高效复合微生物技术处理化工试剂废水

摘要:将高效复合微生物技术用于厌氧(水解酸化)—SBR工艺处理化工试剂废水,水解酸化过程的HRT为24h,COD去除率>50%,废水的BOD5/COD由0.237提高到0.423,经水解酸化后氨氮含量有所增加;SBR的曝气时间为18h,对COD的去除率平均为93%,SBR对氮有较好的去除效果(对总氮的去除率为83.93%,对氨氮的去除率达到了100%)。

关键词:高效复合微生物 水解酸化 SBR 化工废水

上海某化工试剂厂所排废水不仅有机污染物浓度高,而且由于污染物主要为苯环类物质,导可生化性特别差。采用传统活性污泥法的厌氧(水解酸化)—SBR工艺处理,COD一直未能达标,因此选用投加高效复合微生物的生物强化技术进行了试验。
生物强化技术针对传统生物处理技术不能有效处理有毒、有害、难降解污染物的不足,利用现代生物技术选育优势菌种,构建基因工程菌以提高生物处理系统对难降解有机物的去除能力,并增强系统的稳定性和耐冲击能力。林则等[1]利用连续流紫外诱变技术直接对活性污泥进行驯化,将这种污泥与普通驯化污泥进行比较,发现其具有很高的降解活性和抗毒性能力。黄霞等[2]针对焦化废水中的3种难降解有机物(喹啉、异喹啉、吡啶)筛选了具有较高降解能力的优势菌种,采用无纺布—PVA复合载体对优势菌种进行包埋固定,研究了包埋固定化优势菌种对相应有机物的降解特性,结果表明经优势菌种处理8h后3种难降解有机物的降解率>90%。刘建荣等[3]利用光合细菌(PSB)活性污泥法处理含酚废水,投加PSB于活性污泥中,经过苯酚诱导驯化可产生酚氧化酶,明显地提高了除酚能力。
由于许多有毒、有害、难降解所含的污染物并不单一,因而也并不是某单一菌种所能处理的。高效复合微生物技术就是通过投加人工培育的优势菌群并利用其高浓度、高活性以及微生物之间的各类共代谢作用来解除废水的毒性,并通过打断长链、破坏杂环和官能团等提高废水的可生化性,进一步进行降解去除。

1 试验材料与方法

水解酸化、SBR反应器均由相同尺寸的有机玻璃柱构成,内径为190mm,高为400mm,总容积为11.3L,有效容积为10L。水解酸化反应器进水由高位水箱供给,从底部进入,高位溢流出水,内设搅拌器。SBR反应器设有两个头(以压缩空气为氧源)、两个排水口,分别可排出25%、50%的上清液。试验装置如图1所示。

  高效复合微生物采用进口菌种并经进一步人工培养驯化而成。试验中的高效复合微生物是由芽孢杆菌属(Bacillus)、产碱假单胞菌属(Pseudomonas)、硫杆菌属(Thiobacillus)、无色杆菌属(Achrommnabcter)、亚硝化单胞菌属(Nitrobacter)、肠杆菌属 (Enterobacter)及微球菌属(Micococcus)等组成,试验时一次性投加,投加量根据 经验确定为装置有效容积的1/15,并加入适量的粉末活性炭作为载体。活性炭同时具有富积 有机物和提高生物量的作用(整个试验过程中没有补加高效复合微生物)。
为便于控制,试验用水为从各主要车间取水按比例人工配制而成(COD为2500~4000mg/L,BOD5/COD值为0.2左右,SS<300 mg/L,pH值为2.0左右),经过焦炭和废铁屑构成的铁炭微电解还原以及投加石灰的混凝中和沉淀等预处理工艺后再进入水解酸化反应 器中。预处理的目的主要是提高废水的可生化性、去除SS以及调节pH值。试验所用污泥 均经过驯化,驯化方法与普通活性污泥法相同,先少量进入试验用水,并按照微生物所需营养比(C、N、P比为100∶5∶1)加入一定量的甲醇、尿素以及磷酸盐,同时逐渐增加进水量,直至污泥对COD的去除率达到75%时驯化结束。驯化后厌氧酸化反应器中MLSS达到5755mg/L,SBR反应器中MLSS为12990 mg/L。MLSS的组成包括活性生物、代谢产物、吸附的有机物、无机物以及活性炭。

2结果与分析

2.1 HRT对COD去除率的影响
通过调节进水量来改变水解酸化反应器的HRT以考察其对COD去除率的影响,结果如图2所示。

  由图2可见,随着HRT的延长,COD去除率逐步提高。当HRT达到24h时,COD去除率>50%,但在超过24h后继续延长HRT,COD去除率已不再有明显提高。由于化工试剂废水成分非常复杂,富含大量难降解有机物和对菌种有毒、有害的物质,因此要取得较好的水解酸化效果,HRT必须足够长。从该试验结果看,水解酸化反应器的HRT应满足24h。
2.2 时间对COD去除率的影响

