（环境工程专业论文）包埋固定化复合菌处理养猪废水氨氮的研究.pdfVIP

重庆工商大学硕士学位论文 目录 中文摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 养猪废水的产生、特点和处理技术1 i 1 1 养猪场废水的产生一3 2 养猪废水的水质特征4 3 养猪废水的危害一5 | 1 4 养猪废水的处理现状6 1 2 固定化微生物技术在废水处理中的应用研究8 】- 2 1 固定化微生物方法9 】2 2 固定化微生物的载体：1 0 】2 3 影响固定化微生物的重要因素l l 】2 4 固定化微生物技术在废水处理中的应用1 2 1 3 本研究的目的和内容1 4 第二章降解氨氮复合菌的包埋固定化1 5 2 1 试验材料与方法l5 2 1 1 水样来源及水质l5 2 ：1 2 试验菌种l5 2 ：1 3 培养基l7 2 1 4 细菌生物量的测定1 8 2 1 5 菌种的保存1 8 2 1 6 实验仪器1 8 2 1 7 包埋固定化复合菌小球的制备方法1 9 2 1 8 包埋固定化复合菌小球的分析方法1 9 2 1 9 包埋小球的预处理和电镜扫描步骤2 0 2 1 1 0 常规分析测试项目2 0 2 2 包埋固定化载体的选择2l 2 3 包埋复合菌载体材料与方法对氨氮降解效果的影响2 l 2 3 1p v a 浓度2 2 2 3 2s a 浓度2 3 2 3 3 包河沙量2 5 2 3 4 包菌量2 6 2 3 5 交联时问2 7 2 3 6 交联成型液2 7 2 3 7 凝胶液水浴温度2 8 2 3 8 凝胶液浸泡时间2 8 2 4 正交试验确定最佳包埋条件2 9 2 5 包埋复合菌固定化小球的制备3 2 2 6 包埋固定化复合菌小球的物理性质3 2 2 6 1 粒径大小3 2 2 6 2 机械强度3 3 2 6 3 传质性能3 4 重庆工商大学硕士学位论文 2 6 4 微观结构3 4 2 7 包埋固定化复合菌小球的活化3 5 2 8 席：章小结3 5 第三章包埋固定化复合菌小球对养猪废水的处理3 7 3 1 试验材料与方法3 7 3 1 1 水样来源及水质3 7 引2 试验方法3 7 3 2 环境因素对包埋固定化复合菌小球处理效果的影响3 8 3 ；2 1p h 对包埋固定化复合菌小球处理效果的影响3 8 3 ；2 2 温度对包埋固定化复合菌小球处理效果的影响3 8 3 2 3 曝气强度及方式对固定化小球处理效果的影响3 8 3 2 4 包埋固定化复合菌小球接种量对处理效果的影响3 9 3 3 游离复合菌和包埋固定化复合菌小球处理效果比较4 0 3 4 包埋固定化复合菌小球在不同温度下处理效果比较4 2 3 5 本章小结4 4 第四章结论与建议4 5 4 1 结 仑4 5 4 2 建议“4 5 参考文献4 6 附录a 发表论文和参加科研情况说明4 9 至筻谓十。5 0 重庆工商大学硕士学位论文 中文摘要 当前，随着我国社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国养猪 业在快速发展的同时也带来了严重的环境污染。养猪废水已成为水体主要污染源 之一，造成的环境污染问题也越来越严重。特别是养猪废水在经过传统的简易方 法处理后，存在c o d 和b o d 含量仍然很高，并且伴随有恶臭和低c n 比，不 能达标排放。因此用传统的处理方法很难达到理想效果，急需寻求一种新型实用 的处理技术来处理养猪废水。 本研究从养猪废水中富集、分离得到高效降解养猪废水中氨氮的基础上，选 择包埋固定化复合菌技术，进行了生物强化处理养猪废水的试验研究。 在研究中，优选聚乙烯醇( p v a ) 、海藻酸钠( s a ) 矛1 1 河沙作为包埋固定化复合 菌的载体。通过实验确定包埋固定化复合菌小球制备的最佳条件为：p v a 浓度为 9 ，s a 浓度为0 7 ，投沙量2 o ，包菌量2 0 ，交联成型液为含1 5 c a c l 2 的饱和硼酸溶液且调p h 到6 7 ，凝胶液的操作温度4 3 ，交联时间2 4 h 。 包埋固定化复合菌小球对养猪废水氨氮最佳的处理条件为：采用间歇式曝气 且曝气方式为l h l h ，曝气强度为6 - - 7 m g l ，固定化小球投加量2 0 ( v v ) 、p h 值7 8 、温度2 5 3 0 。包埋固定化复合菌小球在低温下曝气处理养猪废水1 0 天，对氨氮的去除率达6 4 8 ，比游离菌提高了2 0 5 。包埋固定化复合菌小球 在中温下处理养猪废水5 天，对氨氮的去除率可达6 4 以上。 本实验中，在相同实验条件下，通过对比包埋固定化复合菌与游离复合菌对 同一养猪废水氨氮的去除效果，研究结果表明：包埋固定化复合菌对养猪废水氨 氮的去除效果明显高于游离复合菌。 