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    固定化光合細菌處理染料工業廢水研究

    中國污水處理工程網 時間:2010-6-25 11:59:56

    污水處理技術 | 匯聚全球環保力量,降低企業治污成本

    自20世紀60年代小林正泰等開展了利用光合細菌處理有機廢水的實驗研究,先后成功的用光合細菌對食品、淀粉、皮革、豆制品等進行處理。與活性污泥法相比,光合細菌處理有機廢水具有可直接處理高濃度有機廢水;不存在污泥的處理問題,其污泥是很好的有機肥料;所需場地;且處理費用低等優點[1],但光合細菌處理菌體輕,菌體易隨水流失限制了其廣泛應用。本文利用固定化光合細菌處理實際染料工業廢水。固定化光合細菌不僅克服了菌體易隨水流失的不足,而且提高了系統容積負荷、抗沖擊負荷能力和耐鹽性。


    1 材料與方法

    1.1 實驗菌種 
    紫色非硫光合細菌(purple nonsulfuer photosynthetic bacteria)為本實驗室培養, 培養條件:28~30 ℃,白熾燈光,光照強度為1500~2000 lx,黑暗厭氧條件,培養時間為5~7 d。細菌培養及富集培養基配制見參考文獻[2]。

    固定化光合細菌制備  取洗滌離心后的光合細菌與配制好的PVA混合溶液按重量比1:2混合,攪拌使菌體分散均勻。 將含菌體的混合液滴入含2%CaCl2的飽和硼酸溶液(用NaCO3調pH為中性)中,固化成球。置于-4℃冰箱中固化交聯24h。 固化后用蒸餾水洗滌兩次,即得固定化小球。

    1.2   實驗廢水 
    試驗用廢水取自南京某染料廠的生產廢水,CODCr=2250 mg/L,pH=5.7;模擬廢水為實驗室配制的酸性大紅廢水,CODCr=2250 mg/L,pH=5.5。

    1.3 試驗方法
    光合細菌酶活力測定[3]   取1 g固定化細菌分別放入100 mL三角瓶內,加入實際染料工業廢水(CODCr=2250 mg/L)47.5 mL,培養基溶液2.5 mL。pH=8,30℃水浴中2 h,然后以5 000 r/min離心分離處理液10 min,測定上清液的CODCr。在上述條件下,以1 mg光合細菌1 h降解CODCr的量(mg)定義為一個光合細菌酶活力單位。  
    CODCr采用標準重鉻酸鉀測定法[4]。

    2結果與討論

    2.1處理系統抗沖擊負荷的比較

    取濕菌(含干菌重0.25 g)制成光合細菌固定化小球(已經過富集培養基活化24 h),加入2.5 L染料工業廢水(CODCr=2250 mg/L),裝置連接如圖1所示。進行染料工業廢水的連續處理實驗,實驗過程中,每兩天將容積負荷提高0.5 kg/(m3·d),連續運行16 d,實驗結果如圖2所示。同時進行了懸浮光合細菌處理染料工業廢水實驗。

     

    取濕菌(含干菌重0.25 g),加入2.5 L染料工業廢水(CODCr= 2250 mg/L),裝置連接同圖1,進行染料工業廢水的連續處理實驗,實驗過程中,每兩天將容積負荷提高0.5 kg/(m3·d),連續運行10 d,實驗結果如圖3所示。

    比較圖2和圖3可以看出:固定化光合細菌系統中,當容積負荷低于3.5 kg/(m3·d)時,系統處理效果穩定,CODCr去除率在90%以上,當容積負荷高于3.5 kg/(m3·d)時,出水CODCr有所增加,但并沒有發生沖擊現象,即系統仍具備處理能力,說明固定化光合細菌有一定的的耐沖擊負荷性。利用懸浮光合細菌法處理該染料工業廢水的最大容積負荷為2 kg/(m3·d)。當容積負荷小于2 kg/(m3·d)時,出水CODCr穩定在500 mg/L左右;當容積負荷大于2 kg/(m3·d)時,出水水質急劇變壞,說明懸浮光合細菌生物系統已基本無處理能力。說明懸浮光合細菌系統的抗沖擊負荷能力弱。光合細菌從本質上講也是一種含有多種官能團的蛋白質結構,經固定化后的光合細菌其官能團與載體之間發生了共價鍵或范得華力等形式的作用,主鏈結構得到加固,不易流失,不易被破壞,能耐有機物生物毒性物質的沖擊,不易失活。

     

