（环境工程专业论文）优势菌种在制浆造纸废水工程中的应用.pdf

摘要 摘要 随着社会的发展，人们对纸的需求量的大增，我国造嘶伊断国赢嚣氟剖群鞲i 掣引琶鹕镯际争籀晤猕；毓藏捌蒯抓葑蘸雉邕0 窥裂副簟f 非甬采桶吁| 镘稀幸古采存军产中完至一：萋斟；型圳塾朱非臻撂鳗耻倦廷菰箍爨赫朔萋河：谚 嘭茸麒藕鲳g ；噬滹随噬毯! f ! 嘘曜隼晦涎赡醵撕；鸲铤地疆磐越l 弼j 后懈| 利 碴! 二减少蚕翌j 争刚m 驯j 童舔丽中叔量。嚯 = 童期- 厂硇强人有意见，广东家 禽育 种公司从方便管理出发，从河南、山西等地运来的种蛋交给孵化厂( 广东家禽育 种公司自己投资建设的孵化厂) 的承包者孵化，公司制定一个量化的指标，即受 精蛋的出苗率达到9 5 以上，健苗率在9 9 以上，达到指标，每个种蛋的加工 费为o 0 1 2 元只( 超过指标另外提取奖金) 。有时也将种蛋交给其他孵化厂代孵， 也制定相应的指标。没有种蛋入孵，工人就没有工资。自从减少种蛋入孵后，出 苗的数量减少了，工人连生活费都不够，如果让他们解散的话，到时有种蛋又没 有工人干活，最后公司的领导和承包者协商，决定发放最低生活保障每月每人 6 0 0 元，才平息这件事。 同样的问题也出现在销售部门，广东家禽育种公司对业务员的管理实行待遇 与业绩挂勾，每个业务员负责一个地区，参考以前的销售量或前一个月的销售量 制定每个业务员的当月任务，按完成任务的情况计算应得的工资奖金。一旦没有 鸡苗销售( 或鸡苗卖不出) ，销售人员就没有工资计算( 尽管当时计算出来也发 不出) 。陈经理找到周副总和胡总反映情况，鸡苗卖不出去，销售人员的精神压 力太大，有些销售人员不想于了。两位老总对销售真的很头痛，这帮销售人员在 公司成立之初，为公司产品的推广立下汗马功劳，但目前公司的困境，所有的工 作显得苍白无力，周副总专门与销售部门开了一次会议，最后决定：按公司后勤 工人的工资标准计算工资给销售人员。 3 13 财务危机 经过连续三个月的严重亏损，4 月底，负责财务的李副总面带愁容的告诉胡 总，公司帐面上的现金已经不多，工人一月份的工资还没发，还有1 0 0 多万元的 应付款也快到期，如果情况再没有好转的话，最多也只能支撑到5 月中旬。胡总 最担心的事情出现了，四月初的时候，胡总已经与中国工商银行有过接触，希望 能靠贷款渡过难关，但是令人失望的是中国所有的银行都是嫌穷爱富，更别说在 符号表 符号表 化学耗氧，m g l ； 五日生化需氧量，m g l ； 总固体悬浮物，m g l ； 水中溶解氧，m g i ； 污泥沉降比， 污泥指数，m l g ； 污泥所占的体积，m i ； 泥样的悬浮固体含量，m 辫 构筑物的宽度，m ； 构筑物的长度，m ； 构筑物的高度，札 姚 鼹 胁 一 姗 v m b l h 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作 品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完伞意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：杨挺 钙钷l 日期：2 0 0 5 年6 月1 0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理j ：大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，町以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 奉学位论文属于 不保密圈。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：杨挺 砀泵乙口期：2 0 0 5 年6 月1 0 日 导师签名：张小平日期：2 0 0 5 年6 月1 0 同 于 一 玳 第一章绪论第一章绪论 1 1 水资源的缺乏和污染 水是人类生产和生活中不可代替的自然资源，是人类赖以生存的基本物质。 随着社会经济的快速发展和人口的剧增，人类对饮用水和淡水的需求量逐年增加， 但是人类可利用的水资源由于污染和得不到合理的保护而逐年短缺，水资源已成为人类社会可持续发展的制约因素。 地球上的水资源总量为1 3 6 1 0 9 k m 3 ，似乎是取之不尽，用之不竭，但其中9 7 以上为海洋的咸水，地球上淡水总量为38107km3，仅占全球总水量的3。 在这淡水中，南、北极的冰川和冰帽又占去了34，江、河、湖泊等地面水总量约 为23105km3，约占全球总水量的0oi，地表土壤和地下岩层中含有多层淡水，总计约为8 4 1 0 6 k 甜。因此，人类易于利用的淡水约占全部淡水的2 0 左右，而 直接能取用的江、湖淡水仅占全部淡水的0 5 ，能供人类直接利用而且易于取得 的淡水资源是十分有限的。但是，随着人类社会的不断发展，全世界对水资源的 需求几乎每2 0 年就要翻一番。目前全世界只有l 4 的人群饮用到合乎标准的水， 1 3 的人得不到安全用水，并且浪费和污染水资源的形势日趋严重，有人预测未来 世界各国对水资源的争夺将超出对其他自然资源的争夺。 