关键词：养猪废水；复合菌；固定化技术；包埋法； 重庆工商大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，p i gi n d u s t r yd e v e l o p e dr a p i d l yi nc h i n a , p i g g e r yw a s t e w a t e rh a sb e c a m eo n eo ft h e m o s tp o l l u t i o ns o u r c e s ，e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sa l s ob e i n gm o r ea n dm o r es e r i o u s e s p e c i a l l y a f t e ra n a e r o b i ct r e a t m e n to fp i g g e r yw a s t e w a t e r ，c nr a t i oi sl o w , i ti sd i f f i c u l tt oa c h i e v ea ni d e a l e f f e c tb yu s i n gt h et r a d i t i o n a lp r o c e s s i n gm e t h o d ，a n ds e e kan e wp r a c t i c a lp r o c e s s i n gt e c h n i q u et o d e a lw i t ht h ep i g g e r yw a s t e w a t e ri su r g e n t i nt h i s s t u d y , b a s e do na m m o n i an i t r o g e ni nh i g he f f i c i e n c yd e g r a d a t i o np i g g e r y w a s t e w a t e r ，w h i c h w a s s e p a r a t e da n de n r i c h e di np i g g e r yw a s t e w a t e r ，i m m o b i l i z e dm i x e d m l c r o o r g a n l s m si o rt r e a t i n gt h ep i g g e r yw a s t e w a t e r i m m o b i l i z e dm i x e dm i c r o o r g a n i s m sb yp o l y v i n y la l c o h o l ( p v a ) ，s o d i u ma l g i n a t e ( s a ) a n d s a n d t h eb e s tc o n d i t i o n so fi m m o b i l i z e dm i x e dm i c r o o r g a n i s m sa r e ：p v a9 ，s a0 7 ，s a n d 2 0 ，m i x e dm i c r o o r g a n i s m s2 0 ，r e s p e c t l y 1 i n k i n gf o r m i n gl i q u i dw a ss a t u r a t e db o r i ca c i d c o n t a i n i n g1 5 c a c l 2a n da d j u s t a b l ep ht o6 7 ，o p e r a t i n gt e m p e r a t u r e4 3 ，l i n k i n gt i m e2 4 h t h eb e s tt r e a t m e n tc o n d i t i o n so fi m m o b i l i z e dm i x e dm i c r o o r g a n i s m s ：a e r a t i o na n dn o n e a e r a t i o nlh lh ，a e r a t i o ns t r e n g t h6 7 m g l ，i m m o b i l i z e db a l lq u a n t i t yi s 2 0 ( v v ) ，p h7 8 ， t e m p e r a t u r e2 5 3 0 w h e na m m o n i an i t r o g e n c o n c e n t r a t i o ni n p i g g e r yw a s t e r w a t e r i s 7 5 5 m g l ，a e r a t i o nt e nd a y su n d e rt h ec o n d i t i o no f1 8 ，t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fa m m o n i a n i t r o g e nb yi m m o b i l i z i n gm i x e dm i c r o o r g a n i s m sr e a c ht o6 4 8 h i h g e rb y2 0 5 t h a nf r e e m i x e dm i c r o o r g a n i s m s i nt h i sl a b ，c o m p a r i n gi m m o b i l i z e dm i x e dm i c r o o r g a n i s m sw i t hf r e ei m m o b i l i z e dm i x e d m i c r o o r g a n i s m s o ft h er e m o v a l e f f i c i e n c y o fa m m o n i an i t r o g e ni nt h es a m e p i g g e r y w a s t e w a t e r i ti ss h o wt ot h a t ：t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fa m m o n i an i t r o g e ni np i g g e r yw a s t e w a t e r b yi m m o b il i z e dm i x e dm i c r o o r g a n i s m ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nf r e em i x e dm i c r o o r g a n i s m s k e yw o r d s ：p i g g e r yw a s t e w a t e r ；m i x e d m i c r o o r g a n i s m s ： i m m o b i l i z e d t e c h n o l o g y ；e n t r a p m e n tm e t h o d i i 重庆7 - 商大学硕士学位论文 曼曼曼曼曼曼鼍曼舅曼鼍曼曼蔓笪曼蔓璺曼曼i i i i i i i 曼曼曼皇皇皇曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼舅曼舅舅曼曼曼曼舅皇皇曼曼曼曼蔓曼曼舅 第一章绪论 1 1 养猪废水的产生、特点和处理技术 随着社会经济的快速发展和人民生活水平的持续提高，为了满足人们对肉、 蛋、奶等食品的大量需求，我国畜禽养殖业得到了快速的发展。随着不同区域的 情况以及当地政策的差异，养殖规模和养殖结构也存在着明显的差异。但总体上 来说，我国主要畜禽产品产量连续2 0 年来以1 0 的速度递增。但是，由于我 国养殖业的环保意识普遍比较薄弱以及配套设施不够完善，再加上养殖废水排量 大、污染物浓度高但利用率低，造成了我国新的环境污染问题且日趋严重，这不 但影响了我国畜禽养殖业的可持续健康发展，而且严重影响到人们的生产生活质 量，甚至危害人体健康。我国在2 0 0 1 年颁布了畜禽养殖污染防治管理办法、 畜禽养殖业污染物排放标准( g b18 5 9 6 - 2 0 01 ) 、畜禽养殖业污染防治技术规 范，对畜禽养殖废水的排放极限值提出了严格的要求。 改革开放以来，在满足猪肉市场供求的同时，我国养猪业也取得了长足的发 展。目前我国已成为世界上最大的养猪生产国。据资料统计髓1 ，2 0 0 5 年，我国 生猪存栏数达至 5 0 3 3 4 8 万头，猪肉产量达至i 5 0 0 9 万吨，约占世界猪肉总产量的1 2 口1 。在养猪业快速发展的同时，由于环保意识普遍比较薄弱以及养殖设施的 落后，且人们对养猪业产生的废物没有实现合理的利用，导致了养猪业产生的粪 便、粪水和恶臭对环境带来了严重的污染，特别是养猪业产生的废水已成为与工 业废水和生活废水造成水体污染的三大污染源之一。据某环保部门对有关的大型 规模化养猪场排放的粪水进行检测，结果显示：b o d ( 生化需氧量) 超标7 6 倍、 c o d ( 化学耗氧量) 超标5 3 倍、s s ( 悬浮颗粒物) 超标1 4 倍n 1 。然而，我国许多大中 城市在实施“菜蓝子工程”的同时，却忽视了养猪业的过度发展( 速度快、密度 大) 给城市环境、农业环境带来以及生态环境带来的严重危害性。我国养猪业的 发展概况见表1 1 。 