（环境工程专业论文）生物制剂在水处理中的应用研究.pdf

摘要 生物制剂是从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术 生产出的高效菌种，其中不仅含有各种特选类型的复合型微生物， 还针对性地添加了酶制剂、营养物质和矿物盐，它被投放到废、 污水中，可使系统内的微生物数量增加，提高污水处理的效率， 且生物制剂的使用不会造成二次污染。 本文选取可生化性较好的生活污水和毒性较高的焦化酚氰废 水，用生物制剂进行处理，得出以下结论： 对可生化性较好的生活污水，可采用直接投加的方式进行处 理。试验结果表明，生物制剂处理生活污水的合适应用条件是： 温度为2 0 3 0 ，p h 值为7 左右，生物制剂投加量为i m g l 。如 温度为3 0 ，p h 值为7 ，生物制剂投加量为l m g l 时，有机物降 解的速率常数为o 2 6 1 d ，经过7 天处理，生活污水中c o d 去除 率较好，可达8 4 4 ：经过1 5 天处理，污水中b o d 5 、总氮和浊 度的去除效果也较好，去除率分别为8 8 2 、8 7 3 和9 3 5 ；总 磷的去除效果较差，去除率只有3 8 3 。要保证总氮有较好的去 除效果，必须适当延长处理时间。 对毒性较大的焦化酚氰废水，可将生物制剂接种于活性污泥， 这样可提高污泥浓度和污泥的絮凝沉淀性能；引入莫诺特方程建 立了反应器基质降解的数学模型，并测出其动力学参数。接种了 生物制剂的s b r 反应器，在温度为2 0 左右，相同运行模式和进 水浓度下，曝气6 小时后，对废水中各种污染物的处理效果较未 接种生物制剂的s b r 反应器均有所提高：c o d 去除率平均增加 9 5 ，挥发酚去除率平均增加了o 6 ，氰化物去除率平均增加了 3 3 ，氨氮去除率平均增加了3 5 1 ：接种生物制剂后可提高反 应器耐有机物冲击负荷的能力。 关键词：生物制剂生活污水酚氰废水序批式活性污泥 反应器水处理 总2 5 0 0 3 字，5 图，1 8 表，6 0 参考文献。 a b s t r a c t t h em i c r o b i a la g e n t sa r es u p e r i o r i t ys p e c i e so fb a c t e r i as e l e c t e d f r o mn a t u r eo rh i 曲e f f i c i e n c ys p e c i e so fb a c t e r i ap r o d u c e db yg e n e t e c h n i q u e i th a s al o to fk i n d so f c o m p o u n dm i c r o o r g a n i s m s ，e n z y m e ， n u t r i t i o na n dm i n e r a ls a l t s w h e ni ti s p u t t e di n t ow a s t e w a t e ra n d s e w a g et h e r ew i l lb el a r g eq u a n t i t ym i c r o b i a lc o n s o r t i ai n r e a c t i o n t a n k ，w h i c hi m p r o v et h et r e a t i n ge f f i c i e n c y f u r t h e r m o r e ，t h e r ei s n t s e c o n d p o l l u t i o nu s i n g t h em i c r o b i a la g e n t s a s t u d yo na p p l i c a t i o no f m i c r o b i a la g e n t sh a sb e e nd o n ei nt h e f i e l do fd o m e s t i cs e w a g ea n d p h e n o l c y a n o g e nw a s t e w a t e r t r e a t m e n t e x p e r i m e n t a l r e s u l t sd e m o n s t r a t e da sb e l l o w ： d o m e s t i cs e w a g ew i t hg o o db i o d e g r a d a t i o nc o u l db et r e a t e di n t h es t y l eo f a d d i n g m i c r o b i a la g e n t sd i r e c t l y t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o w e dt h a t ：t h ea p p r o p r i a t eo p e r a t i o nc o n d i t i o n si nd o m