生物反應(yīng)器測定廢水可生化性方法
制藥廢水處理一直是廢水處理的難點，具有成分復(fù)雜、各種有機物含量高、含鹽量高等特點。目前，化學(xué)制藥廢水在進入生化處理系統(tǒng)前一般要進行預(yù)處理，但生化處理后的出水往往水質(zhì)不穩(wěn)定。因此，廢水生化系統(tǒng)的運行離不開必要的工藝優(yōu)化。
眾所周知，廢水的可生化性反映了廢水中有機污染物生物降解的難易程度，是工程設(shè)計的重要依據(jù)，也是廢水生化系統(tǒng)運行中工藝優(yōu)化的重要參數(shù)。因此，如何評價廢水的可生化性變得非常重要。BOD5/CODCr比值法是評價廢水可生化性的經(jīng)典而常用的方法。但在BOD和COD測定過程中，廢水被稀釋了許多倍，從幾十倍到上百倍不等，與廢水生化系統(tǒng)中實際的COD濃度水平相差甚遠，必然會給評價結(jié)果帶來干擾。因此，當(dāng)以廢水的B/C比作為評價廢水可生化性的依據(jù)時，在實際工程應(yīng)用中往往會出現(xiàn)偏差。為了更好地指導(dǎo)廢水處理工程的設(shè)計和廢水生化系統(tǒng)運行中的工藝優(yōu)化，尋找一種與實際生化系統(tǒng)模擬度高的廢水可生化性評價方法具有重要意義。
本研究設(shè)計了一種模擬實際生化處理池的廢水生化裝置，以瓦式呼吸器的反應(yīng)瓶作為生化微反應(yīng)器。同時，結(jié)合廢水生化系統(tǒng)的各個要素，初步探討了評價廢水可生化性的方法。實際上，除了B/C比值法作為常用的生物降解性評價方法外，許多學(xué)者也進行了這方面的研究。比如左靜提到幾種工業(yè)廢水的可生化性可以通過分析廢水中有機物的組成來推斷，宋秀娟等人用相對耗氧率法評價幾種工業(yè)廢水的可生化性，都可以在一定程度上反映廢水的可生化性。然而，利用生化微反應(yīng)器結(jié)合廢水生化系統(tǒng)的諸多要素對廢水可生化性的測定方法的研究尚未見文獻報道。
一.材料和方法
1.1實驗裝置
SKW-3型微呼吸壓力監(jiān)測儀(瓦式呼吸儀)是上海大學(xué)研制的一套模擬生物流化床過程的裝置，如圖1所示。
模擬生物流化床工藝裝置原理:首先向生物流化床主體內(nèi)充入自來水至其體積的3/4，生物流化床主體通過進水管和出水管與循環(huán)泵連接，進水管位于出水管上方。開啟循環(huán)泵，調(diào)節(jié)進水管和出水管閥門，使生物流化床主體處于循環(huán)流動狀態(tài)，然后加入小海綿、小懸浮球等可懸浮填料。然后加入待測廢水，循環(huán)0.5-1小時，加入預(yù)馴化污泥，在生物流化床主體中加入微生物菌種，然后開啟氣泵，氣泵通過曝氣管與氣泵相連。開啟氣泵，調(diào)節(jié)氣體轉(zhuǎn)子流量計和曝氣閥，使生物流化床主體內(nèi)的廢水連續(xù)曝氣，溶解氧控制在2-4 mg/L范圍內(nèi)
1.2耗氧量的測定方法
耗氧量的測量方法:
(1)根據(jù)需要，取一定數(shù)量的清潔干燥的反應(yīng)瓶和測壓管，將布洛赫溶液放入測壓管中備用。壓力測量管的布置見表1(每組設(shè)置2個平行樣品)。
(2)在測壓管磨砂接頭處涂凡士林，塞入反應(yīng)瓶瓶口，用牛皮筋扎緊，放入微呼吸測壓儀恒溫水箱(溫度設(shè)定為32℃)，使測壓管密閉與大氣相通，搖動5min，使反應(yīng)瓶內(nèi)溫度與水溫一致。
(3)將每個測壓管中的測壓液體的液位調(diào)整到150mm的刻度，然后迅速關(guān)閉每個管頂部的三通使其與大氣隔絕，記錄每個測壓管中密閉管的液位讀數(shù)(該值應(yīng)在150mm左右)，然后打開微呼吸測壓儀的振動開關(guān)。這一刻是呼吸耗氧實驗的開始時間。
(4)在試驗開始后的0、0.25、0.5、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0和6.5h時，關(guān)閉振動開關(guān)，將每個壓力測量管的封閉液位調(diào)整到150毫米，并記錄開放液位的讀數(shù)。
(5)停止試驗后，取下反應(yīng)瓶和壓力試管，在瓶口和磨砂接頭處抹上凡士林，倒出反應(yīng)瓶中的液體，用水沖洗，用肥皂水浸泡，用水沖洗，用洗液浸泡過夜，在55℃烘箱中烘干備用。
(6)耗氧量的計算過程:
1.3實驗水質(zhì)
耐鹽菌株由上海埃格環(huán)保科技有限公司提供，實驗用水取自上海某醫(yī)藥化工企業(yè)高鹽廢水，具體水質(zhì)見表2。