从水解酸化反应器排出的废水一次性进入SBR反应器进行、沉淀,试验结果如图3所示。 

  由图3可见,随着时间的延长,COD去除率逐步提高,当时间达到18h后COD去除率达到88%,此时出水COD<100mg/L,达到国家排放标准。据此确定SBR反应器的时间为18h,运行方式为:进水为1h、为18h、沉淀为2h、排水为1h、闲置 为2h。
2.3 高效复合微生物对COD的去除效果
将高效复合微生物技术与水解酸化工艺相结合,不仅体现了该工艺具有的提高废水可生化性的特性,而且也显示了高效复合微生物巨大的降解功能。表1反映出采用高效复合微生物和普通活性污泥时,水解酸化工艺进出水COD、BOD5及BOD5/COD的变化情况。

表1 高效复合微生物提高BOD5/COD值的效果
高效复合微生物 普通活性污泥
水解酸化进水 水解酸化出水 水解酸化出水
COD(mg/L) BOD5(mg/L) BOD5/COD COD(mg/L) BOD5(mg/L) BOD5/COD BOD5(mg/L) BOD5/COD
2808 654 0.233 971 411 0.423 974 0.347
2774 663 0.239 910 380 0.418 976 0.352
2707 652 0.241 909 396 0.436 863 0.319
3065 778 0.254 944 377 0.400 1002 0.327
2862 738 0.258 880 376 0.428 961 0.336
2822 666 0.236 996 437 0.439 962 0.341
2960 595 0.201 1152 479 0.416 1003 0.339

由表1可见,投加高效复合微生物经水解酸化后废水的BOD5/COD值平均由0.237提高到0.423;而在相同的进水条件下,普通活性污泥仅将该值提高到0.337,这主要是由于高效复合微生物具有更强的破坏杂环、打断长链的功能。
经酸化水解反应器后,原有大分子或颗粒状有机物被兼性异养菌水解为小分子易降解有机物(如低分子有机酸、醇等),使反应器中pH值下降(平均下降0.2)。另外,从所测得的挥发酸 的数据也证明了反应器中水解酸化程度较高(当水温为25℃、进水COD为2 505.31mg/L时,进水VFA=6.74mg/L,上清液VFA=12.85mg/L)。
图4反映出投加高效复合微生物后水解酸化、SBR反应器对COD的去除情况。

 

  经过高效复合微生物处理后,水解酸化、SBR反应器对COD的去除率分别平稳地保持在61%、91%,出水COD<100mg/L。
2.4 高效复合微生物的脱氮效果
高效复合微生物的脱氮试验结果如表2所示。

表2高效复合微生物的脱氮效果mg/L
水解酸化进水 水解酸化出水 SBR出水
氨氮 有机氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮 氨氮 有机氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮 氨氮 有机氮 亚硝酸盐氮 硝酸盐氮
41.89 30.2 1.128 0 65.18 24.53 0.017 0 0 11.09 9.881 1.293
39.2 32.49 0.181 0 68.54 20.17 0.025 0 0 12.21 0.296 1.563
50.81 30.01 0.08 0 63.95 17.81 0.061 0 0 9.76 0.082 1.082
39.76 31.21 1.024 0 63.39 16.38 0.054 0 0 7.98 1.253 1.254
48.16 34.28 0.088 0 64.85 28.27 0.061 0 0 11.2 1.597 1.328
45.31 32.75 0.098 0 64.5 25.64 0.065 0 0 10.24 2.564 0.987

从表2可以看出,经过水解酸化反应器后氨氮含量有所增加(平均增加47.27%),这部分氨氮主要是由有机氮转化而来(有机氮平均减少30.47%)。经过SBR反应器后氨氮被100%去除,有机氮被去除52.96%,出水都达到了国家排放标准。硝酸盐氮和亚硝酸盐氮经过水解酸化反应器后变化不大,在SBR反应器中也并未积累,说明高效复合微生物不仅具有较强的硝化能力,同时也具有较强的反硝化能力。整个工艺对总氮的去除率平均达到了83.93%,说明高效复合微生物技术具有非常强的脱氮能力。
2.5 高效复合微生物与普通活性污泥的比较
表3为在相同进水水质和运行工况下高效复合微生物与普通活性污泥作用效果的比较。

 

表3 高效微生物与普通活性污泥作用效果比较
项目 高效复合微生物 普通活性污泥
原水(mg/L) 出水(mg/L) 去除率(%) 出水( mg/L) 去除率(%)
COD 2536 98 96.13 823 67.54
BOD5 575 10 98.26 0 100
总氮 82.57 13.27 83.93 57.21 42.03
氨氮 45.31 0 100 25.82 43.01

从表3可以看出,采用普通活性污泥的出水COD>800mg/L,而BOD5却为零(说明普通活性污泥对这部分COD已无能为力,对氨氮的去除率也非常低,而采用高效复合微生物时出水COD<100mg/L,脱氮效果也非常好,出水总氮和氨氮均可达到排放标准。