e s t i cs e w a g e t r e a t m e n tw e r et e m p e r a t u r e3 0 c ，p hv a l u e7a b o u t ，m i c r o b i a la g e n t s d o s a g elm 扎v e l o c i t y c o n s t a n to f o r g a n i cc o m p o u n dd e g r a d a t i o no f b i o c h e m i c a lr e a c t i o nw a so 2 6l d a f t e r7 d a y s t r e a t m e n tc o d r e m o v a le f f i c i e n c yw a sb e t t e ra n dr e a c h e dt o8 4 4 a f t e r15 d a y s t r e a t m e n tb o d 5 、t na n d t u r b i d i t yr e m o v a le f f i c i e n c yw e r eb e t t e re l s e r e a c h i n g t o8 8 2 、8 7 3 a n d9 3 5 ，o n c o n t r a s t ，t pr e m o v a l e f f i c i e n c yw a sr e l a t i v e l yl o w e r a n d a p p e a r e d a t3 8 _ 3 i tw o u l dn e e d l o n g e r t i m et og u a r a n t e et nr e m o v a le f f i c i e n c y p h e n o l - c y a n o g e nw a s t e w a t e rw i t l lb a db i o d e g r a d a t i o nc o u l db e t r e a t e di nt h es t y l eo f i n o c u l a t i n gm i c r o b i a la g e n t st oa c t i v es l u d g e w h o s e c o n c e n t r a t i o n ，c o a g u l a t i o n a n ds e d i m e n t a t i o nw o u l db e i n c r e a s e d u s i n g m o n o d e q u a t i o n b u i l tm a t h e m a t i c a lm o d e l d e s c r i b i n go r g a n i cc o m p o u n dd e g r a d a t i o n i nr e a c t o ra n dm e a s u r e di t s d y n a m i c sp a r a m e t e r s u n d e r t h ec o n d i t i o no f t e m p e r a t u r e2 0 s a m e o p e r a t i n gs t y l ea n d c o n c e n t r a t i o ni ni n f l u e n t a e r a t i o nt i m e6h o u r , t h e s b rr e a c t o ri n o c u l a t i n gm i c r o b i a la g e n t sh a db e t t e rd i s p o s a le f f e c t t h a nc o m m o ns b rr e a c t o r d i d c o d 、p h e n o l 、c y a n o g e na n d n h 3 - n r e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e d a v e r a g e l ya b o u t 9 5 、0 6 、 3 _ 3 a n d3 5 1 a f t e ri n o c u l a t i n gm i c r o b i a la g e n t si tc o u l di m p r o v e t h ec a p a b i l i t yo ft h er e a c t o r r e s i s t i n gc h a n g e s o f s l u d g el o a d i n g k e yw o r d s ：m i c r o b i a la g e n t s d o m e s t i cs e w a g e p h e n 0 1 c y a n o g e n w a s t e w a t e r s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o rw a t e rt r e a t m e n t t o t a l2 5 0 0 3 w o r d s ，5f i g u r e s ，1 8t a b l e s ，6 0r e f e r e n c e s 生物制荆在水处理中的应用研究 引言 水资源是人类生存和经济持续发展的生命线，水资源短缺将 成为2 1 世纪人类面临的最为严重的资源问题。