中国是个水资源严重缺乏的国家，淡水资源非常短缺，我国平均年降水总 量约为6 1 0 4 亿m 3 ，其中约有5 6 的水量为植物蒸腾或水份蒸发所消耗，只有4 4 形成径流。全国河川年均径流量约为2 6 1 0 4 亿订，加上冰川融水和地下水补 给，初步估算全国水资源总量约为2 7 1 0 4 亿m 3 。按1 9 9 7 年人口统计，人均水 资源量为2 2 0 0 寸人左右，为世界人均占有量的3 0 ，居世界第1 0 9 位，被联合 国列为1 3 个贫水国之一忆。近2 0 年来，中国经济以每年1 0 的高速度连续增长， 城市化程度加快，社会的需水量持续增加，1 9 9 7 年全国的实际用水量为5 5 6 6 亿 m 3 。据推测，我国用水的高峰将在2 0 3 0 年左右出现，全国用水总量有可能达到 7 0 0 0 8 0 0 0 亿心，全国实际可能合理利用的水资源量约为8 0 0 0 9 5 0 0 亿一，按上 述估计的用水量，已接近可合理利用水量的极限。目前，我国6 0 0 多个城市中有 华南理工人学i 。程硕士学位论文 3 0 0 多个城市缺水，其中l1 0 个城市属于严重缺水，全国缺水总量约为3 0 0 4 0 0 亿m 3 。水资源缺乏的问题已严重制约我国国民经济的快速发展。 与此同时，我国的主要江河、湖泊水域受到不同程度的污染和破坏，如松花 江、辽河、淮河等流域的严重污染，黄河除污染严重外，下游还出现了断流现象， 尤其是在1 9 9 9 年断流达4 2 天。流经城市的大部分河段受到污染，1 4 1 个国控城市 河段中，3 6 3 的城市河段为l 至i i i 类水质，6 3 8 的城市河段为至劣v 类水质。 其中，4 7 个环保重点城市( 直辖市及省会城市、经济特区、沿海开放城市和重点 旅游城市) 的典型水域中，1 9 2 的水域为i i 类水质，1 4 9 为1 l i 类水质，2 5 5 为 类水质，1 0 6 为v 类水质，2 9 8 为劣v 类水质。而大多数城市是以地表水为 饮用水源，水源的污染给人体健康及后代带来的危害是十分严重的，据估计，目 前世界有1 4 的人口患病是由水污染引起的，饮用不良水质的水将可能诱发各种 肠道传染病，引起致突变作用和地方病等。在“资源型缺水”的同时，水污染引 起了“水质型缺水”，加剧了水资源的短缺，使得人们用水紧张和用水不安全。 1 2 工业废水处理的必要性 由于人们在生产生活过程中产生了大量的工业生产废水和城市生活污水，未 经处理达标就排放到水体中，污染了水环境，超出了水体的自然净化能力。这些 因素造成了“水质型缺水”问题的产生。相对于“资源型缺水”，“水质型缺水” 引起的后果更为严重，不仅会给人们的生产和生活带来一系列的不便，而且会危 及整个地球生物圈的生存。 ( 1 ) 传染疾病危害人体健康。水源污染使一些地区的肠道病、肝炎、伤寒等流 行病的发病率逐年上升。据京、津、沪、渝等8 城市的病因调查，水源污染使这 些城市市区发病率高于郊区3 倍以上。安徽宿县地区的沿河两岸群众，因长期饮 用被污染的水，癌症死亡率逐年增加。1 9 9 5 年1 2 月至1 9 9 6 年7 月间，长春市共 发生水质污染事故4 起其中2 起已造成菌痢的爆发，造成3 0 0 多人腹泻入院。1 。 ( 2 ) 影响工农业生产，降低经济效益。由于水质污染，使一些工业产品质量下 降，成本提高，产量减少，造成直接或间接经济损失，上海市每年为4 亿元，北 京市每年为2 亿元，全国由此造成的经济损失约相当于国家当年财政收入的6 ， 同时，也对农、牧、渔业产生直接危害。 ( 3 ) 破坏城市水源，加剧了城市用水的供需矛盾。据资料介绍，每排l 一污水， 2 第一章绪论 要污染2 0 2 5 d 清洁水。由此估算，我国每年排放城市污水而污染的水资源量达 4 0 0 0 5 0 0 0 亿m 3 ，进一步加剧了水资源的紧张状况。1 9 9 9 年1 月至3 月，南宁市 上业及城市生活废污水大量排放，致使邕江自南宁水圹江至蒲庙约2 5 公里河段全 线水体泛黑，水质超标，南宁邕江凌铁水厂( 担负南宁市区2 0 万人供水，占全市 供水量的1 3 ) 取水口水质为类水，已不符合国家规定的饮用水源水质要求，被 迫限产1 。此外，我国许多河流由于被沿途工厂排出大量废水所污染，现在已不 能作为饮用水源。 ( 4 ) 影响全球经济发展，降低全球经济发展速度。全世界每年排放的工业废水 量逐年增加，由于大部分的工业废水没有经过有效的处理或未能达到排放标准而 直接排放到江河中，许多江河中的污染物严重危害了水生生物的生长，从而导致 了许多物种的数量减少或面临灭绝的危险。水污染对全球生态系统的危害是多方 面的，它不但对人类本身的生存造成危害，而且也对全球农业、牧业及渔业造成 很大的经济损失。农田及农作物的灌溉需要干净的水源，如果水源被严重污染， 将导致农作物的死亡。畜牧业和渔业由于得不到足够的饮用水源，许多家畜及鱼 类将面临大量减产的威胁，这些都对全球经济发展造成很大的危害引。 根据1 9 9 9 年中国环境状况公报显示，1 9 9 9 年全国工业和城市生活废水排 放总量为4 0 1 亿吨，比上年增加6 亿吨。其中工业废水排放量1 9 7 亿吨。