表1 11 9 8 0 - 2 0 0 6 年我国养猪业的发展单位：万头、万吨 年份年末存栏数肉类总产量猪肉产量 1 9 8 3 1 9 8 5 1 9 9 0 1 9 9 5 1 9 9 6 3 0 5 4 3 3 3 1 4 0 3 6 2 4 1 4 4 1 6 9 4 5 7 3 6 1 2 0 5 1 9 2 7 2 8 5 7 5 2 6 0 5 9 1 5 1 1 3 4 1 6 5 5 2 2 8 l 3 6 4 8 4 0 3 8 重庆_ t - 商大学硕士学位论文 i 9 9 7 1 9 9 8 1 9 9 9 2 0 0 2 2 0 0 4 2 0 0 6 4 0 0 3 5 4 2 2 5 6 4 3 0 2 0 4 6 2 9 2 4 8 1 8 9 4 9 4 4 0 5 2 6 9 5 7 2 4 5 9 4 9 6 5 8 7 7 2 4 4 8 0 5 i 3 5 9 6 3 8 8 4 4 0 0 6 4 3 2 7 4 7 0 1 5 1 9 7 长江三峡库区涉及重庆市1 5 个区( 县) 和湖北省的4 个区( 县) ，其中重 庆市的1 5 个区( 县) 是三峡库区的主要部分，承担着保护三峡库区水质的艰巨 任务。三峡库区主要为农业生产区，猪肉作为当地居民的主要肉食品。但随着三 峡库区的社会经济的快速发展，以及东部产业转移，三峡库区的工业发展相当迅 速，为了满足人们对肉类的需求，在三峡库区生猪养殖量越来越多，且经济发达 的区( 县) 有相当数量规模化得养猪场，但在农村多以散养为主。因此，三峡库 区养猪废水的污染防治对保护三峡库区的水质及生态环境有很大的意义。三峡库 区重庆地区怕。养猪业发展概况和分布分别见表1 2 和图1 1 。 2 表1 2 三峡库区重庆地区2 0 0 1 2 0 0 5 年养猪业的发展( 万头) 重庆工商大学硕士学位论文 图1 12 0 0 5 年三峡库区重庆地区养猪废水产生量空间分布图 1 1 1 养猪场废水的产生 养猪废水通常主要有养猪场的生猪排泄的尿液和粪便，以及对猪舍内的相关 设施的冲洗水( 主要有生猪饮用槽冲洗水、圈舍冲粪水、地面清洗水、养猪设备 和设施的清洗水等) ，还有在生猪养殖过程中由少量的工人在生产和生活过程中 产生的废水组成。 养猪废水的产生与养猪规模、生猪性别、喂养饲料、生猪大小、生长周期、 饲养方式、清粪方式、清粪周期、饲养设施、天气条件等诸多因素有关。由于各 养猪场的管理水平和生产方式不同，养猪废水的排放量以及养猪废水的水质都可 能存在较大的差异。据统计一个万头规模化养猪场生产线猪粪污水排放量参考数 据哺1 见表1 3 。 重庆工商大学硕士学位论文 表1 3 年出栏万头养猪场粪污水排放量 1 1 2 养猪废水的水质特征 养猪废水是典型的高浓度有机废水，水质复杂且伴有强烈的恶臭，分析其特 征，主要有以下方面川： ( 1 ) 养猪废水的c o d c r 、b o d 、s s 、n h 4 + - n 含量都很高，除了正常的生猪排泄 外，还有大量的冲洗水产生，导致养猪场的养猪废水量大且温度较低； ( 2 ) 养猪废水中固液混杂，由于存在大量的粪便悬浮物，所以废水中有机物、 悬浮物含量很高，悬浮物体积较小，常规方法较难分离； ( 3 ) 养猪废水中c o d c r 、s s 、n h 4 * - n 、t p 、b o d 。等指标严重超标，未经处理或 经过简单处理根本不能达标排放。根据相关调研资料表明，养猪场排放的废水中 b o d 。高达2 0 0 0 , 、- 8 0 0 0 m g l ，c o d c r 高达3 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，n h 4 + _ n 高达8 0 0 1 0 0 0 m g l ，且s s 浓度也超标数十倍； 限于养猪业是薄利行业，特别是对于规模化得养猪场，投资大，并且风险高。 目前的常规生物处理工艺仅能针对养猪废水中得c o d c r 的大幅度削减，但由于经 过常规的“厌氧一沼气”处理后的出水存在着低c n 比、c o d c r 和b o d 仍较高， 并伴有恶臭气味。目前针对这类高浓度含氮养猪废水的氨氮达标排放，尚存在很 大的技术经济难度。养猪场污水的污染物特征见表1 4 。 4 重庆工商大学硕士学位论文 表1 4 养猪场污水的污染物特征 项目 p ( t s ) ( p m g ( c o r d ) ；p ( n h 。l n ) ( m g l - 1 ) p ( s s ) ( m g l - 1 ) p h 值 1 1 3 养猪废水的危害门q 1 养猪废水具有高c o d c r 、高n h 。+ - n 、高s s 含量以及大量病菌存在的特点，尤 其是规模化养猪场，由于废水水量较大且集中，如不经处理直接排放于生态环境 中或回田农用，将会造成当地生态环境的严重破坏和农田的严重污染。 