污水高效处理与资源化固定微生物技术

污水高效处理与资源化固定微生物技术

1反渗透膜的清除法固定化微生物处理技术有许多优点。例如，在处理含有氮的废水时，不仅可以去除废水中的cod，还可以去除氢氧化氮。但是由于固定化微生物技术目前还不够成熟,在实际的污水治理过程中,在耐冲击性、传质性、稳定性等方面存在很大的不足,降低了处理效率,因此对固定化微生物技术进行分析是非常有必要的。2固定化微生物技术的介绍2.1微生物固定化机理微生物自固定化与微生物人工强化固定化是微生物固定化方式的两个种类。其中吸附与自絮凝是微生物自固定化的两种主要方式。(1)吸附:水处理时微生物利用吸附作用吸附在固体表面上,构成生物薄膜,即生物膜。(2)自絮凝:微生物利用自身的特有的絮凝性构成一种具有特定结构、层次及形状的颗粒,固定住微生物,在形成自絮凝颗粒的同时也形成了适宜微生物生存的生态环境,并构成了微生物间代谢的协调性。微生物的固定也可人工固化,一般我们称其为微生物固定化,其最初发源于20世纪60年代的生物发酵工业,主要有两种。(1)交联法:直接使用双功能、多功能试剂和细胞表面的氨基酸、羟基等反应基团发生反应,促使细胞结构交联成网状。此类方法的化学反应激烈,严重抑制了细胞活性,再加上交联剂昂贵的价格,所以不常用。(2)包埋法:使用高分子载体把那些游离的微生物留在高分子网络内,此网络结构虽然可以避免菌体、细胞渗入到周围培养基中,但是底物仍会渗入,并和菌体、细胞分泌的各式酶产生反应。因该方法操作比较简单、对微生物活性抑制较小、制造固定化微球的强度较高,所以应用较广。2.2有机载体包埋方式价格低廉、对微生物细胞无毒、传质效果好、使用寿命长、性能稳定等是固定化载体的理想特点。现阶段最常使用的载体有有机载体、无机载体、复合载体。其中有机载体有琼脂、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(CA)等,它们是利用自身凝胶特性来完成包埋固定微生物细胞,在处理废水时该方式有较多研究与应用;无机载体有红砖碎粒、多孔陶珠、活性炭等,主要是利用无机载体的多孔结构、微生物的吸附作用及电荷效应来固定微生物细胞。两者相比无机载体材料的实用性更强一些。复合载体是有机载体与无机载体的有机结合体,其具备了两者所有的优点,被越来越多地使用在水处理中。3材料和方法3.1高效微生物菌群350FPuFS载体包含反应基团(经基、酞胺基、环氧基等),具有1.0岁c耐的湿密度、2300%~2600%的持水量、80~120nf/g的表面、0.3~0.7mm的孔径。美国BIO一SYSTEM公司的高效微生物菌群B350包含28种淀粉酶、脂肪酶、水解酶与微生物,具有0.6~0.8岁c砰的堆密度,30~50亿个/9的微生物。其它的试剂大多是化学纯、分析纯。3.2固定和驯化微生物实验如图1,1、2、3、4池容积分别是0.2m,0.6m,0.6m,0.6m,2、3、4池内装有专用、自制的FPUFS载体,并将微孔曝气管铺设在池底,用流量计自行控制水、气。且2、3、4池的不同部位设置取样口。实验分成两个步骤,分别为:(1)固定和驯化微生物阶段,试验段时间为30min;(2)设计工艺参数,研究运行控制,时间为90min。在实验时,首先用泵将污水打到调节池中,根据计算量对加磷盐进行补充,然后将调节好的污水打入到3个曝气生物滤池,打满后,启动曝气,每个池子中保持3~5mg/L的DO,在每个生物池中投入50g高效微生物,然后进行闷曝,第二天和第三天分别在各个池子中投入10g菌,闷曝3d后按照25L/h的流量进行连续进水,每天定时对污水池和出水池中的氨氮值、COD进行检查,使用克氏定氮法对载体上固定的微生物量进行测定,在载体中的微生物量超过8g/L时,就说明微生物被驯化,此时微生物固定基本结束,然后逐渐增加水的流量,得到最佳的水停留时间,进入第二阶段后,对进出水各项指标和载体的固定微生物量进行连续检测。4试验结果4.1氨氮处理案例为了更加深入地对B350-I-BAF系统的运行效果进行了解,以某煤气厂焦化污水的处理作为实际案例,检测了化学耗氧量和挥发酚,对出水和进水的氨氮和处理效果进行了详细的分析。经检测发展,系统优化处理超出了国家一级排放的标准,使用此方法对煤气化的污水进行处理,处理效果良好,工艺稳定,说明固定化B350-I-BAF系统在对难降解、浓度高的氨氮方面有特殊的优势。4.2通过固定化b350-i-baf系统处理不同的污染物的效果4.2.1降解图4煤气厂的焦化污水中COD物质的主要成分是煤焦油,其中蔡、唆琳、毗咤、苯、甲苯、二甲苯等是很难降解的物质。现阶段的报道中,也没有关于煤焦油成功生物降解的报道。实验显示,I—BAF系统进口处COD值的变化比较大,最大值是3590mL,最小值是3250mL,平均值是3450mL,而I—BAF系统的出口处COD值比较稳定,最大值是93.5mL,最小值是38.3mL,平均值是57.7mL,去除率是98.3%,显示出固定化微生物对难生物降解的物质的优异降解作用,这主要是因为在I—BAF系统中存在的好氧、兼性及厌氧菌提高了去除有机物的广谱性,反硝化作用也增强去除COD的能力。4.2.2固定化微生物的能力图2为I—BAF系统进水处与出水处挥发酚的关系图。从图上来看,I—BAF系统进水处挥发酚的浓度变化比较大,而出水处的挥发酚却很稳定,充分展现了固定化微生物的除酚能力。当酚的浓度大于100mg/L时,会对微生物产生毒副作用,抑制其活性。虽然该实验中酚的浓度已超出抑制极限许多,但是微生物的生长及活性都没受到影响,可见固定化微生物的耐毒能力是非常强的。实验中逐步驯化后的固定化微生物去除酚的效果非常好。微生物逐步驯化是指经7~10d的、浓度从低到高的驯化。驯化后的固定化B350—I—BAF系统不仅具有较强的除酚能力,还具有特定的抗冲击负荷的能力。实验结果显示,挥发酚进水处浓度最高值是281mL,最小值是132mL,平均值是177mL,出水处最高值是1.520mg/L、最小值是0.056mL、平均值是0.498mL,去除率达99.7%。4.2.3生物法处理焦化污水中的氨氮在处理污水时最难去除的是氨氮,尤其是中等浓度的氨氮。在生物分解中氨氮是使用硝化一反硝化原理来进行的。基于硝化菌、亚硝化菌不能生存在有机物存在的环境中,容易受到碱度、温度、pH值、NO-、游离氨的浓度等要素的抑制,与浓度大于50mL的氨氮会抑制硝化过程等因素,所以现阶段国际上还都认为生物法是不能处理浓度大于200m/L的氨氮污水的。煤气厂的焦化污水中氨氮值最大是498mg/L、最小是423mg/L,平均浓度是451mg/L,已超过了生物处理极限许多。该实验选用固定化高效微生物B350,驯化7d后,其具备了脱除NH4+-N的能力,运行较稳。实验结果验证I-BAF系统进水口处NH4+-N浓度高、变化大,而出口处NH4+-N基本为0,且非常稳定,没产生抑制作用,表明固定化微