废水中 化学需氧量( c o d ) 排放总量1 3 8 9 万吨，其中工业废水中c o d 排放量6 9 2 万吨。 工业污染是环境污染的主要污染源，其中以冶金、轻工、化工、纺织等行业污染 特别严重。我国工业废水处理率( 含县及县以上工业和重点乡镇工业污染源) 为 8 7 2 ，工业废水排放达标率为6 6 7 总的来讲还是比较低的”1 。同其他西方发达 国家相比，我国工业废水处理工艺还比较落后，许多已建成的工业废水处理站的 运行情况都不是很理想，废水排放达标率较低。因此，发展和改进我国工业废水 处理工艺已成为我国环境污染治理急需解决的问题。 3 华南理工大学 程硕士学位论文 1 3 制浆造纸废水处理的发展与现状 随着社会的发展，人们对纸的需求量的大增，使我国造纸工业得到了迅速发 展。2 0 0 1 年，我国纸张和纸板的消费量为3 6 8 3 万吨，预计到2 0 0 5 年我国的纸张 和纸板消费量将超过5 0 0 0 万吨。但随着纸浆产量和消费量的增长，造纸工业用水 量和废水排放量也越来越大。 制浆造纸工业的整个生产过程，包括从备料到成纸，以及黑、红液的回收， 纸张的加工等都要以大量的新鲜水为介质，用于输送、洗涤、分散、和冷却设备 等用途。制浆造纸生产过程的废水，经厂内防治后( 包括黑液、碱回收或综合利 用) 仍有一定数量的废水需要排放。其污染物含量多，尤其是洗选和漂白的废水， 蒸煮工段滴、漏、溢黑液，蒸发工段污凝水，其悬浮物( s s ) 含量多，可溶性化 学需氧量( c 0 d ) 、生化需氧量( b o d ) 高，色度很深，气泡物质也多，还含有挥发 性硫化物，产生臭味，如不经处理直接排入江河，会污染水体环境，影响鱼类及 其他水生生物的生存，威胁养殖业和人民生活用水供应。就污染现状来看，全国 制浆造纸企业污水排放量占全国污水排放总量的l o 2 0 ，居第三位；排放污 水中的c o d 约占全国排放总量的4 0 4 5 ，居第一位，制浆造纸工业是中国环 境污染的主要行业之一。 目前，制浆造纸废水处理的方法主要分为化学法、物化法和生物法，其次还 有作为辅助手段的物理法。 1 3 1 制浆造纸废水的化学处理法 化学法主要是利用化学反应，转化、分离、回收处理废水中的污染物质。 1 3 1 1 臭氧氧化分解法 氧化分解法是将废水中的有机物分解成无毒物质的处理方法。人们现在研究 用臭氧( 0 。) 作氧化剂来分解废水中的有机物，它对纤维素、木素的氧化没有选择性， 在反应中o 。作为两性离子参加反应，能选择分解发色基团。刘全校等人直接用o a 处理经化学混凝过滤吸附处理后的s o d a a q 法麦草浆黑液，结果表明a m ( 木素浓 度用u v 一2 6 5 f w 紫外分光光度计在波长2 8 0 n m 处测得的吸光度) 去除率高达8 2 1 ， a 。由3 7 7 5 ( 黄色) 降为o 6 7 5 ( 视觉观察为无色) ，但是c 0 d n 去除率仅为1 5 8 ，b o d s 去除率为2 4 8 。可见0 。对c 0 d 、b o d 去除效果不明显，而对a 勰o ( 木素) 去除效 4 第一章绪论 果明显，也间接反映了臭氧的脱色效果明显”1 。 1 3 1 2 光催化氧化法 光催化氧化法是在特殊的光照射条件下发生的有机物参与的氧化分解反应， 最终把有机物分解成无毒物质的处理方法。 锐钛型的t i 0 ：在紫外光的照射下能产生氧化性极强的羧基自由基，对所有的 有机物几乎都能氧化为c 0 。和h 2 0 ，且除狰度高，降解速度快，无二次污染。用水解 法制得的纳米级t i o 。具有巨大的表面积和更强的紫外光吸收能力，因而具有更强 的光催化降解能力，可快速将吸附在其表面的有机物分解掉，比普通的t i0 2 的降 解率高4 0 。实验发现：c 叻( 2 一氯代二恶英) 在2 h 内降解了9 8 3 ，d c d d ( 2 ，3 一二氯代二恶英) 、p e c d d ( 1 ，2 ，3 ，7 ，8 一五氯代二恶英) 和o c d d ( 八氯代二恶英) 在4 h 内分别降解了8 7 2 、8 4 6 和9 1 2 。1 。 除臭氧氧化法、光催化氧化法以外，其他的化学法还有：超生空化法、超临 界水氧化法及化学还原法等，这些方法大多还处于研究阶段。 1 。3 。2 制浆造纸废水的物化处理法 物化法包括混凝法、吸附法、膜分离法和其他一些方法。 1 3 2 1 混凝法 废水中细小颗粒的表面由于吸附离子而带电荷。混凝法是通过a l ”、f e “和e a 2 + 等盐类无机物和酰胺类的有机高分子化合物与废水中的悬浮物和大分子有机物发 生电中和，降低胶体粒子的电位，以吸附、架桥等形式凝聚成大颗粒物质沉降 分离而达到净水的目的。近年来，新型无机化学混凝剂如聚合铝、聚合铁和复合 型无机混凝剂的开发成功，以及有机高分子絮凝剂的开发，使混凝处理法可以采 用较少的药剂，就可达到较高的处理效果。 顾学芳、张跃军n 0 1 1 1 研究发现，将无机絮凝剂与有机絮凝剂配合使用有更好 的处理效果，配合使用时相对分子质量较高的有机絮凝剂与阳离子度较高者相比 前者有更好的处理效果。用自制阳离子聚丙烯酰胺( p a m ) 与聚合氯化铝( p a c ) 配合 处理废纸制浆废水，出水c o d 。