随着工业的发展和 人口的集中，城镇化现象不断扩大，使城镇用水量和废、污水量 不断增加，加剧了水体的污染和水资源的短缺，因此城镇污水的 治理己成为大家关住的焦点。在我国目前的经济条件下，对于城 镇污水要普及传统二级处理工艺是困难的，而实现大规模的工程 化水体治理则更显艰难。因此，探索适合广谱、高效、低耗的各 类废、污水处理工艺和提高水体总体治理技术水平已是环保工作 者面临的一项紧迫任务。 近年来，基于生物降解原理采用多种常规好氧和厌氧生物反 应器处理各类废、污水的工艺及机理研究已较为普遍，并相继取 得了较多的成果，但就处理废、污水的广谱性，反应器在不同污 染负荷和水力负荷下的运行稳定性以及技术的相对依赖性和技术 的可转化性等方面而言，各类生物反应器技术普遍各具利弊，这 正拓：为基于系统提高常规生物反应器总体工作性能的生物添加技 术的研究与开发提供了巨大的发展空间。 各国的水处理工作者及相关领域学者开始致力于以筛选高效 微生物为核心的生物制剂的研究，有些研究己取得初步成果。生 物制剂用于促进植物生长、提高畜禽抗病能力、去除粪便恶臭、 改善生态环境等诸多方面发挥了良好的作用，但在水处理领域的 工程技术化应用方面还处于尝试性研究阶段。 本文用生物制剂处理生活污水和酚氰废水，研究了生物制剂 处理生活污水的合适应用条件，以及将生物制剂接种于活性污泥 能否提高反应器的处理效率和耐冲击负荷能力，目的在于探讨对 于低浓度、分散度高、小水量、不方便用常规方法处理的生活污 水，采用生物制剂处理的效果，使用生物制剂能否对大多数已满 负荷、超负荷运转的废、污水处理装置在不增加大规模基建投资 的基础上提高处理效率，改善出水水质的程度。 生物制剞在水处理中的应用研究 第一章绪论 第一节生活污水处理综述 1 水资源的现状及城镇污水资源化的必要性 水资源短缺是2 1 世纪人类面临的最为严重的资源问题。目前 全世界只有1 4 人群饮用到合乎标准的清水，1 3 的人口得不到安 全用水，而且缺水的形势日趋严峻。我国人口占世界的2 2 ，淡 水资源只有世界的7 ，人均供水量只有世界人均占有量的1 4 ， 居世界第1 1 0 位【1 】，水资源的短缺严重地制约着经济的发展速度。 作为缓解水危机的途径之一，自7 0 年代起，世界众多国家已将城 市污水回用即污水资源化列为解决缺水问题的首选方案f 2 】，且初 见规模，同时随着回用技术的不断更新和发展，再生成本的不断 降低及水质的不断提高，逐渐成为缓解水资源短缺的重要措施之 一f 3 - 9 1 。 我国由于传统的废水处理技术基建费用和运行费用较高，并 且存在着各种各样的缺点，直接影响着城镇污水处理厂的规划建 设【l0 1 ，全国绝大多数城市的污水处理能力远远满足不了实际需要。 目前，全国6 6 8 个城市中，有1 2 3 个城市建成3 0 7 座不同处理等 级的污水处理厂，污水处理率仅为1 3 4 ，其中1 9 9 8 年和1 9 9 9 年4 6 个重点城市污水处理率分别为2 0 3 和2 4 7 。全国有5 万 多个城镇，3 7 0 多万个村庄，9 亿多人口居住地尚无污水处理设施 1 1 n 2 1 ，由此导致了严重的水环境污染，加剧了我国水资源短缺的 状况。 2 城市生活污水处理技术简述 城市生活污水处理工艺技术主要有物化法和生物法【1 3 】，并以 后者为主。 2 1 物化法 1 9 世纪后期，英、美等国曾广泛采用絮凝沉淀技术。其特点 为：不用曝气，电耗低；有机污染物去除较稳定，且对磷、重金 生物削荆在水处理中的应用研究 属、细菌和病毒的处理率较高；基建投资费用较低。此法缺点是 出水难以达标，污泥量多，因此未广泛应用。 2 2 生物法 2 2 1 传统活性污泥法和a o 、a 2 o 法 传统活性污泥法 1 4 1 是污水处理最早的工艺，a o ( a n a e r o b i c o x i c ) 、a 2 o ( a n a e r o b i c a n o x i c o x i c ) 法是传统活性污泥法的改 进型，分别采用厌氧一好氧或缺氧好氧，以及厌氧缺氧一好 氧工艺 1 5 1 6 o 各国大型污水处理厂通常采用传统活性污泥法、a o 法或a 2 o 法。 2 2 2a b 法 a b ( a d s o r p t i o n b i o d e g r a d u t i o n ) 工艺是吸附一生物降解工艺 的简称【。7 】，由德国b o h u k e 教授首先开发。a b 法工艺较适合于 污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市污 水处理厂。 