24h内能够去除41.5%的COD，随后去除率则有所下降，在72h后达到4.5%，之后则逐步提升。出现这一情况，主要是由于进水初期的混合废水中含有烟碱和葡萄糖两个碳源，葡萄糖代谢最快，能够被微生物尽快利用，从而达到快速去除COD的效果。
3 结论
培养和驯化降解烟碱的厌氧活性污泥，需要经过70d间歇进水驯化和56d持续进水驯化，最终使烟碱日均降解量达到250mg，去除率能够达到80%左右。驯化得到的污泥以活性炭为核心，呈现出菌胶团的形式，在废水处理上能够使出水氨氮浓度和pH值保持稳定，并且达到63%的COD去除率。
参考文献
[1]林玉科，张洁，吴志国，等，杨宗政.MBR污泥驯化和在高盐废水处理中的应用[J].膜科学与技术，2017，37（04）：86-92+99.
[2]赵爽，鲁新，解玉红.污泥驯化微生物降解煤产气无机营养液的优化[J].煤炭技术，2016，35（12）：306-308.
作者简介：
王合利，男，1988.10.01，山东省新泰市人，本科，毕业于山东建筑大学生物工程专业，无职称，研究方向，污水处理
关键词：烟碱；厌氧活性污泥；日均降解量
1 实验条件与方法
1.1实验条件
实验采用某造纸法烟草薄片生产企业的烟碱废水，土壤样品来自堆放烟草废弃物30a的地表以下20-30cm层土壤。实验仪器采用容积2L的SBR反应器和带水浴外筒、容积7.4L的UASB厌氧反应器，配备BT100-2J蠕动泵。在水质监测上，采用EXO2型号监测仪，并采用高效液相色谱仪、紫外可见光光度计和光学显微镜进行实验分析。实验进水采用烟碱废水与人工配水混合液，人工配水中包含无机元素和葡萄糖，能够对氮源和磷源进行补充，促使厌氧活性污泥对烟碱选择性得到增强。先利用工业氮充气5min，使溶解于废水中的氧气被驱走。利用泵，可以将废水从反应器底部泵入，自下向上流过反应器，经过水、气、泥混合后循环进入反应器，最终由反应器排出全部出水。在每个周期，需要在进水中添加一定量烟碱。反应器进水过程中，COD浓度控制为1000mg/L，氮元素和磷元素分别为25mg/L和5mg/L，钙元素和镁元素均为100mg/L，烟碱浓度为100mg/L，pH值控制为7。而反应池温度为35℃，氧化还原电位不超过-200mV。
1.2实验方法
实验采用自然培菌法，对样品土壤中富含的烟碱耐受微生物进行富集培养，胁迫驯化得到能够降解烟碱的厌氧活性污泥。在实际操作中，需要将土壤加入烟碱废水中，使厌氧烟碱的耐受微生物得到繁殖和富集。在反应器中，需要加入土壤混合液和混合烟碱废水，然后进行1g粉末活性炭的添加。充入氮气后，能够使泥水均匀混合。每静置5d后，排出反应器中1/4上清液，补充同体积混合废水，直至出水烟碱浓度稳定，可以对进水烟碱浓度进行调整，提高至200mg/L，直至浓度再次稳定，可将进水烟碱浓度提高至500mg/L。逐步提高烟碱浓度，是为了使降解微生物适应新水质，能够较好应对高负荷烟碱冲击，继而使系统降解效果保持稳定。经过长时间循环，考虑到驯化期间厌氧活性污泥培养会受到有毒有害物质影响，需要在70d后利用厌氧反应器进行持续驯化，将之前反应器中的污泥和混合废水投入到厌氧反应器中，将进水烟碱浓度控制为100mg/L。停留48h后，可以对出水烟碱浓度进行测试，直至烟碱降解量稳定可结束污泥培养驯化。针对得到的出水上清液，在离心后利用0.22μm滤膜进行过滤后，可以利用高效液相色谱仪测定烟碱浓度，流动相甲醇和0.1%三乙胺水体积比为50：50，采用C18色谱柱，柱温35℃，流速1min/mL，进样量5μL，波长254nm。采用显微镜，可以进行污泥形态观测。采用分光光度法，可以进行COD测定。
2 实验结果与分析
2.1烟碱降解量分析
在污泥驯化过程中，包含初期70d的反应器间歇进水阶段和56d厌氧反应器持续进水阶段，时长总计126d。从烟碱日均降解量变化情况来看，在前70d内，随着驯化时间的延长，烟碱日均降解量不断提升。在进水中盐碱浓度不超过200mg/L的情况下，降解量逐步增大。而超过300mg/L后，前5d烟碱日均降解量有所下降。分析原因，与烟碱产生的毒性作用有关，以至于污泥活性受到了影响。在10d-20d内，烟碱日均降解量将重新达到稳定，维持在240mg/d-250mg/d范围内，能够达到80%以上烟碱去除率。更换厌氧反应器后，受水力负荷增大和污泥生长环境变化的影响，初期烟碱日均降解量有所降低，但随后迅速上升。出现这一情况，与持续进水能够降低污泥代谢产物给污泥活性带来的影响有关。
2.2活性污泥形態分析
从活性污泥形态观测情况来看，在驯化时间只有10d条件下，微生物多附着在粉末活性炭上，能够从一些活性炭上观察到细菌和丝状物体，经分析后确认为产甲烷丝菌。在驯化时间达到126d后，活性污泥量明显增加，呈现出黑色絮状，多为污泥和活性炭的结合体。在空气中暴露反应器可以发现，一些原生物能够对低浓度烟碱进行耐受，并且在空气中依然活跃。
2.3出水情况分析
从厌氧反应器出水情况来看，污泥驯化初期出水氨氮浓度和pH值发生了较大变化，在驯化时间不断延长后趋于稳定。其中，pH值整体呈先下降后提升趋势，从6.5最终提升至7，中间波动幅度较大。氨氮浓度经历了先提升后下降的趋势，从5mg/L一度提高至20mg/L，最终下降至13mg/L。分析原因可以发现，烟碱属于含氮杂环化合物，降解过程中烟碱中的吡咯环和吡啶环将被分解，形成小分子含氮化合物。与此同时，厌氧微生物较少利用氮元素，因此出水氨氮浓度比进水要高。从COD去除情况来看，采用厌氧活性污泥在最初24h内能够去除41.5%的COD，随后去除率则有所下降，在72h后达到4.5%，之后则逐步提升。出现这一情况，主要是由于进水初期的混合废水中含有烟碱和葡萄糖两个碳源，葡萄糖代谢最快，能够被微生物尽快利用，从而达到快速去除COD的效果。
3 结论
培养和驯化降解烟碱的厌氧活性污泥，需要经过70d间歇进水驯化和56d持续进水驯化，最终使烟碱日均降解量达到250mg，去除率能够达到80%左右。驯化得到的污泥以活性炭为核心，呈现出菌胶团的形式，在废水处理上能够使出水氨氮浓度和pH值保持稳定，并且达到63%的COD去除率。
参考文献
[1]林玉科，张洁，吴志国，等，杨宗政.MBR污泥驯化和在高盐废水处理中的应用[J].膜科学与技术，2017，37（04）：86-92+99.
[2]赵爽，鲁新，解玉红.污泥驯化微生物降解煤产气无机营养液的优化[J].煤炭技术，2016，35（12）：306-308.
作者简介：
王合利，男，1988.10.01，山东省新泰市人，本科，毕业于山东建筑大学生物工程专业，无职称，研究方向，污水处理