生物菌群強(qiáng)化法處理高濃度樹脂廢水的研究

（1天津市工業(yè)微生物研究所有限公司；2天津?qū)嵃l(fā)中科百奧工業(yè)生物技術(shù)有限公司3天津市工業(yè)微生物工程技術(shù)中心；4天津市工業(yè)微生物企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室5天津量信檢驗(yàn)認(rèn)證技術(shù)有限公司 天津 300462）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和生活水平的迅猛發(fā)展，樹脂的需求呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，特別是在復(fù)合材料，涂料，建筑等行業(yè)的應(yīng)用［1-2］。樹脂種類繁多，其生產(chǎn)廢水成分更為復(fù)雜，是一種高毒性、高有機(jī)污染物含量，具有強(qiáng)刺激性氣味的酸性難降解有機(jī)工業(yè)廢水，對(duì)微生物有較大的毒害作用［3-4］。目前，樹脂混合廢水主要采用傳統(tǒng)活性污泥處理工藝，在實(shí)際應(yīng)用中存在水停留時(shí)間長(zhǎng)，工藝流程長(zhǎng)，抗沖擊能力差和易受有毒污染物抑制的不足［5-6］。

生物菌群強(qiáng)化技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)活性污泥工藝，具有縮短水停留時(shí)間，提高降解效率的特點(diǎn)［7］；相對(duì)單菌種篩選的生物強(qiáng)化技術(shù)，可以保持特定微生物在一個(gè)統(tǒng)一體中互相促進(jìn)，共同組成一個(gè)復(fù)雜而穩(wěn)定的具有多元功能的微生物生態(tài)系統(tǒng)，具有提高抗沖擊能力，降低有毒污染物的抑制作用［8］。在利用生物菌群強(qiáng)化技術(shù)處理工業(yè)廢水方面的研究較少，尤其是成分復(fù)雜的樹脂廢水。本文選擇以天津某樹脂企業(yè)的生產(chǎn)廢水為研究對(duì)象，采用生物菌群強(qiáng)化技術(shù)對(duì)該廢水進(jìn)行處理研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置［9］設(shè)置為2組，均采用有機(jī)玻璃材質(zhì)，規(guī)格完全相同。其中，缺氧反應(yīng)器容積為2.5L，好氧反應(yīng)器容積為3L，沉淀池容積為6L。將2套試驗(yàn)裝置分別編號(hào)為A用作試驗(yàn)對(duì)照和B用作試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

1.2 試驗(yàn)用水及接種污泥

本課題的廢水來(lái)自天津某樹脂企業(yè)的生產(chǎn)廢水，接種的厭氧污泥和好氧污泥分別來(lái)自該企業(yè)污水處理相應(yīng)構(gòu)筑物中的活性污泥。水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 水質(zhì)參數(shù)表

1.3 試驗(yàn)儀器

AE200分析天平（METTLER TOLEDO），5B-3C COD 快速測(cè)定儀（連華），5B-1多參數(shù)消解儀（連華），U-3010可見紫外分光光度計(jì)（日立），PHB-4酸度計(jì)（雷磁），HQ30d便攜式溶解氧測(cè)定儀（哈希）。

1.4 試驗(yàn)方法

（1）菌群的增殖培養(yǎng)。配制增殖培養(yǎng)基（每升含蛋白胨10g，酵母粉 5g，氯化鈉 10g，pH=7.0，且培養(yǎng)基不經(jīng)滅菌），調(diào)節(jié)pH近中性，直接分裝于250ml錐形瓶，增殖好氧菌群時(shí)，每瓶裝100mL；增殖兼氧菌群時(shí)，每瓶裝200mL。將5%的活性污泥接入增殖培養(yǎng)基中，在32℃條件下，好氧菌群采用振蕩培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速150r/min；兼氧菌群采用靜置培養(yǎng)，定時(shí)搖動(dòng)，培養(yǎng)時(shí)間24h。將培養(yǎng)液在10000r/15min條件下離心，得到菌體備用。

（2）菌群的馴化篩選。配制馴化篩選培養(yǎng)基（稀釋樹脂廢水使COD濃度為2000mg/L作為篩選培養(yǎng)基），分裝于錐形瓶中，接入菌群增殖培養(yǎng)收集的菌體。好氧菌群和厭氧菌群的培養(yǎng)方法與菌群增殖培養(yǎng)時(shí)相同，培養(yǎng)結(jié)束后，逐步提高樹脂廢水COD濃度，并重復(fù)上述步驟，使菌群得到馴化。最后在10000r/15min條件下離心收集，得到馴化好的菌群。

