光合细菌接触氧化工艺的研究

环境科学卷期光合细菌接触氧化工艺的研究史家棵徐亚同〔华东师范大学环科系孙珍娣上海同兴袜厂一、前言光合细菌法简称法具有负荷高、效果好、占地省等优点,菌体污泥又有很高的营养价值,可以回收利用因此这是近年来引人注目的一种废水资源化及综合利用的新技术有不少排出高浓度有机废水的工厂,地处人口稠密的闹市区,场地狭窄,一般的生物处理方法难以使用,甚至普通的法也不易胜任为此,我们进行了接触氧化工艺处理高浓度有机废水的研究试验结果表明,该工艺的容积负荷与处理效果均大大优于悬浮污泥工艺二、法处理高浓度有机废水的原理。年代末,日本学者观察到自然放置的高浓度有机污水通过微生物的生态演替而被逐渐净化例如,当为以上的粪便污水自然放置时,首先看到异养细菌的大量生长异养细菌把高分子的碳水化合物、脂肪、蛋白质等分解成低级脂肪酸、氨基酸等低分子物质接着,光合细菌群利用低级脂肪酸等小分子有机物而迅速增殖,使污水降到以下,甚至低至左右随后逐渐减少,出现了藻类及其他好氧微生物的生长高峰,使进一步降到每升数十毫克。这表明光合细菌在自然界被高浓度有机物污染水体的生物自净作用中占有十分重要的地位,这是发生于该过程中微生物生杰演阵变化的关健环节目前用于有机废水处理的主要是红螺菌科!的细菌群,通称红色非硫细菌这一类不仅能在厌氧光照下以低级脂肪酸、多种二竣酸、哼类、糖类、芳香族化合物等低分子有机物作为电子供体,进行光能异养生长,而且能在好城黑暗条件下以有机物为呼吸基质,迸行好气异养生长闪此,这类既不象好气的活性污泥菌胶团细菌那样受污水中溶解执浓度的限制,它可以利用光能进行高效的能造代谢,即使是微弱的光照也能利用它义不象严格厌氧的甲烷细菌等对氧的存在三常枚感,恰恰相反,它可在有氧条件下分解有机物,通过氧化磷酸化取得能量适合于高浓度有机污水处理还有一个重要原因,这就是许多高浓度有机污水、一,的物质在生物降解的第一阶段,常有大量低级脂肪酸产生,其中浓度较高的乙酸、丙酸对许多好氧微生物有抑制作用,而红螺菌科中的许多属种,如毕。。。,原称产了“,,乃己,,球形红假单胞菌却能在高浓度的乙酸与丙酸以弓比共存时,具有最大的增殖速率法正是基于上述原理而建立的一个高浓度有机废水处理的人工生态系统在这系统中各类微生物在不同的阶段最有效地发参加本试验的尚有同兴袜厂污水组全体同志卷期环境挥着作用,从而使高浓度有机废水能不加稀释而高效率地得到净化。三、试验材料与方法废水来源试验用废水取自上海南市豆制品厂豆制品加工工艺产生的黄潜水,经分析水质如下‘,,,,,总氮“平均氨氮平均。试验装置为、两级串联的上流式接触氧化塔模型试验器。、塔有效容积均为塔内装有软性纤维填料,塔底部设有曝气管。在盛有可溶化豆制品废水的塔内,以及活性污泥混合液女种,闷曝一天后按设定流量进水,经一即挂膜于填料上黄沦水经曝气可溶化及静止沉淀后,取上清液作为进水,流量由计量泵痊制即塔水力停留时间为,、串联为!每天测定原废水、可溶化水及、塔出水的、〕、、一、,,观察、塔悬液及填料上污泥的生物相处理系统中优势度检测的数量检测采用最大可能数管法,异养细菌的检测计数采用标准平板法匆的测定取废水接种少量污泥,连续曝气,测定起始时及后水样的。值在塔后连接一活性污泥曝气槽模型,容积,采用批式工艺运行,换水量接触氧化工艺的试验流程见图。科学原废水出水图接触氧化工艺试验流程空压机化塔可溶化槽水泵、接触氧、沉淀槽批式活性污泥槽四、结果与讨论接触氧化反应器对豆制品废水中的、有很高的去除效果见表,图闷忱古的。。自出水出水进水出水出水进水水出出水进水水出出进水水图不同浓度的进水在接触氧化反应器中的处理效果当进水。,为,时,塔容积负荷为,·‘·,牲出水。,,,塔。,去除率为务,去除率,塔的容积负荷为斗。·,,·,塔出水为!∀,BOD,38:mg/L,A一:,B塔CODe:去除率为96.2弘,BoD,去除率为99.4%。与悬浮污泥PsB法相比,不仅容积负荷高,而且处理效果更好.2.