豆制抗鹽菌在PCB回用濃水處理中的研究

蔡升云　陳可　丁建華

摘要 [目的]探討豆制抗鹽菌處理PCB回用濃水的可行性。[方法]利用豆制抗鹽菌處理PCB回用濃水，研究pH、停留時(shí)間、進(jìn)水流量、電導(dǎo)率、溫度以及銅離子濃度等對(duì)處理效果的影響。[結(jié)果]該微生物接種時(shí)間短，停留時(shí)間為6 h，抗負(fù)荷能力比傳統(tǒng)嗜鹽菌強(qiáng)；在電導(dǎo)率6 000～14 000 μS/cm條件下，溫度在10 ℃左右時(shí)，其活性依然較強(qiáng)。[結(jié)論]該研究可為豆制抗鹽菌處理PCB回用濃水提供參考。

關(guān)鍵詞 豆制抗鹽菌；PCB回用濃水；去除率

中圖分類號(hào) S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）15-202-03

Study on Treatment of PCB Recycling Concentrated Water by Beanmade Antisalt Bacteria

CAI Shengyun， CHEN Ke， DING Jianhua

（Shenzhen Environmental Engineering Technology Center Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong 518048）

Abstract [Objective] The research aimed to explore the feasibility of PCB recycling concentrated water by beanmade antisalt bacteria.[Method] The beanmade antisalt bacteria were used to treat PCB recycling concentrated water， and the influences of pH， hydraulic retention time， influent flow， conductivity， temperature and copper ion concentration on treatment effect were studied.[Result] The microorganism had shorter inoculation time.The hydraulic retention time was 6 h， and its antiload capacity was stronger than that of traditional halophile.When conductivity was 6 000-14 000 μS/cm， and temperature was about 10 ℃， its activity was still stronger.[Conclusion] The research could provide reference for beanmade antisalt bacteria treating PCB recycling concentrated water.

Key words Beanmade antisalt bacteria； PCB recycling concentrated water； Removal rate

PCB行業(yè)是一個(gè)高污染行業(yè)，有一次性污染，也有二次性污染。廢水雖經(jīng)無(wú)害化處理，可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，但排放水中仍含有Cu+、Ni2+、Pb2+等重金屬離子和各種有機(jī)物等。如按國(guó)家規(guī)定廢水排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算，每年將有1.34萬(wàn)～1.62萬(wàn)kg的Cu+、Ni2+， Pb2+等排入環(huán)境中，造成生態(tài)環(huán)境的破壞和危害人們的健康。PCB行業(yè)實(shí)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，推行清潔生產(chǎn)，采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和管理經(jīng)驗(yàn)，可提高生產(chǎn)過程中資源的利用率，減少?gòu)U水和廢棄物的產(chǎn)生。開展廢水的重復(fù)使用采用RO回用技術(shù)，不僅提高廢水的重復(fù)利用率節(jié)約水資源，而且可減輕PCB行業(yè)的環(huán)境污染。但PCB廢水經(jīng)過RO處理回用后的濃水已經(jīng)超出國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)， RO濃水（廢水回用，經(jīng)處理后達(dá)國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)）經(jīng)過4倍濃縮后，部分污染因子仍然超標(biāo)，濃水COD一般在120～180 mg/L，重金屬離子一般為0.5～2.0 mg/L，因此必須經(jīng)過處理后才能排放。

1 國(guó)內(nèi)外反滲透濃水處理現(xiàn)狀

反滲透處理過程中產(chǎn)生大量的濃水和反沖洗水，目前大多數(shù)工藝不經(jīng)過處理直接排放，造成水資源和能源的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)周圍的環(huán)境造成污染。為了降低RO工藝的濃水排放量，提高產(chǎn)水率，國(guó)內(nèi)外的科研人員進(jìn)行了大量的研究[1-6]，但效果都不理想。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濃水問題的解決方案主要有以下幾種：一是濃水經(jīng)多介質(zhì)過濾器后排放，最終仍造成污染[7]；二是對(duì)排放水集中回收處理，利用混凝沉淀后排放；三是根據(jù)生產(chǎn)工藝狀況及對(duì)水質(zhì)的要求綜合利用，主要是熱電廠作為沖灰水池補(bǔ)水進(jìn)沖灰水池，用于沖灰沖渣[8]。部分企業(yè)將濃水進(jìn)入反滲透原水箱進(jìn)行再次反滲透處理[9]。第一種方案沒有處理濃水而直接排放，第二種方案處理后重金屬可以達(dá)標(biāo)排放，但是COD仍然不能達(dá)標(biāo)，第三種方案未處理污染物而實(shí)行閉路循環(huán)，導(dǎo)致RO系統(tǒng)內(nèi)污染物濃度和鹽分越來(lái)越高。在熱電廠等企業(yè)中，其回用濃水中硬度較高，可以利用氧化鋁進(jìn)行軟化處理，有效地降低易結(jié)垢的鈣鎂離子[10]，但PCB回用濃水需處理后達(dá)標(biāo)才可排放。