1 1 3 1 养猪废水对水体的污染 养猪废水属于富含大量病原体的高浓度有机废水，直接排放进入水体或存放 点不合适，将可能造成地表水或地下水水质的严重污染。 养猪废水中可能含有重金属、抗生素、农药、激素等残留物，这些残留物一 旦进入水体，容易在水生生物、浮游生物和鱼贝虾等生物体内大量的积累，产生 生物富集效应，引起食物链的污染；由于养猪废水是富含n 、p 等有机物的污染 物，大量有机物进入水体后，会造成水质发黑和发臭等现象，并且有可能导致水 体富营养化，严重破坏水体生态平衡，危害人类饮用水的安全；养猪废水的淋溶 性极强，可以通过地表径流污染地表水，也可经过土壤渗入地下污染地下水，造 成水体中的有机物以及n 、p 大量增加，使水质受到污染，使水体硬度、总有机 物含量和细菌总数、和病原体含量大大超标，失去了地表水和地下水的饮用价值 和灌溉价值，甚至危及当地居民的生产生活，严重改变了水体功能。 i 1 3 2 养猪废水对土壤及作物的影响 养猪废水中含有较高的有机物和n 、p 、k 等养分，如果未经任何处理或只经 过简单处理后就直接用于还田还土，特别是连续和过量地施用，则会使土壤严重 的超过本身的自净能力，使土地失去生产价值，破坏土壤原有的基本功能并有可 重庆工商大学硕士学位论文 能污染地下水。 如果高浓度的养猪废水长期用于农田灌溉，会使农作物徙长、贪青、倒伏、 晚熟或不熟，甚至毒害农作物使之死亡。 1 1 3 3 养猪废水对大气的污染 由于动物的粪便、尿液和污水不断的释放恶臭，并且成分相当复杂。根据现 在已经鉴定的恶臭成分，在猪粪尿液中有2 3 0 种。这些恶臭成分可分为9 类有机 化合物分别是挥发性脂肪酸、醇类、胺类、硫醇类、酚类、酸类、酮类和含氮杂 环化合物等；两种无机物分别是氨和硫化氢。 恶臭可污染养猪场以及周围空气，危害工作人员及周围居民身体健康，影响 生猪的正常生长发育，降低猪肉质量，也严重影响了空气质量。根据北京市环境 科学研究院大气研究所计算，1 9 9 9 年，北京市养猪场的氨排放量为3 5 4 9 7 t ，占 全市畜禽养殖业氨排放量的5 3 17 。 1 1 3 4 养猪废水对人体健康的危害 养猪废水中除了含有高浓度有机物外，还含有大量的致病菌和寄生虫卵，若 直接排放会对水体和生态环境造成严重的污染，导致水质恶化、改变水体功能、 滋生蚊蝇、病菌泛滥、诱发疾病等等，将会严重影响人们的生产生活质量和危害 人体身心健康。 据相关报道，全世界人畜共患疾病约有2 5 0 多种，中国有1 2 0 种，其中由猪 传染所导致的就有2 5 种，这些人畜共患疾病的载体和传播途径主要是养猪粪便、 废水以及相关废弃物。 1 1 4 养猪废水的处理现状 目前，我国畜禽养殖业发展水平相对落后，管理水平和基础设施也参差不齐， 所以养猪废水的处理技术多种多样，但大致归纳有三种处理模式：一是还田还土 利用，二是自然化处理，三是工业化处理模式。养猪废水还田需要大量的农田土 地，还受季节、温度、种植量、种植种类和利用量等限制，并且还存在着传播畜 禽疾病和污染水环境的危险，导致其利用具有很大的局限性，较为常用的处理方 式是自然化处理和工业化处理两种模式。 1 1 4 1 养猪废水的自然处理技术 6 重庆工商大学硕士学位论文 自然处理法主要有两类：水体自然净化法和土壤自然净化法 1 0 o 水体自然 净化法主要有厌氧塘处理系统、兼氧塘处理系统、好氧塘处理系统和曝气塘处理 系统等。土壤自然净化法主要有土地慢速渗滤处理系统、土地快速渗滤处理系统、 地面漫流处理系统、废水灌溉处理系统和人工湿地处理系统等。 自然处理法投资较省、能耗低、运行管理费用低，对畜禽养殖废水中难生化 降解的有机物、臭味、氮磷等营养物和细菌病原体的去除效果都比较好。此外， 在一定条件下，氧化塘和污水灌溉能对畜禽养殖废水进行资源化综合利用，实现 污水变废为宝的生态循环模式处理。 廖新弟等n u 分别以香根草和风车草作为人工湿地的栽种植被，设计和建立了 一人工湿地用于处理养猪废水。养猪废水经过该人工湿地处理后，其中b o d 。去除 率可达8 0 以上，c o d c r 去除率可达9 0 以上，可以表明该人工湿地对养猪废水中 有机碳的去除效果还是比较好的。 叶勇等n 2 利用栽种木榄和秋茄处理牲畜废水中的氮和磷。经过研究表明，在 淡水条件下，秋茄系统对氮和磷的去除率分别为8 4 5 和7 9 2 ，木榄系统对氮和 磷的去除率分别为9 5 5 和9 1 8 ；在海水条件下，秋茄系统对氮和磷的去除率分 别为9 2 7 和8 8 0 ，木榄系统对氮和磷的去除率分别为9 8 0 和9 7 8 。可以看出， 两种植物处理系统对牲畜废水中得氮、磷去除效果都比较好。 叶美锋等n 朝采用厌氧一兼氧组合式稳定塘工艺对某日产废水量5 0 0 m v d 的规 模化养猪场进行养猪废水处理。