在试验所做的范围内,CODcr去除率环境科学!0卷2期表1PsB接触氧化反应器对豆制品废水CODBOD的去除效果释原废水倍稀数(mg/L)可溶化水(mg/L)进水浓度(mg/L)A塔出水(mg/L)去除率(%)A十B塔出水(mg/L)去}涂少林(%)COD。r22,863209504,1905,237.56,98410,476.多579。1806。6417。6836::33多411。8306。l3959亏929弓96”2月,,、,乙除去效果工弓OD,3038.73l4813,86812009。4,003.1,004,798979999去效除果表2PSB接触氧化反应器中细菌数量的分析异养细菌数(平板样品法)[个/9MLsS(生物漠)〕光合细菌数仁MPN法)仁个/9MLSs(%†并廷彬24810容权负荷(kgc0Dor/m3·d,容积负荷与COD。‘去除率的关系A塔l.we.13印图‘。自OU1。A+B塔随负荷增加而上升,并保持在高水平(见图3)。当A+B塔的容积负荷从2.10kgCOD‘r/m,·d增加到5.24kgCOD。r/m‘·d时,COD‘:去除率由92外提高到%.2多.就A塔来看,容积负荷为6.98kgCOD。,/m‘·d时coD‘:去除率高达94多,当负荷上升到10.45kgCoD‘r/m3·d时,COD。r去除率仍有92多.显示了PSB法适合于高负荷处理f.、二一点.3.PSB在处理系统中的数量与优势度.当进水浓度为COD。r10,500mg/L(BoD;,6,000mg/L)时,pSB接触氧化反应器中PSB及异养细菌的数量分布如表2所示。结果表明,原废水及可溶化水中PSB数量很少,甚至少到检测不出的程度,而异养细菌数量均达105个了9MLsS;A、B两塔中PsB数量多,A塔中的PSB数量又明显地多于B塔。A塔悬液中的PSB数达8.2X原废水可溶化水人塔悬液A塔上层膜A塔中层漠A塔下层膜B塔悬液B塔上层膜B塔巾、下层膜4.8丫至O,16.3丫10,17.5丫10,弓.5丫10嘴9.2丫10”10.2火10只15.2只10,8.2丫10’2.6火10“(生物膜)〕(未检出)(未检出)8.2又1086.2只1073.0又10618.8丫10石14.8只1066.0丫10‘l斗.亏只IU,l0:个/9MLSs,为B塔悬液中PSB数一员的”倍.若从PSB与异养细菌的数量比末看,A塔悬液中为1/21,B塔悬液仅1/1027.生物膜上的PSB数,无论是上层、中层或下层,也是A塔多于B塔,大体上前者比后者高一个数量级.PSB在反应器中的数量分布显然与系统中有机物浓度由高到低的变化相对应。PSB在A塔中的明显优势,正是A塔中高负荷、高效率地去除BOD的必要条件.4.集PsB法悬浮污泥工艺和普通生物膜法接触氧化工艺的优点于一体的“PSB接触氧化工艺”,可望在以下几方面显示其优越性:(1)接触氧化填料提供了有利于光合细菌等各类微生物生长的吸附和附着的表面,从而大大增加了反应器中的生物量和生长活性。(3)在反应器的不同层次、不同部位,能卷2阴,..lwel胜J,L,一,jf.Lfrl..有效地富集适合于该微环境的微生物群,形成与高浓度有机废水降解过程相应的微生物生态演替系列,以使生物降解更高效率地进行。(3)已知亚硝化细菌和硝化细菌都是高度好氧的化能自养细菌,它们的比增殖速度很小,在活性污泥中较易流失,而在生物膜法中这类硝化细菌常能得到良好的发育.在PSB接触氧化反应器的进水端,由于BOD高、溶氧水平低,往往不具备硝化细菌发育的条件,但在两塔的出水端BOD已降得很低,溶氧水平也大大提高.因此,在反立器的近出口端,氨态氮完全可能被进一步氧化而生成相当数量的硝酸态氮.加之生物膜内部存在缺氧或厌氧的微环境,具有反硝化脱氮活性的PsB将能充分地发挥其脱氮能力,而使处理系统有更显著的除氮效果。(4)塔形的接触氧化反应器,将使氧的利用率有所提高.(幻处理装置将更紧凑,占地更少.,.eoD。