由于PCB回用濃水的電導(dǎo)率在10 000 μS/cm左右，COD在120～180 mg/L，高電導(dǎo)率、難降解、有機(jī)物低的濃水不適合微生物生長(zhǎng)，因此目前還沒有相關(guān)資料介紹生化處理PCB回用濃水。筆者采用耐高鹽和適于低濃度難降解有機(jī)物的納豆菌作微生物，處理PCB回用濃水。

2 豆制抗鹽菌的作用機(jī)理及主要特點(diǎn)

孢子型豆制抗鹽菌是具有耐酸、耐熱特性的有益菌。該微生物在好氧狀態(tài)下，利用水中的有機(jī)污染物作為食物源合成新的細(xì)胞用以去除有機(jī)物，沉淀在池底的污染物由與該微生物所共生的兼氧性及厭氧性菌群加以氧化、硝化、反硝化達(dá)到凈化的作用。

2.1 有機(jī)物質(zhì)酸化

水體中有機(jī)物在好氧條件下被納豆菌分解吸收增殖成新的細(xì)胞，而一部分分解速度較慢的有機(jī)物，在豆制抗鹽菌素中酵素的作用下，較快地酸化水解成低分子量有機(jī)物，被微生物吸收利用，從而減少沉積在池底的污泥量。另外，水解后的低分子量有機(jī)物可快速地被豆制抗鹽菌及水體中其他的好氧微生物分解。

2.2 硝化和反硝化反應(yīng)

豆制抗鹽菌素中配制了硝酸菌、亞硝酸及反硝化菌種，可將水體中氨氮物質(zhì)加速硝化，同時(shí)反硝化細(xì)菌將硝態(tài)和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓苊獍钡跋鯌B(tài)和亞硝態(tài)氮的累積，最終形成一個(gè)食物鏈循環(huán)正常、具有足夠自凈能力的水體。

與普通微生物相比，該微生物具有以下優(yōu)點(diǎn)：①豆制抗鹽菌可以生活的溫度為-1～-10 ℃（-10 ℃以下時(shí)處于休眠狀態(tài)）；

②有效的凈化溫度帶為：10～65 ℃（最適合的溫度帶25～60 ℃）；③酸堿度：pH 3～11（從強(qiáng)酸性到強(qiáng)堿性都可生存的微生物）；

④繁殖速度：4 h內(nèi)10萬(wàn)倍以上的速度繁殖；

⑤生命特性：厭氧和好氧環(huán)境均具有活性；

⑥排除病原菌和腐蝕菌的特性；

⑦以固體形態(tài)存在，便于投加使用及保存。

豆制抗鹽菌無(wú)論在空氣還是在水中都可以生存，能有效分解水中大腸菌和腐蝕菌，使水質(zhì)變得更干凈。水溫在-10 ℃以下時(shí)，其將處于休眠狀態(tài)，雖然凈化功能降低了，但依然存活，在低溫下可長(zhǎng)期保存，使用起來(lái)方便。在處理過程中，豆制抗鹽菌可降低污泥的數(shù)量，減少固體污染物。

3 工藝流程及設(shè)備

設(shè)計(jì)思路：回用濃水加堿調(diào)整pH至8.5～9.5后，去除水中的銅、鎳等重金屬離子，在混凝劑和助凝劑的作用下經(jīng)過沉淀池沉淀去除，沉淀出水調(diào)節(jié)pH至7～8進(jìn)入水解酸化池，經(jīng)水解酸化后再進(jìn)入納豆菌接觸氧化池，出水經(jīng)沉淀后排放。其具體的工藝流程如圖1所示：

4 結(jié)果與分析

4.1 培菌階段對(duì)COD去除率的影響

從圖2a可知，在培菌階段厭氧池內(nèi)COD去除率從第1天的54%下降到第7天的13.31%，并且在1～3 d內(nèi)下降速度較快，主要是由于微生物由從第7天開始趨于平穩(wěn)，去除率在10%左右。好氧池內(nèi)第1天到第3天去除率變化不大，主要是接種階段，從第3天開始去除率變化較快，到第6天時(shí)去除率增大到52.17%，之后去除率變化不大（圖2b）。由于回用濃水COD為難降解有機(jī)物且濃度較低，致使其去除率較低，但出水可穩(wěn)定在50～80 mg/L。

4.2 停留時(shí)間對(duì)COD去除率的影響

由圖3可知，COD去除率隨著時(shí)間的增加而增大，在2～5 h內(nèi)增幅較大，去除率由20%增大到45%。當(dāng)停留時(shí)間超過6 h之后，去除率不再增大，出水可達(dá)到40～70 mg/L，此時(shí)增大停留時(shí)間只會(huì)增加運(yùn)行成本和基建成本。

4.3 進(jìn)水流量對(duì)COD去除率的影響

進(jìn)水流速與停留時(shí)間有直接關(guān)系，進(jìn)水流量越大停留時(shí)間越短，微生物對(duì)有機(jī)物的降解會(huì)越不徹底，使有機(jī)物不能充分分解而排除。從圖4可知，在流速為0.1～0.6 m3/h時(shí)，豆制抗鹽菌對(duì)PCB回用濃水有較好的去除效果，說(shuō)明該微生物對(duì)水流有較好的抗沖擊負(fù)荷能力。