经过组合式稳定塘工艺处理后的养猪废水c o d 的 浓度保持在3 0 0 0 m g l 左右，c o d 去除率在7 0 左右。后续采用好氧活性污泥法进一 步处理稳定塘排除的废水，再利用高负荷氧化塘对废水进行硝化脱氮，最后通过 藻类沉降塘及生物塘净化后可以使出水排放达j i j g b l 8 5 9 6 2 0 0 1 排放标准要求。 k n i g h trl 等u 叫对墨西哥湾的湿地处理系统进行调查，6 8 处总共1 3 5 个中试 和规模化运行的湿地处理系统。调查结果表明，b o d 。平均去除率为6 5 、t s s 平均 去除率为5 3 、n h 。一n 平均去除率为4 8 、t n 平均去除率为4 2 、t p 平均去除率为4 2 。 林东教等口鄙用漂浮栽培方式种植蕹菜和水葫芦净化某猪场产生的废水，研究 结果表明，经漂浮栽培蕹菜和水葫芦处理之后，养猪废水的理化性质发生较大变 化，废水中的营养物质得到显著降低，并且蕹菜和水葫芦都能很好地吸和收利用 水体中的n 、p 元素和营养物质，植物生长旺盛并且对养猪废水的净化效果显著。 i i 4 2 养猪废水的工业化处理技术 养猪废水产生量大、水质波动明显、浓度高、恶臭强、处理难度大。对于规 模化的养殖场，特别是在经济发达的大中城市近郊，由于土地供应紧张和对生态 重庆工商大学硕士学位论文 环境保护的要求，由于没有足够的农田消纳养殖废水，因此自然处理模式就难以 有效处理畜禽养殖业产生的废水，而采用技术较为先进的工业化处理模式来处理 畜禽养殖废水的效果比较良好。 工业化处理模式包括厌氧处理系统、好氧处理系统以及厌氧一好氧组合处理 系统等不同组合处理系统。工业化处理模式具有占地面积小、适应性广泛、不受 地理位置的限制、处理效果好、受温度季节变化影响小等优点。 成文等u 刚采用接触氧化一水解( 酸化) 一两段接触氧化一混凝工艺处理系统来处 理某养猪场排放的高浓度有机污水。研究结果表明，在最佳处理工艺条件下， 养猪废水的c o d c r 、b o d 。、氨氮去除率分别高达9 7 、9 8 、9 6 ，表明该工艺对 养猪废水的处理效果比较好。 h w a n gl s 等n 7 3 采用组合工艺a d e p t ( a n a e r o b i cd i g e s t i o ne l u t r i a t e d p h a s e dt r e a t m e n t ) 一s h a r o n ( s i n g l er e a c t o rs y s t e mh i g ha m m o n i u mr e m o v a l o v e rn i t r i t e ) 一a n a m m o x ( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n ) 处理养猪场排除的高 浓度有机废水。结果表明，氨氮去除率为9 4 1 ，总磷去除率为8 7 3 ，说明该组 合工艺对养猪废水中得氨氮和总磷去除效果良好。 高增月等n 8 1 用厌氧发酵+ 延时曝气活性污泥法组合处理工艺并辅以投加生物 制剂等措施对某养猪场产生的粪污进行处理。处理结果表明，猪粪中的蛔虫卵死 亡率达至1 j 9 9 ，大肠杆菌为零，并且猪粪污中得c o d c r 去除率为9 6 7 、b o d 。去除率 为9 8 6 、s s 去除率为9 9 5 和n h 。一n 去除率为9 9 4 ，该组合工艺对猪粪污的处 理效果显著。 刘宇赜等n 鲫用u a s b s b r 一混凝沉淀工艺处理某养猪场废水。结果表明，对 于进水水质c o d c r 和n h 。一n 分别为2 0 0 0 - - 一3 5 0 0 m g l 和3 5 0 - - - 1l o o m g l 的养猪废水， 利用该工艺处理后，c o d c r 平均去除率为9 2 3 ，n h 。一n 的平均去除率为9 0 o 。其 余各项指标均可以满足畜禽养殖业污染物排放标准的要求。 1 2 固定化微生物技术在废水处理中的应用研究 固定化微生物技术晗旷2 7 3 是指采用物理或化学的方法将游离细胞或微生物固 定在某一限定的空间区域里面，使其在限定的空间区域内保持高度密集并保持 其生物活性功能的微生物或游离细胞，在适宜的条件下还可以使微生物增殖以 满足应用之需的一种生物技术。固定化微生物技术在废水处理中有许多一般的生 物技术不能与之媲美的优点，主要表现在：处理效率高、净化效果好、稳定性强、 耐毒能力强、能固定纯化单一菌种、可以保持高效菌种活性、单位体积内的微生 物浓度高、去除单位质量底物的产泥量少、容易固液分离等。该技术可以在筛选 出用于净化废水的优势菌种和微生物的前提下，加以固定化，从而可以建立起一 重庆3 - 商大学硕士学位论文 种高效的废水处理系统。 