去除率达7 5 以上，透过率达9 2 9 5 ，且下 层絮体较大、峰韧、易于脱水。陈金中等1 0 1 2 1 用p t o 作絮凝剂，添加少量p a m 助凝剂，对脱墨废水进行处理，其中s s 、c o d 。和b o d 。的去除率分别达8 5 4 、7 8 2 5 第一苹绪论 我国东北某亚硫酸盐浆厂也在9 0 年代引进u f 装置，日处理3 7 8 5 t 业硫酸盐 废液，据称与蒸发方法比较，投资可节省7 0 ，每处理lm 3 废水可节省6 0 的操 作费用。珠海红塔仁恒纸业公司引进的涂布废水超滤系统，处理废水1 5 4 5m 3 d ， 处理后废水的c o d c r 下降8 5 以上，同时又全部回收了涂布废水中的涂布颜料和化 学品，并将其回用于生产，故效果明显u 引。 此外，还有采用渗透法和电渗透法来进行废水处理的。在芬兰和德国生产卫 生纸的工厂做过试验，使用膜生物反应器( m b r ) 和电渗析( 脱盐) 处理循环用水， 不仅节约了用水量、能耗和原料。而且还提高了纸机的脱水性能和产品质量n 7 。 1 3 3 制浆造纸废水的物理处理法 在造纸废水处理过程中，有时也使用化学药品和纤维促进剂的物理法去除废 水中的固形物和回收纤维等，如气浮法、过滤法和挤压法等。 目前，在我国用得最多、效果较好的气浮法是浅层气浮法。其气浮进水器为 一圆形槽，有效水深只有4 2 0 咖。水流速度为零，进水配水器和出水集水器为一同 时旋转的行走架，进水和出水的流速相同，这样就使槽内水体相对静止，水流速 度为零，避免了水流扰动，固体物的悬浮和沉降在静态下垂寓进行，极大地提高 了净水效率。废水在净水器中的停留时间约3 m i n ，表面负荷达到1 0 寸h ) 。溶 气装置是一溶气管，其溶气机理是尽量使水流扰动，减少液膜阻力，以增大气液 接触面积。在结构上改变了进气方式以提供能实现更大进流密度的结构。溶气时 间约为1 0 s ，过流密度达到2 2 0 0 2 7 0 0m 3 ( m 2 h ) 。广州造纸有限公司采用c q j 型 超效浅层气浮净水器处理新闻纸机白水。结果表明，在混凝剂p a c 和絮凝剂p a m 用量分别为4 0 0 i g 几和1 0 1 5 m g l 及气浮器入口s s 为3 2 3 4 0 m g 几、c o d c ，为 3 7 1 6 9 m g 几时，s s 和c o d 。去除率分别为9 8 5 和8 1 8 。每台处理量5 7 6 0m 3 d ， 回收白水4 9 3 0 m 3 d 。从这些数据可看出，浅层气浮处理造纸白水具有效率高、投 资少、运行可靠的特点，是一种高效的废水处理设施u 圳。 德国曾有人用简易的圆盘和低能耗的压力过滤净化纸厂中的循环用水。在压 力容器中缓慢旋转的圆盘和过滤层可使细小纤维良好分离，再用其他特殊装置在 质量控制范围内将3 种物质或1 种废料分离开“。 一般来说，物理法只能去除废水中的大颗粒物质，如进一步净化废水，还需 7 华南理t 大学工程硕士学位论文 进一步处理。 1 3 4 制浆造纸废水的生物处理法 生物法是利用微生物将有机物降解代谢为无机物的废水处理过程，通过人为 的创造适于微生物生存和繁殖的环境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有机物 的效率。根据使用微生物的种类，可分为好氧法、厌氧法和生物酶法。 1 3 4 1 好氧法 好氧法是利用好氧微生物在有氧条件下降解代谢处理废水的方法，常用的好 氧处理方法有活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法、生物流化床等方法。 对于k p 浆废水，传统的活性污泥法可去除7 0 的c o d 。，而日本北越制纸新 启动的一套高纯氧活性污泥废水处理设备能对k p 浆废水进行有效的生物除臭，与 常规的活性污泥法相比，c o d 。的去除率分别可提高到8 0 2 0 3 。 除此之外，改良的活性污泥法还有序列活性污泥法( s b r ) 。它与传统的活性 污泥法的反应机理相同，但运行操作不同。它是采用间歇曝气，主要设备仅用反 应池，污泥在池中依次完成反应、沉淀、排水及排泥工序。与传统的方法相比， 它的设备简单，占地面积平均减少3 0 ，投资节约2 0 4 0 ，运行费用低，处 理效率高。该法可适应于负荷的变动，能有效地防止污泥膨胀2 。施英乔等人2 1 1 研究发现，s b r 法的活性污泥沉降指数在曝气池运行l o 天后即降至1 0 0 m l g 以下， 而常规活性污泥法s v i 值在1 5 0 2 50 r 【l g 之间。这表明s b r 活性污泥法处理过程 的厌氧一缺氧一好氧环境抑制了引起污泥膨胀的丝状菌的繁殖生长，同时证明了 s b r 活性污泥法的优势。 在荷兰和德国的3 个不同纸厂用膜生物反应器( m b r ) 去除废水中的胶质和高 分子溶解物的试验都取得了良好的效果。生产卫生纸的工厂，通过使用旧r 和电 渗析( 脱盐) 处理循环用水，不仅节约了用水量、能耗及原料，而且提高了纸机 脱水性能和产品质量；生产纸箱板的工厂，利用m b r 在4 0 5 0 。c 温度下处理废 水，c o d c 。