2 2 3 氧化沟法 氧化沟法大体上可分为四类【19 1 ：多沟交替式，为合建式，采 用转刷曝气，无单独的二沉池；卡鲁塞尔式1 1 9 ，为分建式，采用 表曝机曝气，有单独的二沉池，、沟深大于多沟交替式；奥贝尔式 口”2 。，为多建式，采用转碟曝气，沟深较大，有单独二沉池；一 体化式1 2 2 1 ，不设初沉池和单独的二沉池，集曝气沉淀、泥水分离 和污泥回流功能为体。氧化沟法适用于大中规模的城市污水处 理厂。 2 2 4 s b r 工艺 s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) - v 艺是序批式活性污泥法l 的简称，无二沉池和污泥回流设备，产生剩余污泥量少；结构简 单，运转灵活，可随时调整操作参数，但自控要求高。s b r 经过 不断演变和改良，又产生或同期发展为c a s s ( c y c l i ca c t i v a t e d 生物制剂在水处理中的应用研究 s l u d g es y s t e m ) ，c a s t ( c y c l i c a c t i v a t e d s l u d g e t e c h n o l o g y ) 和 m s b r ( m o d i f i e ds e q u e n c i n g b a t c h r e a c t o r ) 等工艺【2 4 t 引。 2 2 5u n i t a n k 工艺 u n i t a n k 的工艺思路、池子布置和运行方式与三沟式氧化 沟相类似，但在池体构型、曝气方法、出水方式等方面8 1 有所 不同。 2 2 6 生物曝气过滤工艺 生物曝气过滤工艺f 2 9 是生物过滤池，一般主要用于生物处 理出水的进一步硝化，去除生物处理出水中残余的氨氮，以满足 更高的氨氯出水水质要求。 2 2 ? 膜生物反应器 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ) 处理工艺，其出水水质优 于传统生物处理工艺，能够回用，污泥产率低，但设备投资大， 膜污染等问题限制了该技术的广泛应用1 3 。 第二节酚氰废水处理综述 1 酚氰废水概述 酚氰废水的来源众多，组成复杂。主要来源有剩余氨水，蒸 氨废水、煤气终汽水等。剩余氨水是指精洗煤中所含水分 ( 1 ，一1 2 ，部分逸出) 和热裂解化含水等组成。这些废水中含 有较高浓度的酚、硫氰酸盐、氰化物、氨、铵盐等，故称其为酚 氰废水。酚氰废水具有较高的c o d 值与b o d 值，还含有一些难 生物降解的有机物如焦油、吡啶、萘等，若不妥善处理外排，将 严重污染水体，影响人的身体健康【3 “。 2 酚氰废水处理技术及存在的问题 目前国内外对于酚氰废水的处理可归纳为两大类型1 3 2 4 3 i ：一 生物制剂在水处理中的应用研究 是采用除油、萃取脱酚、气脱蒸氨解析脱氰和生物处理的流程； 二是不设萃取脱酚设备，使废水稀释，除油后送生化装置的流程。 实践证明，不论采用上述的何种流程，生物处理出水的酚、氰含 量可以达到( 或接近) 排放标准，但是c o d 、氨氮指标一般不能 达到排放标准的要求，为使排放水水质能符合日益严格的水环境 质量标准，这些年来对于酚氰废水的处理开展了广泛的研究。 2 1 好氧活性污泥法 酚氰废水水质复杂，有毒和难降解有机物含量高，因此好氧 活性污泥法处理后，虽然出水的酚、氰、b o d 5 能基本达到排放标 准，但氨氮和c o d 值难以达标。 2 2生物炭法 利用活性炭的巨大表面积与富积作用，为微生物对有机物的 代谢作用降解活动提供良好条件，从而提高去除c o d 、微量毒物 以及脱色等的净化效果。生物炭法可全面地改善出水水质，且可 改善污泥的沉淀性能。但存在粉末炭需要再生，操作管理较为复 杂等问题。 2 3 生物铁法 利用曝气池中铁盐的混凝吸附作用及铁离子对生物酶的激活 作用，降低曝气池出水中c o d 与氰含量。此法缺点是投加铁盐量 若控制不当，会出现三价铁离子抑制微生物的现象，此外，还要 注意控制适宜的p n 值，使铁盐生成具有良好吸附性能与沉淀性 能的絮体。 2 4 两段( 或三段) 生物处理法 根据微生菌群的世代长短不一，可采用两段( 或三段) 生物 处理法，使不同微生物各自生活在适宜的环境中，以提高生物处 理的效果。该法的缺点是处理流程过长，设备投资大。 生物制剂在水处理中的应用研究 2 。5 高浓度活性污泥法 法国d e g r e m e n t 公司的焦化废水处理流程为：废水一混凝重 力隔油一调节一过滤一蒸氨一冷却一脱硫一去氰化物一生化一除 泡( 投混凝剂) 一二次沉淀一生物塘一排水。我国市政工程华北 设计院对于煤气、焦化厂的高浓度含酚废水，采用的工艺流程为： 废水一蒸氨一混凝沉淀一调节一生化一除气一二次沉淀一混凝沉 淀一回用( 或排放) 。由于此工艺不采用萃取设备，废水又经稀释， 从而设备投资费用较少，但存在处理流程长的问题。 2 6 o 法 a o ( a n a e r o b i c o x i c ) 法充分利用硝化菌与脱氮菌的生理功 能，使废水中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮转换为惰性气体氮而 得以去除。此法的缺点是入流废水需稀释，水力停留时间太长。 