1 2 1 固定化微生物方法 目前，虽然有很多固定化技术和方法都用于生物工程、发酵工程、医疗、废 水处理等方面，但对于固定化方法的分类国内外的研究者还没有统一的标准。当 前较为常见的固定化方法大致分为四大类：吸附法、共价结合法、交联法和包埋 法乜8 。29 | 。各种固定化方法的优缺点见表1 5 。 表1 5 四种固定化方法的比较 ( 1 ) 包埋法 包埋法是目前固定化方法中研究最广、应用最多的固定化方法。包埋法主要 是指用半透性聚合物膜内或凝胶将微生物、酶或游离的细胞包埋在载体空间内， 分为微胶囊法和凝胶包埋法。包埋法由于空间位阻较大，故不适合对大分子有机 物起作用的酶或微生物的固定；但是包埋固定化技术能保持多酶系统，能保持微 生物细胞在固定化载体材料内的高度活性且制备的固定化细胞颗粒强度高，目前 广泛应用于废水处理中。 ( 2 ) 吸附法 吸附法是指由于静电、黏附力和表面张力在载体和微生物细胞之间的相互作 用，而使微生物细胞或酶固定在载体的表面和内部，同时在载体的表面和内部形 成生物膜的方法，包括物理吸附法和离子吸附法。 物理吸附法是指使微生物细胞或酶蛋白分子细直接吸附于载体上而形成生 物膜。 离孑二吸附法是指由于酶蛋白或微生物细胞表面具有带电基团，在一定的条件 下与具有离子交换基团的载体通过静电作用而形成络合物，达到固定酶或微生物 9 重庆工商大学硕士学位论文 的目的。 吸附法主要缺点是酶或微生物与载体之间的结合力较弱，当反应液的温度、 浓度p h 、离子强度等外界条件发生变化时，酶或微生物可能会部分或全部地从 载体上脱落下来；但吸附法的优点是被吸附的酶或微生物可以保持高度的活性、 载体材料可以再生利用、吸附操作过程简单，因此，吸附法在实际应用中也经常 用到。 ( 3 ) 共价结合法 共价结合法是指载体材料表面的一些集团可以和细胞表面的功能团如羟基、 咪唑基、酚基等之间形成共价化学键而互相连接在一起，从而固定化微生物或酶。 共价结合法使微生物细胞与载体之间连接得很牢固。由于操作过程较复杂以及一 些化学材料的有毒因素等导致此法中微生物大多死亡，所以应用并不广泛。 ( 4 ) 交联法 交联法是指利用一些具有特殊功能的试剂如双功能或多功能，直接与微生物 细胞表面的一些特殊基团进行反应，使微生物细胞在载体材料的作用下彼此交 联，从而形成网状结构。交联法和共价结合法一样，都是靠产生化学键结合的方 法使细胞固定化，同样由于反应条件剧烈和操作过程复杂，对细胞活性影响很大。 由于用于交联法的固定化的材料大多比较昂贵，因而使其在实际应用中受到很大 的限制。 1 2 2 固定化微生物的载体 固定化微生物技术能否真正投入实际工程应用的关键在于能否开发出理想 的固定化载体。要使固定化技术能用于实际的废水处理，理想的固定化载体应具 备以下特点：固定化载体材料能在常温下易于成型、载体材料成型过程操作简单、 固定化过程及固定化后载体材料必须对对微生物无毒、载体内的细胞不易漏出且 载体外的细胞难以进入、水不溶性好、载体材料的通透性好、物化性质稳定、机 械强度高、微生物不易分解、成本低廉、易沉淀和分离、使用寿命长等口p 3 7 。 目前，固定化技术中所使用的载体材料主要分三大类乜7 ，3 m ，3 8 哪3 ：无机载体、 有机高分子载体和复合载体。 ( 1 ) 无机载体 无机载体如活性炭、天然沸石、多孔陶珠、砂粒等，主要的优点是机械强度 高、对微生物无毒害、抗被微生物分解、耐酸碱、成本低、使用寿命长等，因而 是一类在实际应用中非常重要的载体材料。 无机载体材料大多具有多孔结构，因而载体材料在与微生物相互接触时，由 1 0 重庆3 - 商大学硕士学位论文 于载体材料和微生物之问的电荷效应和吸附作用，从而把微生物固定在载体材料 表面或内部。无机载体表面不仅具有大的比表面积，而且内部有较大的孔隙，可 以吸附大量的微生物以及容纳微生物不断的增殖，使得载体内部微生物细胞浓度 较高。无机载体的固定化方法操作简单、易行，只需要把载体材料放入含有一定 浓度微生物的溶液中固定一段时间后即可投入使用。 ( 2 ) 有机载体 有机高分子载体分为天然有机高分子载体和合成有机高分子载体。 天然高分子载体的主要优点是传质性能好、一般对生物无毒害；主要缺点是 天然有机高分子载体的强度较低，容易被微生物分解，使用寿命不长。常见的天 然有机高分子载体有琼脂、海藻酸钠、角叉莱胶、壳聚糖等。在这几种天然载体 中，琼脂强度最差。天然的入一角叉莱胶的强度和稳定性比较高，但价格较贵。 相比之下，海藻酸钠的价格低廉、传质性能好、强度较好、制备容易、易沉淀分 离等优点，应用比较广泛。 合成高分子载体虽然强度较大，但传质性能较差，对维持微生物细胞活性有 很大的影响。常见的合成高分子载体有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇( p v a ) 等。