去除率达9 0 ，生产特种纸的工厂，利用蚺b r 在5 0 5 5 。c 温度下处理 废水，c 0 d 。去除率达8 5 “。 目前，人们对好氧法的研究主要在于通过改进设备和通气方式使废水中能溶 解更多的氧气。如日本人发明的a d 系统就是通过在水槽中填充蜂窝状接触材料和 第一章绪论 进行分区曝气，来提高废水处理效果。1 。is o ( i ns i t uo x y g e n a t i o n ) 的新型 二级废水处理系统是通过改进溶解氧进入废水中的方法，以提高氧分子在废水中 的分散程度2 引。 1 3 4 2 厌氧法 厌氧法是在无氧的条件下，通过厌氧微生物降解代谢来处理废水的方法，厌 氧菌通过厌氧呼吸从分子中释放能量。它的操作条件要比好氧法苛刻，但具有更 好的经济效益，因此也具有重要的地位。目前在造纸废水处理方面开发出的有厌 氧塘法、厌氧滤床法、厌氧流动床法、厌氧膨胀床法、厌氧旋转圆盘法、厌氧池 法、升流式厌氧污泥床( u a s b ) 法等。 其中应用较多的是u a s b 法。它可以形成颗粒状污泥，污泥的浓度和生物活性 都很高，能达到很高的负荷和处理效率。日本江津纸厂安装的高效厌氧废水处理 系统( i c u a s b ) ，采用的是内循环升流厌氧反应器，具有成本低、易操作和剩余 污泥量少等优点。它能把来自污浊冷凝水、白水和发酵残渣中的有机酸转化成沼 b ： 2 5 o 此外，光合细菌( p h o t o s y n t h e t i cb a c t e r i u m ，p s b ) 是一种在厌氧微好氧条件 下进行，不释放氧光合作用的细菌总称，具有降解有机物、废水污染物的特性， 能脱除废水中脂肪酸类和低分子芳香酸类化合物巴6 ，2 7 3 。梁文芷等人2 8 1 用厌氧发 酵和光合菌协同处理尾叶桉碱性亚硫酸钠法化机浆废水，在厌氧段和光合菌处理 段的容积负荷分别为8 5 1 0 2 9 c 0 d 。( l d ) 和1 2 2 1 9c o d 。( l d ) 时，连续运 行2 4 天后，全系统的c 0 、b o d 。、s s 去除率分别达到5 3 、7 7 8 3 和8 5 8 9 ：系统对负荷的冲击有较强的忍受能力。g c m s ( 质谱仪h p 5 9 7 2 a 型，色谱柱 0 1 t r a z 毛细管柱5 0 m 0 ，3 2 m ) 和1 h n m r 分析结果表明，废水中的木素衍生物降 解明显，饱和和不饱和脂肪酸能完全除去；苯甲酸、苯甲醛可完全去除，苯环上 的甲氧基也能完全或部分脱掉。 在高效厌氧反应器中采用氯代有机物的还原脱氯，作为漂白废水的预处理， 可大大提高废水处理效率，减少反应器的有效容积。不过，为了克服氯代有机物 对厌氧微生物的抑制作用，一般都需要进行一些预处理，如絮凝、超滤等。 9 华南理l _ = 大学工程硕士学位论文 1 。3 4 3 生物酶法 酶处理有机物的机理是先通过酶反应形成游离基，然后游离基发生化学聚合 反应生成高分子化合物沉淀。与其他微生物处理法相比，酶处理具有催化效能高、 反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和 有毒物质适应范围广，可以重复使用等优点。金适等人2 9 3 为了分离亚胺废液中的 固形物( 固含量为1 2 1 8 ) ，采用能使纤维素、木素降解的白腐真菌，进行生 物转化处理，可提高其饲用营养价值。同时，利用生物转盘，废液与白腐真菌接 触6 8 h ，c o d c ，可除去5 0 ，b o d ；去除7 5 及色度值也下降了。l i v e r r o c h e 和r o y e r 等人对废水进行了生物处理，3 天后脱色率达到8 0 。秦文娟等人1 研究发现， 利用固定驯化白腐菌能有效地使氯漂e 段废水脱色，也能去除氯漂废水中的酚类 物质，其中自腐菌p o l y s t i c t u sv e r s i c 0 1 0 r 和p h l e b i a 均能在2 4 h 内使废水脱色 5 0 以上。 不过，由于酶的流失和失活及成本等问题，生物酶法的大规模工业应用还受 到一定的制约。 1 3 5 多种方法的配合使用 单一使用某种方法处理制浆造纸废水，不仅成本高，处理后的废水也难达到 排放标准，所以，实际生产中一般都采用多种方法配合使用，寻找最佳的搭配方 式，既获得良好的处理效果，又可尽量降低处理成本，并使流程简单化。 王楚南j “用“过滤气浮一生化”处理造纸废水。结果表明，废水总悬浮物 和c o d 都可大幅度降低，又可回收纸浆，不仅解决了环境问题，也带来了经济效 益。山东一个用石灰法生产麦草浆制瓦楞纸的造纸厂，在对废水进行气浮法处理 之前，先用生化池处理，可起到均匀和稳定水质的作用，采用此工序可去除6 0 的c 0 d 。，气浮时的用药量也可大大减少，降低处理成本眦1 。福建省龙岩市造纸实 业公司对b c t 押制浆造纸混合废水进行综合处理，用双列斜筛式纤维回收系统和 浅层超效气浮系统两段物化法，可有效地处理废水，s s 、c 0 d 。b 0 矾可分别去除 9 6 3 、8 3 4 、7 5 9 3 引。张素风等人3 4 1 用化学混凝法处理麦草烧碱一蒽醌制浆 黑液，c 0 d 。