两段生物流化床a o 法，强化了废水与微生物间接触与生化 反应过程，大大缩短了水力停留时间，但存在回流比大、操作管 理较复杂的问题。 第三节生物制剂概述 1 生物制剂的产生和发展 生物制剂是从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术 生产出的高效菌种，采用先进的生物技术和特殊的生产工艺制成 的高效生物活性菌剂1 3 6 1 。 运用生物制荆处理被污染的水体，从大的方面来讲就是运用 了现在比较先进的生物修复技术m q b 】。生物修复也称为生物消毒， 生物再生或生物恢复，是利用生物特别是微生物催化降解环境中 的某种或几种有机污染物，从而消除环境污染的一个受控或自发 进行的过程。在大多数的环境中存在着许多土著微生物进行的自 然净化过程，但该过程的速度较慢，其原因是溶解氧( 或其他电 子受体) 、营养盐的缺乏，而另一限制因子是有效微生物常常生长 较为缓慢。为了快速去除污染物，常常采取许多强化措施，例如 生物制荆在水处理中的应用研究 提供电子受体，添加n 、p 营养盐以及接种培养的高效微生物。 从小的方面讲，就是运用生物增强技术或生物强化技术 3 9 - 4 1 j ， 即为了提高废水处理系统的处理能力，而向该系统中投加生物制 剂以去除某一种或某一类有害物质的方法。它是通过向自然菌群 中投加具有特殊作用的微生物来增强生物量，以强化生物量对某 一特定环境或特殊污染物的反应。 人类对微生物的利用经历过天然混合培养到纯种培养两个阶 段，纯培养技术使得研究者摆脱了多种微生物共存的复杂局面， 能够不受干扰地对单一目的菌株进行研究，从而丰富了我们对微 生物形态结构、生理和遗传特性的认识，取得最佳微生物是一类 现实和潜在用途都很大的生物资源。但是，在长期的试验和生产 实践中，人们不断地发现很多重要生化过程是单株微生物不能完 成或只能微弱地进行的，必须依靠两种或多种微生物共同培养完 成。生物制剂通常为两种或多种微生物按合适比例共同培养的复 合微生物制剂，它充分发挥群体的联合作用优势【4 2 l 。 生物制剂广泛应用于农业、工业、医药、食品及环保等各个 领域。例如应用乳酸杆菌和啤酒酵母菌共生予同一基质中，在有 氧和厌氧条件下，诱导各类发酵和合成菌群生长繁殖，形成互利 共生和共生相容的微生物体系，该生物制剂可用于种植业和养殖 业。只要施用得法，它就会与所到之处的良性力量迅速结合，产 生质量氧化物质，消除氧化物，消除腐败，抑制病原菌，增强或 形成适合于动植物生长的良好环境，还会同时产生大量容易被动 植物吸收的物质，如氨基酸、有机酸、多糖类、各种维生素、各 种生化酶、促生长因子、抗生素和抗病毒物质等，提高动植物的 免疫功能，促进健康生长，从而降低成本，改良环境，减轻劳动， 提高产量，改善品质，使人们吃( 用) 上无污染的高质量产品，提 高人类的生产水平和生活质量【4 3 1 。又如，光合细菌是光能异养型， 能迅速分解利用水中的氨态氮、硫化氢、有机酸、水产动物的残 饵及排泄物。光合细菌是2 0 亿年前地球上最早出现的生物，直到 1 9 3 1 年才被发现并得到验证。科学家们从自然界鉴定、分离出光 生物制剂在水处理中的应用研究 合细菌，并试验培养，应用于养殖水体水质的改善，有效地降低 了水体中氨态氮浓度，使养殖水体质量得到明显改善1 4 引。随着环 境的日益恶化，水体富营养化现象更加普遍，环保呼声愈来愈高， 科学家们已经研制出有效降低水体中氮、磷含量的生物制剂，并 处于探索使用阶段，远期效应还有待进一步论证1 4 引。 生物制剂除以上二个方面的作用外，在纺织印染、石油采收、 湿法冶金、畜牧、食品发酵等行业同样显示其优势m 。叫，正越来 越广泛地得到应用，具有非常广阔的前景。科学家们也不再满足 于传统的反应模式，已开始引入新兴的生物工程技术，使该领域 的研究更具活力。采用固定化细胞技术固定混合菌，可使反应系 统多次使用，降低成本，增加效率，在实际应用中很有意义。利 用细胞融合技术和基因工程技术由具有互生或共生关系的微生物 构建工程菌，可使工程菌既具有混合培养的功能，又拥有纯培养 菌株营养要求单一、生理代谢稳定、易于调控等优点，是极有前 景的研究方向【5 “。该技术与一般生物治理技术相结合，在废水治 理中将显示其独特的作用。 2 生物制剂的特点 生物制剂的组成可以概括为微生物、酶及一些保持微生物活 性的物质。它与化学物质相比具有以下的优点： 每种化学产品都是针对性很强的产品，当遇到其他化学物 质时就有可能失效，而生物制剂对污染物的去除具有广谱性。 化学产品可以暂时消除某些有害物质以及掩盖臭味，却不 能阻止有害物质的生成。 使用化学产品后，水体中会有残留，可能导致二次污染。 生物制剂所含天然微生物，不含致病菌和病源体，这些微生物在 酶的催化作用下，以污水中的有机营养物质为食物，当污水得到 净化后，这些微生物会随着污染物的降低而逐渐减少，直至消亡。 无毒、无腐蚀性，使用方便，基本不需要添加设备或者工 程，节省资金投入。 生物制剂在水处理中的应用研究 第四节瓠课题研究的意义、目的和研究内容 保护水资源，防治水污染，是当今世界性的问题，更是我国 城乡普遍面临的当务之急。 