1.4水質(zhì)分析方法
水樣的水質(zhì)指標監(jiān)測主要參照國家環(huán)?？偩帧度~面水和廢水監(jiān)測分析方法》(第4版)進行，也在第5頁。檢測項目主要包括SS、SV30、DO、電導(dǎo)率、BOD、COD、氨氮、TP。
SS用重量法測定，SV30用100mL泥水混合物在量筒中沉淀30min，然后計算污泥的體積百分比來測定。DO檢測采用JPB-607A便攜式溶解氧儀，電導(dǎo)率檢測采用SX713儀，BOD檢測采用五日生化法，COD檢測采用重鉻酸鉀法，氨氮檢測采用納氏試劑分光光度法，TP檢測采用鉬酸銨分光光度法。
二。結(jié)果和討論
2.1特殊細菌對廢水COD去除率的影響
項目的實際運行經(jīng)驗表明，特種菌的使用對一些難降解化工制藥廢水中COD的去除起到了非常重要的作用。因此，本研究采用兩種不同的菌株對同一廢水A進行生化對比實驗，考察其COD去除情況。實驗中兩組生化裝置控制在相同的初始狀態(tài)，SV30為16%，DO為3.4mg/L，所用廢水的B/C為0.16。分別在換水后24h和48h測定兩個生化桶的COD。結(jié)果如圖2所示。
從圖2可以看出，在同一廢水的對比生化實驗中，不同菌株的COD去除能力差異較大。菌株A對實驗用廢水有明顯的去除效果。在處理前廢水COD為5521.8mg/L的條件下，24h COD去除率達到14.8%，而菌株B在類似條件下幾乎不去除廢水COD。因此，即使是一種低B/C的廢水，也可以通過使用特殊菌株來提高COD的去除率。
2.2生化池中細菌對廢水可生化性的影響
作為細菌生化系統(tǒng)的要素之一，它對廢水的可生化性起著至關(guān)重要的作用。因此，以2.1中的兩個生化裝置為研究對象，以瓷磚呼吸器的反應(yīng)瓶為生化微反應(yīng)器，探討了廢水可生化性的檢測方法。與常規(guī)的瓦式呼吸計法不同，本研究中使用的樣品沒有經(jīng)過泥水分離處理，而是直接從生化裝置中取出泥水混合物進行測試，使微反應(yīng)器中的樣品更接近實際的生化系統(tǒng)。
實驗中設(shè)置兩個裝有廢水A的生化桶，桶內(nèi)加入與2.1中相同的事先馴化好的生化菌株A和B，并對生化桶進行曝氣。正常運行1天后，同時換水，換水24小時后，同時取樣測定耗氧量。取樣時，菌株A和B所在的兩個桶的SS分別為8380和8562mg/L，DO控制在3.2~3.5mg/L范圍內(nèi)，SV30分別為15%和13%。兩個生化裝置采樣的微反應(yīng)器中微生物呼吸隨時間的變化曲線見圖3。
從圖3可以看出，無論是菌株A還是菌株B在生化池中，污泥樣品中微生物的呼吸速率與反應(yīng)時間基本呈線性關(guān)系。菌株A的耗氧量隨時間的增加趨勢明顯大于菌株B，在微反應(yīng)器中反應(yīng)6小時后，菌株A的累計生化耗氧量達到35.8μg，幾乎是菌株B的2倍，使用菌株A的生化裝置對廢水COD的去除效果遠好于使用菌株B的，與2.1的實驗結(jié)果一致。因此，圖3中曲線的回歸分析顯示菌株A和B的生化呼吸曲線的斜率Ksa和Ksb分別為5.9和3.0。顯然，Ks的高低在很大程度上對應(yīng)著生化系統(tǒng)中COD的去除效果，更能代表廢水中污染物的降解程度。因此，本研究將微生物生化呼吸曲線的斜率定義為生化呼吸指數(shù)(Ks)，用來表征廢水的可生化性。
2.3生化池中SS對廢水可生化性的影響
生化池的SS能在一定程度上代表生化池的微生物濃度，因此SS是系統(tǒng)評價廢水可生化性時需要考慮的重要因素。在實際工程中，好氧生化池的SS一般控制在2000 ~ 4000mg/L的范圍內(nèi)，但有些工業(yè)廢水生化池會適當(dāng)增加SS以強化COD的去除，尤其是生物流化床，SS往往控制在較高的水平，如6000 ~ 8000mg/L，因此本研究設(shè)置了6個SS不同的廢水B生化桶，SS分別配制在2000、3000、4000、5000研究了SS的影響。桶內(nèi)加入事先馴化好的同種耐鹽菌，生化桶曝氣。正常運行1天后，同時換水，換水24小時后取水樣進行實驗。
從圖4可以看出，隨著SS的增加，Ks呈線性上升趨勢。這是因為，隨著SS的增加，生化裝置中微生物的濃度增加，廢水中可降解的COD量也相應(yīng)增加。
2.4廢水B/C對廢水Ks的影響