和b o d ；可分别去除7 2 和4 8 。当再经三级超滤处理后，c o d 。和b o d j 第一章绪论 去除率分别为4 9 和2 6 7 ，c o d 。和b o d 。总去除率分别为8 6 和6 2 。w a n g 等 人。3 引通过连续流厌氧一好氧法处理漂白废水对比试验发现，厌氧一好氧工艺可提 高氯化有机物地还原脱氯能力，从而提高了漂白废水的a o x 和c o d 的去除率。马 晓鸥等人邯3 研究发现，单用混凝法处理废纸造纸废水，c o d 。去除率为7 0 7 5 ，而加入k m n 0 4 作氧化剂进行氧化处理，c o d 。可去除8 9 9 4 。荷兰某纸板 厂使用厌氧一好氧工艺处理废纸废水，废水经处理后全部回用，实现了废水零排 放。西班牙的p a p e l e r a d e l aa l q u e r i a 造纸厂日产1 0 0 t 瓦楞原纸，也用厌氧一好 氧处理系统，且系统仅包括调节器、i c 反应器、好氧处理三个步骤的工艺流程， 在2 0 0 0 年3 月也实现了零排放”“。 1 4 优势菌种的研究与开发现状 随着生产方法和科学技术的发展，废水中污染物质的成分日益复杂，尤其是 有毒、难降解有机污染物的种类和数量日益增多，对该类有机物具有高效降解能 力的微生物在自然环境中的种类、数量都较少，在种问竞争中处于劣势，导致传 统的生物处理体系的出水中仍然含有较高浓度的有害物质，达不到排放标准。优 势菌种生物强化技术就是在这种情况下提出来的，通过向传统的生物处理体系中 加入具有特定功能的微生物，增强其对特定污染物的降解能力，从而改善整个处 理体系去除含难降解物质的废水的处理效果。该技术具有商效、稳定、节省投资 的特点，因而成为废水生物治理技术的发展趋势之一。优势菌种的选育和菌剂的 研制是这项技术的关键。菌种主要有三种来源：野生型菌种，诱导驯化，基因工 程改造。这些投加的菌种或混合菌制剂就称为优势菌种菌剂。 1 4 1 优势菌种的选育 优势菌种的选育主要来自三个方面：( 1 ) 直接从被污染的环境或污泥中富集、 筛选。由于石油污染、海上油轮事故和来源于大气沉降的多环芳烃，海底沉积了 大量的石油组分，成为天然的富集驯化场所，因此可从海底沉积物中筛选到降解 石油组分特别是多环芳烃的高效降解菌株b ；( 2 ) 通过较长时间的驯化，诱导出自 然界中已经存在的微生物产生能对特定化合物进行降解的代谢途径和代谢酶类， 从而获得这些物质的降解菌种；( 3 ) 通过基因改良技术改造微生物的降解特性，可 1 1 华南理r 大学工程硕七学位论文 使其降解性能得到显著提高或获得新的降解性能。目前已经筛选到了大量降解难 降解有机化合物的菌株或混合菌。如d a f r i e l l 。等1 报道，通过质粒转导技术 将质粒转移到同一株细菌中构建出能同时降解芳烃、萜烃、多环芳烃和脂肪烃等 石油组分的菌株；f jm o n d e l l o 等4 0 3 报道，通过定点基因突变技术提高降解菌株 的底物范围和活性。 1 4 2 优势菌种菌剂的配制 由于废水的组成成分较多，优势菌种菌剂一般由多种微生物组合而成。混合 菌含有多种降解酶，从而可降解复杂的污染物，提高降解效率，而单一菌株存在 全部所需酶并且各种酶的活性都很高的可能性不大，不能完全降解所有这些污染 物质。如崔俊华、金文彪等人筛选到7 株高效原油降解菌，再任意选取4 株进行 正交实验，最终得到一组最佳组合配比，降解性能比单一菌株大大提高1 。目前 对各种微生物之间的相互作用的机理还缺乏了解，多种微生物投加到同一体系中 后，可能出现某一微生物分泌对其他微生物的生长起抑制或毒害作用的物质或某 一微生物的代谢产物抑制或毒害其他微生物的生长的情况，因此对于投加的菌株 之间的相互作用的了解将促进混合菌剂的研制；有些难降解化合物经常需要多种 微生物通过共同代谢进行降解，因此对于微生物之间共同代谢特性的了解也能促 进降解混合菌剂的研制。 菌剂的配制方法有： l 富集培养纯种分离技术( 传统方法) 先分离降解菌种，再通过正交实验确定菌剂的组成，该方法工作量大，且不 能完全反映污染环境中微生物的构成，逐渐成为被淘汰的方法。 2 代谢途径分析确定混合菌配比 有些化合物被微生物降解后只是形成另外一种化合物而不是完全降解成二氧 化碳和水，这时可再加入代谢产物的降解菌种对其进行完全降解，这样即可配制 成这种化合物的降解混合菌。 3 不同微生物组成的高效菌剂 由于不同的微生物具有不同的功能，因此可选用具有不同功能的微生物组合 成高效菌剂。如可将有吸附作用的菌种和高效降解菌种组合在一起配制成治理菌 1 2 第一章绪论 剂。最近美国、俄罗斯、芬兰联合丌发处理原油泄漏的复合生物吸附剂，通过生 物吸附作用迅速将原油污染物吸附在吸附剂上，再利用吸附剂中营养物质供给营 养，通过耐高浓度污染物的高效微生物将石油污染物降解为水和二氧化碳，有望 用于工业生产1 。 4 直接分离混合菌 因为污染物的成分大多比较复杂，直接筛选混合菌不仅可以同时消除几种污 染物，而且可降解单一菌种不能完全降解的污染物。