我国城市污水处理率较低，其主要原因是我国的城市污水处 理厂建设滞后，尤其是城镇生活小区污水较分散，难以集中处理。 美国现在平均每l 万人就拥有l 座污水处理厂，英国和德国每7 0 0 0 - - 8 0 0 0 人拥有1 座污水处理厂。而我国城镇人口中，平均每1 5 0 万人才拥有1 座污水处理厂，这种状况在今后相当长的一段时间 内难以改变。对于工业废水，其污染相对较大，现存的问题是一 些工业废水难以处理，或原有装置不能适应日益严格的排放标准 要求。因此探讨投资较省、运行成本较低、适宜分散处理、效果 好的水处理技术，以及在原有装置上进行改进以提高处理效率或 增加其处理能力的技术，在我国当前具有十分重要的意义。 微生物制剂是当今生物工程领域中一个十分活跃的研究方 向，它在农业、工业、医药、食品等各个领域均有广泛应用，应 用于环保领域正处于探索阶段。 本试验研究生物制剂在生活污水及焦化酚氰废水处理中的应 用目的在于：第一，对于污染面广、分散的、低浓度、小水量生 活污水，采用生物制剂处理是否有效? 第二，对难以有效处理的 酚氰废水，接种生物制剂后能否提高反应器处理效率? 能否提高 耐有机物冲击负荷的能力? 这对大多数已满负荷、超负荷运转的 废水处理装置在不增加大规模基建投资的基础上提高处理效率， 改善出水水质具有现实意义。 本试验研究的内容为： 考察生物制剂处理生活污水的效果及应用条件。探讨生物 制剂投加量、温度、p h 、溶解氧对处理效果的影响。 对酚氰废水这一较难处理的工业废水，首先用s b r 法进行 处理，在此基础上将生物制剂接种于活性污泥，考察是否可提高 装置处理效率和耐冲击负荷的能力。 圭塑型型壅查竺堡! 竺壁旦竺壅 第二章生物制剂在生活污水处理中的应用研究 第一节材料与方法 1 污水水质 污水取自湖南科技大学南校区污水塘。污水来自校区排放的 生活污水。水质如下表： 表2 1 污水水质 t a b l e2 - 1n a t u r ea n dc o m p o s i t i o no f d o m e s t i cs e w a g e - _ - - _ _ - _ - _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - - - _ 。_ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ - - 。_ - _ - - _ - - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 监测结果 监测项目 ! ! 璺! 里! ! 望! ! 呈! ! 星! ! 里 平均值 早中晚早中晚早中 晚 p h 6 56 56 5 646 5 6 56 56 56 66 5 c o d , g l 2 8 1 92 8 6 92 7 8 12 8 7 12 8 5 3 2 7 5 8 2 7 4 82 8 0 42 7 8 72 8 1 0 删m g l 1 3 4 7 1 3 2 1 1 3 0 91 3 3 01 3 4 11 2 9 21 3 3 i 1 2 9 11 3 1 91 3 2 0 卜n m g l 3 7 44 0 43 5 23 9 43 5 93 7 33 9 83 7 23 5 83 7 6 t p r a g l 1 4 71 5 51 3 31 6 01 4 01 4 l1 4 71 5 l1 4 l1 4 6 浊度n t u 4 1 64 3 14 4 94 5 64 2 64 1 74 1 94 4 04 3 14 3 2 对水样进行活体观察，可看到其中含有大量的绿色裸藻和铜 绿微囊藻( 放大1 6 0 0 倍) 。污水呈黄褐色，有臭味，有少量悬浮物。 由表2 1 可知，污水p h 在6 4 6 5 之间，呈弱酸性，污水b o d 5 c o d 比值变化范围为o 4 6 o 4 7 ，说明该污水的可生化性好，适 宜采用生物法处理。污水中总氮( f n ) 、总磷( t - p ) 的含量分别 在3 5 2 4 0 4 叫矿l 和1 3 3 1 6 0 m 叽之间。浊度在4 1 6 - 4 5 6 n u t 之间。 2 主要仪器设备 p h s 一1 型酸度计，7 2 1 型分光光度计，u v 8 5 0 0 紫外分光光度 计，w z s - 1 8 5 型高浊度仪，j p b 一6 0 7 型便携式溶解氧分析仪， p h o t o l a bs 1 2 型c o d 及多功能水质分析仪，h h - - w 6 6 0 b 水浴恒 温箱，x s p - 4 c 型生物显微镜，l r h - 2 5 0 a 生化培养箱，t g 3 2 8 b 0 生物制剂在水处理中的应用研究 分析天平，x k 9 7 a 型菌落计数器，手提式压力蒸发灭菌器，若 干3 0 0 0 m l 烧杯。 3 生物制剂 生物制剂为欧洲e u r o v i x 公司生产的m i c r o p a n c o m p l e x ( 由该公司在北京的代理商处购得) ，其中不仅含有各 种特选类型的复合型微生物，还针对性地添加了酶制剂、营养物 质和矿物盐，该制剂由上百种微生物菌种组成，对各种污水具有 很强的适应性和广泛性，能处理高难度工业污水，尤其是对传统 方法无法处理的高难度有机污水和高氨氮污水有独特的处理效 果。