為了研究廢水的B/C對廢水生化系統(tǒng)Ks的影響，實驗中設(shè)置了四個生化桶，分別裝有廢水C、D、E和F，B/C分別為0.25、0.33、0.38和0.29。桶內(nèi)加入馴化的同種耐鹽細菌，生化桶曝氣。正常運行1天后，同時換水，換水24小時后，同時取樣。采樣時，四個桶的SS、DO和SV30分別控制在8375~8560mg/L、3.2~3.6mg/L和15%~20%的范圍內(nèi)。結(jié)果表明，廢水C、D、E和F的Ks分別為3.3、6.6、7.6和4.7?？梢钥闯觯谏到y(tǒng)其他條件基本相同的情況下，Ks的大小與B/C基本對應(yīng)。
生化反應(yīng)2.5 Ks和B/C模擬度的比較
為了比較廢水的Ks和B/C對廢水在生化系統(tǒng)中可生化性的模擬程度，本研究分別設(shè)置了裝有B/C為0.30和0.32的兩種廢水G和H的生化桶，并提前投加相同的馴化耐鹽菌，保持曝氣，正常運行1天后同時換水，換水24小時后取樣測定Ks。G廢水和H廢水的SS分別為8868和8598mg/L，DO控制在3.6~3.8mg/L范圍內(nèi)，SV30分別為22%和25%。結(jié)果見圖5。
從圖5中可以看出，在兩種B/C相近的不同廢水的生化實驗中，即使用同一菌株測Ks，有時也會完全不同。廢水G和H的Ks分別為4.3和8.3，這是由于實際生化系統(tǒng)中B/C相近的兩種廢水的可降解性發(fā)生了變化。因此，本研究提出的Ks比廢水的B/C更能代表廢水在一個生化系統(tǒng)中的實際可生化性，這是因為Ks綜合了廢水特性、廢水生化系統(tǒng)中的細菌、SS、COD水平等諸多因素。
2.6 Ks與COD容積負荷的關(guān)系
一般來說，短時間內(nèi)COD的去除率是判斷廢水中污染物降解程度的重要依據(jù)之一。因此，在廢水生化系統(tǒng)中，易于檢測的COD容積負荷可以作為評價廢水是否可生化的重要依據(jù)之一。為了探討Ks與廢水可生化性的關(guān)系，實驗設(shè)置了9個不同COD去除效果的生化桶，分別裝不同的廢水。提前加入相同的馴化耐鹽菌，保持曝氣。正常運行1天后，同時換水。換水24小時后，同時取樣以確定Ks和容積負荷。取樣時，9桶的DO和SV30分別控制在3.0~3.5mg/L和15%~20%范圍內(nèi)，換水后的COD和SS分別控制在4500 ~ 5500mg/L和5000 ~ 6000mg/L范圍內(nèi)。實驗結(jié)果如圖6所示。
從圖6可以看出，隨著Ks的增加，工廠廢水生化處理的COD容積負荷幾乎呈線性上升。另一方面，城市污水處理廠好氧生化池的COD容積負荷一般可以達到0.3 ~ 0.4kg/(m3 & # 8226；d)，因此作者認為曲線中COD的體積負荷將達到0.2kg/(m3 & # 8226；d)作為臨界點更合理。當(dāng)COD容積負荷達到0.2kg/(m3 & # 8226；d)廢水的Ks大于
三。結(jié)論
(1)通過對同一生化廢水的對比實驗，發(fā)現(xiàn)對于低B/C的廢水，利用對癥專用菌可以在一定程度上提高廢水的COD去除率。通過對不同細菌耗氧量的進一步測定，發(fā)現(xiàn)有癥狀的特殊細菌耗氧量也較高。通過對生化呼吸線的回歸分析發(fā)現(xiàn)，在相同HRT下，廢水的COD去除率與生化呼吸線的斜率相對應(yīng)。因此，本研究提出了一種廢水，可以
(2)通過測定不同SS廢水中微生物的耗氧量，發(fā)現(xiàn)Ks在一定范圍內(nèi)隨SS的增加而線性增加。因此，在廢水生化系統(tǒng)的實際運行過程中，可以適當(dāng)增加生化池的ss，從而達到優(yōu)化廢水生化系統(tǒng)運行過程的目的。
(3)通過比較不同B/C廢水的Ks，發(fā)現(xiàn)在其他條件基本相同的生化系統(tǒng)中，Ks的大小與B/C基本對應(yīng)。
(4)通過兩種B/C相近的不同種類廢水的生化實驗，發(fā)現(xiàn)Ks比B/C更能表征廢水在一個生化體系中的實際可生化性，因為Ks在評價廢水的可生化性時綜合了廢水特性、菌種、SS、COD水平等諸多因素。
(5)用Ks比較不同廢水生化處理的COD容積負荷，發(fā)現(xiàn)隨著Ks的增加，該廠廢水生化處理的COD容積負荷幾乎呈線性上升。結(jié)合實際廢水處理工程，COD容積負荷達到0.2kg/(m3 & # 8226；d)，對應(yīng)的Ks=5.0作為評價廢水可生化性的判斷值較為合理，即當(dāng)Ks
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