如郭楚玲等人从海底沉积物 中富集分离出以芘作为唯一碳源和能源的海洋混合菌株，该混合菌株能很好地利 用菲、芘、荧葸等多种多环芳烃为底物，可用于多环芳烃的现场生物修复1 ：贾 省芬等人“1 从城市污水及工业废水中分离选育出一种高效多功能混合菌，对城市 污水处理效果很好；实际上许多提供商品化微生物菌剂的公司自己从污染的土壤 或地下水或化工厂废水处理装置内选出具有特定降解能力的混合菌，如b i o t r o 】 公司使用名尼苏达大学的专利技术，用以黄杆菌( f l a v o b a c t e r i u m ) 为主的混合 菌作为强化菌剂，成功地处理了五氯酚钠污染地土壤矧。直接富集筛选能降解污 染物地混合菌可作为微生物强化菌剂选育配制的一条捷径。 5 分子生物学技术的应用 分子生物学技术的应用可更精确地揭示微生物的种类构成。如可对被长期污 染的环境样品中的所有微生物的总d n a 进行p c r 扩增，根据扩增产物大的分析结 果推断该环境样品的微生物构成。运用1 6 s r i n a 技术也可以分析被长期污染的环 境中的微生物混合体系的组成，再据此组成信息选育合适的高效降解菌种配制成 菌剂。因此，现代分子生物学技术与经舆和现代的分离技术的结合将会成为菌剂 配制的更方便和高效的手段。 1 4 3 优势菌种的开发现状 由于优势菌种在治理污染方面具有很多优点，因此世界各国普遍都投入了大 量的资金进行研究，已研制出了一大批各种功能的优势菌种菌剂，并且已经申请 了很多专利，一些公司还生产出了各种类型的商品化的菌剂产品出售，有些已经 形成系列化产品，能够根据客户的要求专门配制特殊用途的菌剂制品。 欧美各国从7 0 年代就开始研制优势菌种菌剂，已开发出各种用途的菌剂产品。 华南理工大学硕士学位论文 晶格参数、晶体缺陷、不同结构相的含量等f 5 “。最常用的就是用x 射线 来进行物相分析：每种结晶物质都有自己特定的晶体结构参数，如：点 阵类型、晶胞大小、原子数目和原子在晶胞中的位置等，x 射线在某种 晶体上的衍射必然反映出带有晶体特征的特定的衍射花样( 衍射位置o ， 衍射强度i ) ，根据衍射花样查p d f 卡片就可以知道晶体是由什么物相组 成。 将观察试样制成l o m m l o m m 3 m m 小块( 常用配方n i w d 镀层) 和1 0 m m l o m m l o m m 小块( 改良配方n i w d 镀层和复合镀层) ，用 丙酮清洗干净，并将镀层表面稍微打磨一下，采用荷兰p h i l i p s 公司的 a p d l o 型x r a y 衍射仪( 简称x r d ) 测试镀层的相组成。试验条件为： c u kq 滤波片，管电压4 0 k v ，管电压4 0 m a ，狭缝尺寸o 2 ，扫描速度o 0 3 3 。，s 。具体仪器参数见表3 7 。 表3 7x 射线衍射仪 t a b l e3 7x r a yd i f f r a cc i o ne q u i p m e nc 仪器名称x 射线衍射仪 产地与型号全自动x 射线衍射仪x p e r t 型( p h i l i p 公司) 主要技术指标 电压、电流稳定度 o 0 3 0 精确度 o 0 0 2 。 主要附件高温( l m g 几，p 0 1 2 5 m g l f 微生物菌相：多柄钟形虫、轮虫为优势指标生物。 3 1 4 殖种工期安排 1 本工期合计工1 6 天。 2 7 月1 8 日进场，随即确认现场所有设备及仪器，及优势菌种菌剂。 37 月1 9 2l 日大量排泥。 4 7 月2 2 同依现场生物污泥状况开始添加优势菌种及各项操作参数调整。 5 7 月2 2 日8 月6 日进行优势菌种添加。 3 1 5 好氧池的殖种与运行 由于本次好氧池的殖种采用不停车殖种方式，整个废水系统在殖种期间可以 保持正常运行，不影晌生产任务。在一切准备工作就绪后，首先进行系统排泥， 使好氧池的大量生物污泥汰旧换新，除去杂菌、弱势菌群及无机盐类，剩少量污 泥作底泥。排泥工作完成后，开始殖种。每天按计划定量向好氧池添加优势菌种， 测量好氧池的溶解氧、p h 、温度、放流水的n 、p 含量，据此调节各操作参数，使 系统环境适合优势菌种生长。每天测定好氧池进、出水的c o d 。和b o d s 。 在殖种初期，应控制好温度、p h 值、d 0 值。废水经冷却塔后，温度在3 5 以 下，p h 值在6 9 之间，d o 值应控制在4 o 左右。运行初期，因旧污泥已大量排 去，新污泥还未生成，好氧池c o d 。b 0 隗去除率较低，出水较混浊。好氧池的泡 沫会有少量的污泥，其原因是新生成的污泥活性不足，沉降性能较差而漂浮在池 网上。为改变因污泥老化，放流水混浊的现象，使微生物处于生长曲线的对数衰 减期，依现场实际情况调整回流污泥量、排泥量；每日通过观察生物相、污泥相 及相关指标：如f v 、f m 、p h 、s v 。s v l 值来诊断生物系统运行情况，随时调整 运行参数。经过段时间的运行后，好氧池里的污泥很快提高活性，随着活性污 泥的驯化与增加，出水由浊交清，污泥中生物的种类发生有规律的演替，这是细 菌生长的e 常情况。当兼氧池的出水进入好氧池时，废水中的大分子有机物质会 被好氧微生物所降解，从而使废水的c o d 。和b o d s 去除率提高。好氧池经过1 6 天 的殖种，池中出现较多的微生物类型和数量，这标志着优势菌种活性污 泥已经形成，出水己显示很好的效果。 