,为22,816mg/L的原废水汉d得的COD、为727mg/L,去除率约%.8多.这一结果表明,尽管豆制品废水的可生化性相当好,但因有机物浓度高,其中难以生物降解的部分(CODNB)之绝对值却不可低估.为此,我们进一步分析了处理过程中各阶段废水的BOD,与eoD。:之比(见表3).数据表明,黄洽水在生物处理过程中,随着废水浓度的降低,废水中难以生物降解的有机物比例逐渐增加.B塔出水(eODcr400一500表3psB处理过程中BoD与COD比值变化mg/L)经后继的好氧活性污泥工艺处理,CODcr去除率仅12外左右.从以上分析可知,要使最终出水c0Dc:达到100mg/L以下的排放标准,必须设法提高PSB出水中可生化部分的比例。一个比较简便的措施就是把厂内的淡有机废水(CODcr一般为400一500mg/L,水量约为浓废水的4倍以上)与PSB出水相混和,一起进行好氧处理,最终出水可达排放标准.这样,把浓废水先进行PSB处理,后加人淡废水作一般好氧处理,比一开始就浓淡混和处理要少占地、省投资、省成本,而且效果好、效率高.若出水可纳人城市下水道或纳人如上海的污水外排管道系统,则PSB段的出水一般都可符合接管要求,不必再作进一步处理.如能这样,PSB法的效益将更显著。本试验主要考察了PSB接触氧化工艺对高浓度有机废水的BOD、COD去除效果,以及PSB在系统中的优势度,并就PSB出水c0Dcr达标的方法及原理作了探讨.有关其他诸因素对该工艺处理效果的影响等问题有待进一步研究阐明。参考文献,泣J1.J斗1夕r月L尸es〔6]〔7]8910BOD,/CODer黄2廿水可溶化水A塔出水A十B塔出水0.弓7弓0。1770.098史家视等,微生物学通报,8(4),186(1981).小林正泰,凳酵乏工案,36(9),753(1978).北村博等,光合成翻菌,日本学会出版中,夕一,束京,1984年。平石明,史家裸等,日本水她理生物学会瑟,19(2),(1983).翁稣颖等,环境微生物学,282一286,科学出版社,北京,1985年.史家楔等,上海环境科学,6(10),22(一,57).高原羲昌,赓水。生物她理,地球社(株),束京,198。年.化学工学眺会,生物学的水她理技衡乏装置,培夙馆(书卡),束京,1978年.sawaaa,H:R。gers,P.L:].ForoT,c左noz.,55(4),297(1977).sasaki,K.,Nagai,s二]。石亡r仍.了ee石加2.,57(5),弓83(1979)·盛NJINGKE万UEVol.10No.2,1989ChineseJournalofEnvironmentalSeieneeResearehonTran‘portaodTran,formationofContam玉nant‘intheUnsaturatedVado岛e、VaterZooeNie、on灯j。二叮乙i“z乃aoc人angandLiYado月多(Dept.ofEnvironmenralEngineering,TsinghtlaUniversity,Bei-,飞ng)ThePotentialimpaetofeontaminantsongroundwaterThroughtransportinginunsaturated甲adosezonewasst少(1;edintl几15paper.Bymeansoftheoretiealanalysis,thenlcr}iemariealfunetionsofconveetion,disPersionandad-sorption一desorptionproeessesofpollutantsweretouehed·ThemainattentionwaspaidtothePermeabiliryoftillinglaver,ploughpanandloweraerationzone.Theploughpanwasreferedtotheeontrollinglayerofwaterp