（3）廢水降解實(shí)驗(yàn)。廢水經(jīng)預(yù)處理之后，采用缺氧+好氧的生化處理工藝，并將馴化的菌群添加到缺氧和好氧反應(yīng)器中，工藝流程圖見圖2所示。

圖2 試驗(yàn)工藝流程圖

采用A/O處理工藝，運(yùn)行周期為9d，包括缺氧攪拌5天，好氧間歇曝氣3d，沉淀1d，回流比120%。先將用于接種的活性污泥和樹脂廢水置于A和B試驗(yàn)裝置中。通過(guò)冷卻水循環(huán)器控制反應(yīng)器中的水溫，向2#反應(yīng)器投加菌群菌體，菌體量約反應(yīng)器廢水體積的5%，在反應(yīng)器運(yùn)行期間，每天測(cè)定水質(zhì)COD，并取少量污泥進(jìn)行鏡檢。

1.5 分析方法

（1）COD 的測(cè)定。試驗(yàn)采用快速消解分光光度法［10］，每隔24h測(cè)定水質(zhì)COD，并根據(jù)公式（1）計(jì)算COD的去除率。

式（1）中，W 為 CODcr的去除率（%），C0和 C1分別為處理前 CODcr（mg/L）。

（2）鏡檢。觀察活性污泥增長(zhǎng)情況，通過(guò)鏡檢觀察菌膠團(tuán)，游離細(xì)菌，原生動(dòng)物（如鐘蟲）等，其種類、數(shù)量、豐度等變化可用以指示活性污泥性狀［11］。

2 結(jié)果與討論

利用天津某樹脂企業(yè)的生產(chǎn)廢水，該廢水COD約為13000mg/L，研究A/O廢水處理系統(tǒng)中通過(guò)添加生物菌群進(jìn)行生物強(qiáng)化對(duì)COD去除效果的影響。

在運(yùn)行周期為9d，其中缺氧攪拌5d，好氧間歇曝氣3d，沉淀1d，回流比為120%的條件下運(yùn)行A/O反應(yīng)器，A組為對(duì)比參照組，B組為生物菌群強(qiáng)化組。結(jié)果如圖3、圖4所示。

2.1 生物菌群對(duì)COD去除效果的影響

圖3 A/O系統(tǒng)出水COD隨時(shí)間的變化

圖4 A/O系統(tǒng)出水COD去除率隨時(shí)間的變化

由圖3可知，在缺氧反應(yīng)階段的1d內(nèi)，出水COD迅速下降，去除率也隨之升高。相較A組，去除率提高了13%。說(shuō)明，在生物菌群加入初期，微生物數(shù)量突增，對(duì)水質(zhì)有較好的處理效果，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在1～3d時(shí)，去除率上升較緩慢，之后上升幅度略有提高。在好氧反應(yīng)階段，同樣有類似現(xiàn)象，即去除率先大幅度上升，之后上升幅度變緩。但是B組的去除效果始終優(yōu)于A組。經(jīng)過(guò)1個(gè)周期的運(yùn)行，A組出水COD由13000mg/L降至2089mg/L，去除率為77.5%，B組出水COD由13000mg/L降至428mg/L，去除率為96.9%。由此可知，經(jīng)菌群生物強(qiáng)化后，COD的去除效果顯著提高。

2.2 鏡檢

對(duì)反應(yīng)器活性污泥進(jìn)行鏡檢，放大倍數(shù)為10×40倍。如圖5所示，B組污泥絮粒大、邊緣清淅、結(jié)構(gòu)緊密，相比之下，A組活性污泥中的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)較散亂，絮粒較小，說(shuō)明生物強(qiáng)化后的活性污泥具有更加良好的吸附和沉降性能。

3 結(jié)論

圖 5 活性污泥鏡檢（×400）（a：A 組；b：B 組）

（1）在反應(yīng)器運(yùn)行期間，樹脂廢水未經(jīng)強(qiáng)化的COD去除率為77.5%，經(jīng)生物強(qiáng)化后COD去除率為96.9%，在生物強(qiáng)化后COD去除率明顯得到了提高，提高了19.4%。

（2）在反應(yīng)器運(yùn)行期間，強(qiáng)化后的COD去除率始終高于未強(qiáng)化的，說(shuō)明本方法篩選得到的生物菌群降解性較穩(wěn)定，就處理效果而言，持續(xù)性較強(qiáng)。

（3）通過(guò)鏡檢觀察，生物菌群的生物強(qiáng)化作用使污泥絮粒大、邊緣清淅、結(jié)構(gòu)更為緊密，具有良好的吸附和沉降性能。