其理化特性为：坚果色粉末和颗粒混合物，有轻微的特殊气 味，密度为8 5 1 1 9 l ，无腐蚀性、自燃性、爆炸性，可以与水和 任何生物制品混合，不能与任何化学产品混合。 4 检测项目及方法 污水中各项指标测定方法如下： c o d ：重铬酸钾法【5 2 1 。 b o d 5 ：稀释接种法1 5 引。 1 _ n ：过硫酸钾氧化紫外分光光度法1 5 2 | 。 t - p ：氯化亚锡还原光度法【5 2 1 。 细菌总数：平板计数法1 52 1 。 p h 值：p h s 一1 型酸度计测定。 浊度：w z s 一1 8 5 型高浊度仪测定。 溶解氧：j p b 一6 0 7 型溶解氧仪测定。 5 评价标准 评价标准采用污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 9 6 ) 第二类污 染物最高允许排放浓度之一级标准限值( 即城镇二级污水处理厂 一级排放标准) ，其标准见表2 2 。 生物制剂在水处理中的应用研究 表2 - 2 评价标准表 t a b l e2 2a s s e s s m e n ts t a n d a r d 第二节试验过程与结果讨论 1 生物制剂投加量对处理污水的影响 1 1 试验过程 在5 个3 0 0 0 m l 烧杯中分别注入2 5 0 0 m l 水样，然后分别加入 生物制剂0 1 、0 5 、l 、4 、8 m g l ，依次定为n o 1 - n o 5 试验，将 各烧杯放入恒温水浴箱中，保持温度为3 0 。c ，p h 为7 左右，在 不同处理时间内，监测各烧杯中污水c o d 浓度值。 1 2 试验结果与分析 不同生物制剂投加量下c o d 浓度值随时间变化的结果如表 2 3 所示。 表2 - 3 不同生物制剂投加量下c o d 随时间的变化结果 t a b l e2 - 3v a r i a t i o no f c o dw i t ht i m ei nd i f f e r e n tm i c r o b i a la g e n t sd o s a g e c o d 浓度值，m g 几 刃翮一一一一一一。一一 型! ：!盥! ：兰型! ：i 型2 ：!望2 ：! i2 6 6 72 2 9 92j8 32 2 0 62 2 2 6 22 5 4 9 32 3 8 6 1 9 5 9 1 6 0 7 1 6 2 9 1 2 5 6 42 1 6 91 3 6 0 9 2 2 1 6 8 _ 31 7 4 2 1 2 9 o1 2 9 5 9 6 49 8 4 51 9 6 11 1 7 77 4 27 7 2 8 0 1 61 7 7 61 0 0 36 2 1 6 4 96 5 8 71 5 4 38 4 95 0 25 2 i 5 6 6 2 生物制荆在水处理中的应用研究 生化反应过程，有机物降解的速度通常取决于微生物和有机 物的含量，微生物的含量在开始时是增加的，在短时间内，微生 物的含量就受有机物的含量的限制而达到一个最高值，此后反应 速度基本上只决定于有机物的含量，有机物的降解遵循一级反应 动力学关系5 3 i ，建立数学模型如式( 1 ) ，积分并整理得式( 2 ) 。 d ( l o - z ) ：足工 d t 。( 1 ) y t ；工。( 卜e - x , )( 2 ) 根据托马斯图解法m 1 ，可确定有机物降解速率常数k 。 将式( 2 ) 变形转换为式( 3 ) 。 = ( x l o 尸3 铡t 上式是一直线方程，将不同反应时间的c o d 值代入得试验数 据表2 4 。 t a b l e2 - 4c a l c u l a t e dr e s u l t so f e x p e r i m e n t a ld a t a 时间 n o in o 2n o 3n o 4n o 5 d y l ( f l y t ) 1 0y f ( f l y t ) ”y t ( t m l ) ”y l ( f l y t ) ”y l ( t y t ) 。7 3 4 30 4 1 25 1 10 ，2 7 06 2 70 2 5 26 0 4 0 2 5 55 8 40 2 5 8 22 6 10 4 2 58 5 10 2 8 61 1 8 1 0 2 5 71 1 2 70 2 6 11 0 6 80 2 6 6 34 2 40 4 1 41 2 0 30 2 9 2 1 5 5 40 2 6 81 5 2 00 2 7 01 5 1 50 2 7 l 46 4 10 4 0 01 4 5 00 3 0 2 1 8 8 80 2 7 71 8 4 60 2 7 91 8 2 6 0 2 8 0 58 4 90 3 9 01 6 3 30 31 32 0 6 8 0 2 8 92 0 3 80 2 9 12 0 0 90 2 9 2 61 0 3 40 3 8 71 8 0 70 3 2 12 1 8 90 3 0 22 1 6 ，1 0 3 0 32 1 5 20 3 0 3 71 2 6 70 3 8 l 1 9 6 10 ，3 2 92 3 0 80 3 1 22 2 8 9 0 3 1 32 2 4 40 3 1 5 3 生物制荆在水处理中的应用研究 y 。