由于在 包埋固定化过程中，聚丙烯酰胺对微生物细胞有毒性，使得聚丙烯酰胺在包埋微 生物细胞过程中往往使微生物失活。由于聚乙烯醇( p v a ) 物化稳定性好、强度好、 对微生物无毒害、抗微生物分解、价格低廉等特点，所以聚乙烯醇( p v a ) 是目前 国内外研究最为广泛的一种包埋固定化载体，因而具有很大的使用价值。 ( 3 ) 复合载体 由于有机高分子载体材料和无机高分子载体材料各有优缺点，然而两类载体 材料在许多方面是可以互补的，因此可将有机高分子载体材料和无机高分子载体 材结合，组成复合载体材料，以改进材料的物化性能，使复合材料在固定化技术 中发挥更大的作用。 1 2 3 影响固定化微生物的重要因素 影响固定化微生物的因素心蛆主要有以下三个方面：一是微生物本身的性质 ( 如浓度、菌种、活性等) ，二是载体的性质( 如种类、物化性质等) ，三是环境 特性。 ( 1 ) 微生物本身的性质 在固定化微生物过程中，如果液体中悬浮的微生物浓度较高，将增加微生物 与载体表面接触的机会，加速微生物向载体表面的迁移和传递，这一过程有利于 微生物固定在载体材料上。并且，在微生物保持很高的活性的情况下，也有利于 重庆工商大学硕士学位论文 微生物的代谢作用分泌产生更多的高聚糖类物质，由于高聚糖类物质具有很强的 黏粘性，可以加速载体与微生物的吸附粘附，从而加快固定化进程。当微生物的 活性较高时，可使其具有较高的能量水平，而较高的能量水平也有利于微生物向 载体表面主动或被动输送，克服或削弱各种阻碍吸附黏粘的因素，提高其固定化 速率。 ( ，2 ) 载体的性质 载体的表面粗糙程度及其载体表面是否带电以及带电的性质、种类、数量都 是影响固定化速率的重要因素。如果载体材料的表面越粗糙，比表面积就越大， 越有利于微生物在其表面附着固定；同时由于载体表面比较粗糙以及有空洞和缝 隙等的存在，都可以使已吸附的微生物免受水体中各种剪切力、水力扰动和冲刷 等因素的影响，对已吸附的微生物具有保护作用。在一般条件下，微生物表面通 常带负电荷，若使用带正电荷的载体材料将加速固定化进程，使微生物固定在载 体材料上变得更为容易。 ( 3 ) 环境特性 环境特性主要是指废水的水力流态和p h 值两个方面。为了增加微生物与废 水的接触机会，进行增加处理效果，需要水体有一定的紊流效果，但如果水体的 紊流的程度过大，将增加水体与载体表面的水力剪切作用，对已固定的微生物不 利。所以，如果要使处理效果较为理想，就一定要控制水流情况在微生物能承受 的范围之内。废水p h 值主要是由于影响微生物表面的带电特性进行影响微生物 与载体材料的固定化速率。 1 2 4 固定化微生物技术在废水处理中的应用 自7 0 年代后期，固定化技术就被用于水处理领域，取得了巨大的成就并展 示出了固定化技术在水处理中非常好的应用前景。固定化技术用于废水处理的领 域很多，主要包括废水脱氮、废水脱磷、处理印染废水、处理含酚废水、处理芳 香族类废水、处理洗涤废水、处理制药废水、处理焦化废水、处理豆制品废水、 处理含油废水、处理重金属废水等。该技术还广泛应用于农业、养殖业、湖库水 体修复等行业中h 卜4 2 1 。 y a n g ，p y 等h 副用三醋酸纤维包埋固定化复合微生物去除养猪废水中的碳 和氮。结果表明：在水力停留时间为3 0 h ，采用间歇式曝气为l h l h 不曝气条件 下运行，先用铵结晶对养猪废水进行预处理，再用中等大小的载体填充包埋固定 化复合微生物反应器，t n 去除率达9 5 1 + 1 0 ，t c o d 去除率为8 3 5 + 2 2 ，s c o d 去除率为8 4 1 + 1 1 。 重庆工商大学硕士学位论文 吕荣湖等n 4 1 通过包埋固定化除油菌( y 1 。菌) 处理含油废水，以乳化油去除率 为考察指标。选用聚乙烯醇( p v a ) 和海藻酸钠( s a ) 作为包埋载体材料。实验结果 表明，在2 5 - - - 4 0 。c ，固液比1 ：1 0 ，水力停留时间为6 h 的条件下，进水油含量在2 0 - 5 0 m g l ，乳化油去除率可达8 5 - - 9 0 ，可以使出水的油含量低于5 m g l 。 k t a k e n o 等h 朝包埋固定化光合细菌去除生活污水中的食用油。研究结果表 明，经过包埋的光合细菌处理生活污水后，食用油的去除率可达9 6 ，而且最大 的油去除率可达n 3 3 8 k g 油m 3 d 。 余冬冬等h 6 1 采用包埋固定化微生物颗粒的好氧流化床对广州某自来水厂的 微污染地表水进行处理，其中包埋菌颗粒的填充率为1 0 。试验结果表明，包埋 菌颗粒可以高效、快速地去除原水中的氨氮和亚硝酸盐氮，在水温为2 5 , - - 2 7 。c 、 d 0 为3 - - - 4 m g l 的条件下