4.4 電導(dǎo)率對(duì)COD去除率的影響

含鹽廢水主要毒物是無(wú)機(jī)毒物，即高濃度的無(wú)機(jī)鹽。有毒物質(zhì)對(duì)廢水生物處理的影響與毒物的類型和濃度有關(guān)，一般隨著濃度升高可分為刺激作用、抑制作用和毒害作用三大類。激發(fā)抑制濃度：100～200 mg/L；中等抑制濃度：3 500～5 000 mg/L；強(qiáng)制抑制濃度：8 000 mg/L。當(dāng)鈉離子濃度為2 000 mg/L時(shí)，有明顯的毒性；高濃度無(wú)機(jī)鹽對(duì)廢水生物處理的毒害作用主要是通過升高環(huán)境滲透壓破壞微生物的細(xì)胞膜和菌體內(nèi)的酶，從而破壞微生物的生理活動(dòng)。該工藝采用的豆制抗鹽菌可以在3%～15%的鹽度中繁殖生長(zhǎng)，并能降解低濃度難降解有機(jī)物，在PCB回用濃水電導(dǎo)率達(dá)到14 000 μS/cm（鹽度在9 g/L）以上時(shí)，其出水可穩(wěn)定在70 mg/L左右。

圖4 進(jìn)水流量對(duì)COD的影響

圖5 電導(dǎo)率對(duì)COD的影響

4.5 銅離子對(duì)COD去除率的影響

銅離子對(duì)微生物具有重要的毒害作用，當(dāng)銅離子濃度超過一定濃度時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致微生物變異或者死亡，所以進(jìn)水中銅離子濃度必須控制在一定范圍之內(nèi)。筆者研究了不同濃度的銅離子對(duì)微生物處理效果的影響。通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)（圖5），在檢測(cè)的濃度范圍2.5 mg/L之內(nèi)，其微生物生長(zhǎng)良好，去除效果一直穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，說(shuō)明該微生物抗重金屬作用比傳統(tǒng)微生物更強(qiáng)。

圖6 銅離子濃度對(duì)COD的影響

4.6 進(jìn)水pH對(duì)COD去除率的影響

由圖7可知，當(dāng)pH在7.0～8.5之間時(shí)，COD去除率較高，可維持在45%～50%之間，出水可穩(wěn)定在50～70 mg/L之間。在研究的pH 6～9之間，其出水也可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但微生物在7.0～8.5之間時(shí)活性更強(qiáng)，去除效果更好。

圖7 進(jìn)水pH對(duì)COD的影響

4.7 進(jìn)水溫度對(duì)COD去除率的影響

傳統(tǒng)好氧微生物在15～30 ℃之間活動(dòng)旺盛，在穩(wěn)定溫度為10 ℃左右時(shí)，微生物活性將大大降低，處理效果極差。但豆制抗鹽菌可在溫度為10 ℃左右時(shí)具有較好的處理效果；在8 ℃時(shí)可將有機(jī)物由進(jìn)水的117.86 mg/L降解到78.91 mg/L（圖8）。

圖8 進(jìn)水溫度對(duì)COD的影響

5 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池不需要太大。普通嗜鹽菌鹽度變化對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)產(chǎn)生極大的影響，表現(xiàn)為處理效率的急劇下降和污泥的大量流失，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)立調(diào)節(jié)池足夠大以保證鹽度的相對(duì)穩(wěn)定。但豆制抗鹽菌在鹽度4～10 g/L之間變化時(shí)，進(jìn)水COD濃度在130.00～162.13 mg/L 時(shí)，出水濃度穩(wěn)定在60～80 mg/L之間，去除率為50%左右。鹽度劇烈變化時(shí)，其去除效果相對(duì)穩(wěn)定，所以調(diào)節(jié)池沒有普通嗜鹽菌的大。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年

（2）普通嗜鹽菌設(shè)計(jì)負(fù)荷要相對(duì)較少，鹽度可降低生物降解的速率，影響去除效果。但豆制抗鹽菌在設(shè)計(jì)流量為0.5 m3/h的條件下，進(jìn)水流量達(dá)到0.9 m3/h，其出水仍可以達(dá)標(biāo)，其抗負(fù)荷能力相對(duì)較強(qiáng)。

（3）普通嗜鹽菌的高鹽處理污泥絮凝性差，污泥流失嚴(yán)重。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)保證高的污泥濃度，要及時(shí)回流。但豆制抗鹽菌活性強(qiáng)，不需要高的污泥濃度，微生物主要附著在填料上。

（4）高鹽影響絮凝性，因此較長(zhǎng)的停留時(shí)間有利于污泥的沉降。而豆制抗鹽菌的沉淀效果好。

（5）普通嗜鹽菌微生物在高鹽環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)為好氧呼吸速率加大，因此呼吸會(huì)造成額外的氧耗量，需要加大曝氣量提高水中溶解氧濃度利于微生物的新陳代謝作用。豆制抗鹽菌則不需要大曝氣量，溶解氧濃度在2 mg/L以上時(shí)已經(jīng)可以滿足其對(duì)氧的要求。

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