单位为m g l ( t r y t ) ”单位是d l m g 。 作图可求得直线的截矩为a ，斜率为b ，通过式( 4 ) 求得k 。 足：拿 ( 4 ) 盘 、 通过线性回归，n o 3 试验数据拟合曲线如图2 - 1 。其它试验 的数据线性回归计算结果如表2 5 。 表2 - 5 线性回归计算结果 t a b l e2 - 5t h el i n e a rr e s u l t sf i t t e db y t h o m a sm o d e l n o 1n o 2n o 3n o 4n o 5 a0 4 2 80 ，2 6 30 2 3 80 2 4 20 2 4 5 b 0 0 0 6 90 0 0 9 60 0 1 0 40 0 0 9 90 0 0 9 6 r0 9 1 20 9 9 40 9 9 60 9 9 60 9 9 2 k _ 0 0 9 70 2 20 2 6 0 2 50 2 4 时间d 图2 - 1n o 3 试验t h o m a s 曲线圈 由表2 5 可知，n o 3 试验有 机物降解的速率常数为0 2 6 1 d ， 均高于其它试验，说明生物制剂投加量为l m g l 时，对污水中 c o d 去除效果最好；n o 2 、n o 3 、n o 4 和n o 5 试验数据线性拟 合相关系数分别为0 9 9 4 、0 9 9 6 、0 9 9 6 和0 9 9 2 ，说明在本试验 条件下，有机物降解过程都较严格地遵循一级反应动力学；n o 1 试验有机物降解的速率常数为负值，说明线性回归配的直线是无 意义的，即有机物降解过程不遵循一级反应动力学，可能是由于 加入的生物制剂量太少，系统内微生物数量太少，有机物降解过 程受控于微生物浓度和有机物的含量双重因素。 分析试验结果，生物制剂投加量对污水中c o d 去除效果影响 很大。投加量过少，c o d 去除效果较差，可能是加入生物制剂量 太少，则外源菌不能成为净化污水的优势菌，会使污水中微生物 生物制荆在水处理中的应用研究 浓度过低，微生物自身生长代谢，分解污染物的能力有限。投加 量过大，污水中c o d 浓度值反而略有升高，是因为生物制剂本身 就是一种有机物，自带的有机物和微生物大量繁殖死亡导致污水 中有机物浓度增加，可见，过多加入生物制剂没有必要。 1 3 小结 试验结果表明，本试验中处理生活污水的生物制剂最佳投加 量为l m g l 。在此条件下，有机物降解的速率常数为0 2 6 1 d 。加 入生物制剂量过少时，c o d 的去除效果较差，达不到处理要求； 但也并不是加入生物制剂的量越多，处理效果就越好，加入生物 制剂量过大时，反而会因系统内引入较多的有机物，使c o d 浓度 值略有升高，且造成不必要的浪费，增加处理费用。在实际的扩 大试验中，可以依据此用量来确定生物制剂的实际投加量。但是 处理污水量成倍增加，所需生物制剂的量并不是等比例增长，因 为微生物是呈几何级数繁殖的【l3 1 ，但是至少可根据此用量来确定 大型实际操作时的参考投加量。 2 温度对生物制剂处理污水的影响 2 1 试验过程 在5 个3 0 0 0 m l 烧杯中分别注入2 5 0 0 m l 水样，然后分别加入 生物制剂l m g l ，用冰块或恒温水浴箱控制各烧杯中的温度依次 为5 、1 0 、2 0 、3 0 、4 0 ，各烧杯内污水的p h 值为7 左 右，每天取样1 次，分析c o d 浓度值。 2 2 试验结果与分析 不同温度下，c o d 浓度值随时间的变化结果如表2 - 6 所示。 由表2 - 6 可知，不同温度下生物制剂对污水中c o d 的去除率 影响较大。在2 0 一3 0 * ( 2 这个温度段，生物制剂对污水c o d 去除效 果最好，经过7 天处理，污水中c o d 去除率达8 0 6 - - - , 8 3 5 ，c o d 浓度值低于排放标准( 6 0 m g l ) ，c o d 浓度为4 6 4 5 4 5 m g l 。 生物制剂在水处理中的应用研究 在5 ，1 0 和4 0 温度下，污水经过7 天处理，c o d 去除 率仅达到1 2 o 、6 3 3 和3 8 6 ，污水中c o d 浓度值均超过排 放标准。 当温度为5 ，1 0 和4 0 时，生物制剂去除c o d 效果差。 主要是因为当温度过低时，微生物的代谢活力降低，其生长繁殖 速度减慢，有时甚至处于停止状态，它对水中有机物的分解能力 降低。当温度过高时，一方面使微生物自身代谢速度加快，使微 生物有效存活时间偏短，影响其对有机物的降解：另一方面，若 温度超过最高生长温度时，会使微生物的蛋白质变性及酶系统遭 到破坏而失去活性，严重时蛋白质结构会受到破坏，导致发生凝 固而使微生物死亡i ”】。 表2 - 6 不同温度下c o d 随时间的变化结果 t a b l e2 - 6i n f l u e n c eo f t i m eo