2 s 第三章优势菌种的殖种与调试 dm ，v s s m l s s = 7 5 8 5 b 放流水残存的n l m g 几，p 0 1 2 5 m g l f 微生物菌相：多柄钟形虫、轮虫为优势指标生物。 3 1 4 殖种工期安排 1 本工期合计工1 6 天。 2 7 月1 8 日进场，随即确认现场所有设备及仪器，及优势菌种菌剂。 37 月1 9 2l 日大量排泥。 4 7 月2 2 同依现场生物污泥状况开始添加优势菌种及各项操作参数调整。 5 7 月2 2 日8 月6 日进行优势菌种添加。 3 1 5 好氧池的殖种与运行 由于本次好氧池的殖种采用不停车殖种方式，整个废水系统在殖种期间可以 保持正常运行，不影晌生产任务。在一切准备工作就绪后，首先进行系统排泥， 使好氧池的大量生物污泥汰旧换新，除去杂菌、弱势菌群及无机盐类，剩少量污 泥作底泥。排泥工作完成后，开始殖种。每天按计划定量向好氧池添加优势菌种， 测量好氧池的溶解氧、p h 、温度、放流水的n 、p 含量，据此调节各操作参数，使 系统环境适合优势菌种生长。每天测定好氧池进、出水的c o d 。和b o d s 。 在殖种初期，应控制好温度、p h 值、d 0 值。废水经冷却塔后，温度在3 5 以 下，p h 值在6 9 之间，d o 值应控制在4 o 左右。运行初期，因旧污泥已大量排 去，新污泥还未生成，好氧池c o d 。b 0 隗去除率较低，出水较混浊。好氧池的泡 沫会有少量的污泥，其原因是新生成的污泥活性不足，沉降性能较差而漂浮在池 网上。为改变因污泥老化，放流水混浊的现象，使微生物处于生长曲线的对数衰 减期，依现场实际情况调整回流污泥量、排泥量；每日通过观察生物相、污泥相 及 x 华南理工大学工程硕士学位论文 3 。2 结果与讨论 3 2 1c 。，去除率的变化 从表3 1 可以看出，殖种初期，优势菌种处于生长适应阶段，c n 去除率较 低。4 天后，菌种已开始适应废水，c o d 。，去除率明显提高，到殖种后期，c 0 吣 去除率达到9 0 左右，明显高于殖种前的5 1 ，出水已符合排放标准e 从图3 1 可看出殖种期间c o d 。去除率的变化情况。 表3 一l 殖种期间好氧池c o d 。去除效果变化 t a b 3 1r e m o v a le f f e c to fc o b 哥o fa e r a t i o np 0 0 1 殖种天数( d )c o d c r 迸( m g l )c o 瞻m ( m g l ) 去除率( ) l5 6 83 2 04 3 7 35 7 5 2 4 l5 8 1 55 8 31 4 27 5 6 75 7 l 1 0 88 1 1 g5 5 69 48 3 1 1 15 8 2 7 58 7 1 1 35 7 86 58 8 8 1 55 6 45 2 9 0 8 1 75 7 l 6 08 9 5 羽 o 13579 1 11 31 51 7 殖种天数( d ) 图3 1 殖种期间好氧池c 0 d c r 去除率变化 f i 9 3 一l v a r i a t i o no fr e m o v a lr a t eo fc 0 吣o fa e r a t i o np 0 0 1 2 6 如 第三章优势菌种的殖种与调试 3 2 2 即d 。去除率的变化 当好氧池殖种一段时间后，由于大量好氧微生物的出现，使好氧池的出水逐 渐变清。因为生物膜的形成，特别是大量丝状菌的生成，使活性污泥的沉降性能 良好。从表3 2 可看出，随着c o d 。，去除率的提高，好氧池大分子有机物的降解 能力有了很大的提高，废水中的有机物大部分能被附着在填料上的生物膜降解掉， 所以b o d 。的去除率也增大。通过对出水的测定，b o d 。的去除率从殖种前的7 0 提 高到9 4 ，这些情况表明，好氧池已殖种成功。图3 2 可看出殖种期间好氧池 b o d 。的去除率的变化。 华南理工大学工程硕士学位论文 表3 2 殖种期间好氧池b o 瞻去除效果变化 t a b 3 1r e v a le f f e c to fb o d c ro fa e r a t i o np o o l 殖种天数( d )b o d c ，进( m g l )b o d c r m ( m g l )去除率( ) 12 2 76 27 2 7 3 2 3 0 4 87 9 1 52 3 33 68 4 5 72 2 82 78 8 2 92 2 22 68 8 3 l l2 3 32 09 1 4 1 3 2 3 l1 8 9 2 2 1 52 2 61 39 4 2 1 7 2 2 8 1 49 3 9 图3 2 殖种期间好氧池b o d 。去除率的变化 f i 9 3 1 v a r i a t i o no fr e m o v a lr a t eo fb o d 5o fa e r a t i o np o o l 第三章优势菌种的殖种与调试 3 2 3 生物相的观察及污泥的回流情况 在殖种的初期，从好氧池中取一水样观察，通过显微镜，可看到少量新形成 的典型菌胶团，它们呈现大型指状分支，垂丝状、球状、蘑菇型等种种形状。进 入正常运转阶段的