    2.2容積負荷對光合細菌生物活性影響研究

    光合細菌經固定化后,可以根據染料生產的實際情況,通過投加不同的固定化光合細菌量來改變處理體系的容積負荷和有機負荷。實驗中,將固定化光合細菌的投加量增加一倍,進樣流量也提高一倍,即:反應體系有機負荷不變,容積負荷提高一倍,進行高容積負荷的染料工業廢水連續性處理實驗,實驗結果如圖4所示。同時,測定不同容積負荷條件下固定化光合細菌酶活力,實驗結果如圖5所示。

     

    由圖4可見,在系統有機負荷不變的條件下,提高容積負荷,對出水水質影響不大。這樣,在處理的過程中,就可以在不改變有機負荷的條件下,通過增加固定化光合細菌的投加量,提高容積負荷,減少處理裝置的體積,節約投資和處理成本。同時,從圖5可以看出:隨著反應體系容積負荷的增大,固定化光合細菌的酶活力也不斷增強。當容積負荷增大到4 kg/(m3·d)時,光合細菌酶活力增加了1.59倍,這對實際染料工業廢水處理非常有現實意義:因為在染料的實際生產過程中,水質水量是經常變化的,固定化光合細菌可以隨著外界環境的變化不斷強化,這是固定化光合細菌抗沖擊負荷的一個重要原因。


    2.3固定化對光合細菌耐鹽性影響

    染料工業廢水鹽度高是造成普通活性污泥無法適應的一個主要原因。光合細菌有很強的耐鹽性,這是光合細菌處理染料工業廢水的優勢之一。為了研究光合細菌被固定化以后,對細菌耐鹽性的影響。配制不同鹽度的酸性大紅模擬廢水(CODCr=2250 mg/L,pH=5.5),測定不同鹽度(以NaCl計)的條件下不同時刻的固定化光合細菌和懸浮固定化光合細菌對模擬廢水中的CODCr的去除率,結果如圖6所示。

     

    從圖6可以看出:光合細菌被固定化后,耐鹽能力有了明顯的增強。懸浮態光合細菌處理鹽度為7 g/L的酸性大紅模擬廢水,CODCr去除率穩步上升,說明,在該條件下,光合細菌的生長和活性沒有受到太大的影響。懸浮態光合細菌處理鹽度為10 g/L的酸性大紅模擬廢水,12 h 后CODCr去除率基本沒有增加,說明在該條件下,懸浮光合細菌的生長和活性受到嚴重的抑制,基本上喪失了降解有機物的能力。當光合細菌被固定化以后,在鹽度為10 /L時,固定化光合細菌CODCr去除率基本沒有受到影響,當鹽度為12 g/L時,開始光合細菌CODCr去除率沒有太大變化,36 h后,CODCr去除率逐漸增大,說明固定化光合細菌已經適應了高鹽的環境,恢復了生物活性,當鹽度為15 g/L時,12 h后CODCr去除率基本沒有增加,說明在此條件下固定化光合細菌已基本喪失降解有機物的能力。因此,可以得出如下結論:固定化光合細菌的耐鹽度為12 g/L,比懸浮態光合細菌的耐鹽度(7 g/L)有了大幅度的提高。這對于染料工業廢水的處理非常有利,一方面,固定化光合細菌能更好的適應染料工業廢水的高鹽環境,另一方面,由于在處理過程中不需要加稀釋水以降低廢水的鹽度,節約大量的稀釋水,同時可以減小污水處理池的池容,大大降低處理成本。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。

    固定化微生物被包埋在載體中后處于一相對穩定的微環境中,能夠抵抗外界環境劇烈變化所帶來的沖擊,外界有害物質必須逐漸滲透才能進入載體內部,使得細菌表面的實際污染物濃度降低,毒性減小,固定化載體起了緩沖作用;固定化微生物在載體內的濃度較高,有利于保持菌種優勢;細菌經固定化后,在載體與細菌之間建立了某種物理或化學聯系,增加了細菌膜的穩定性。雖然由于載體的作用,氧傳質受到限制,但光合細菌既不象好氧的活性污泥菌膠團細菌那樣受污水中氧濃度的限制,可以利用光能進行高效的能量代謝,即使微弱的光照也能進行;又不象嚴格厭氧的甲烷細菌等對氧存在著高度敏感,它可以在有氧條件下分解有機物,通過氧化磷酸取得能量[5]。厭氧條件下由于不受氧傳質的影響,固定化光合細菌的處理能力可以得到充分體現,并且可長時間保持較高的生物量和生物活性,充分顯示出固定化光合細菌處理廢水的優越性。


    3  結 論

    通過試驗研究,可得出以下結論:固定化光合細菌有一定的耐沖擊負荷性。處理該染料廢水最高容積負荷為3.5 kg/(m3·d);固定化光合細菌的酶活力隨著反應體系容積負荷的增大不斷增強;固定化提高了細菌的耐鹽性,固定化光合細菌的耐鹽度為12 g/L。來源:谷騰水網

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