任榮榮

(江西省環(huán)境監(jiān)測中心站，江西南昌 330077)

我國的鄂西北、陜南、豫西南地區(qū)的地理氣候條件很適合人工種植黃姜 ，而黃姜加工業(yè)是該地區(qū)迅速發(fā)展起來的重要醫(yī)藥化工行業(yè)，但由于廢水處理技術(shù)滯后，導致該地區(qū)的水環(huán)境污染非常嚴重，給地區(qū)水環(huán)境保護造成了巨大的壓力。

目前，處理黃姜皂素廢水的主要方法主要有吸收生物降解法(AB法)、序批式活性污泥法(SBR)、上流式厭氧污泥床反應器(UASB)+SBR工藝、UASB－生物接觸氧化－絮凝沉淀法等。其中，多數(shù)采用活性污泥法來處理。但活性污泥法受到諸如反應器內(nèi)微生物濃度低，出水CODcr濃度高，對有毒、難降解有機物的處理能力較低、運行中產(chǎn)生大量剩余污泥等難以克服的缺點的限制。厭氧的UASB法，缺點是啟動慢，投資基建相對大，廢水中高濃度硫酸鹽抑制了厭氧過程。UASB+AF工藝為連續(xù)工藝雖然能取得良好的處理效果，但運行管理要求較為嚴格，并且在停產(chǎn)期間必須堅持運行，增加了額外的運行成本，否則再次啟動因難。SBR工藝運行方式靈活，能隨進水濃度改變反應時間，保持較高效率和良好出水水質(zhì);并且可實現(xiàn)自動控制，簡化管理;更重要的是它停產(chǎn)后容易再啟動，減少不必要的開支［1－6］。

基于此，客觀上需要尋找到一種更加高效、穩(wěn)定的處理皂素廢水的新技術(shù)。

目前國內(nèi)外這方面的研究并不少見，涉及到的技術(shù)也較為前沿，如∶超臨界水氧化法(SCWO)，水解－激波厭氧－好氧工藝處理皂素廢水，酵母菌－光合細菌－活性污泥聯(lián)用工藝，三階段兩相厭氧+好氧+混凝、脫色組合工藝處理黃姜皂素廢水，固定化厭氧活性污泥處理皂素廢水。但考慮到各種現(xiàn)實應用中的限制條件，和生活過程中的資金限制，上述處理過程在目前環(huán)境中還是難以普及［7－14］。

本方案涉及到的鐵碳微電解－Fenton－絮凝法再使用EM功能菌處理，則在保持了較高去除率的基礎(chǔ)上，大大減少了構(gòu)筑物的建設(shè)和來水的重復處理，能有效利用現(xiàn)有的環(huán)境條件進行大規(guī)模的實驗應用，具有相當?shù)默F(xiàn)實價值。

1 材料與主要儀器

黃姜皂素廢水∶由湖北黃石某黃姜生產(chǎn)廠家提供。

EM菌、光合細菌和芽孢桿菌∶由南昌益生生物技術(shù)有限公司提供。

陰離子樹脂∶長沙市大禹化工有限公司提供。

儀器∶美的微波爐，1/10000電子天平(廈門精藝興業(yè)科技有限公司)，DGG－9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海森信)，(蘭州煉化環(huán)保儀器研究所蘭州連體環(huán)?？萍加邢薰?，超純水器(美國密理博)，PB－21型pH計(上海雷磁)。

2 工藝與實驗方法

工藝流程

如下圖所示∶

本課題主要目的是通過設(shè)計鐵碳微電解—Fen- ton—絮凝法－EM菌來處理皂素黃姜廢水，尋找各環(huán)境和反應因素對處理效果的影響，并盡可能準確的得出各因素對該實驗效果的影響大小及其作用曲線(因鐵碳微電解、Fenton、絮凝都有前人做出了結(jié)論，這里重點討論EM的各個因素)。根據(jù)皂素廢水的排放處理要求和課題需要，我們選定主要測定水樣的COD處理前后的變化。

本課題使用預處理廢水的方法是∶鐵碳微電解，加feton試劑，加氧化鈣調(diào)pH至9，加高錳酸鉀氧化，調(diào)pH至4加EM菌處理。

2.2 鐵碳微電解

查閱文獻資料，由前人經(jīng)驗初步確定鐵碳微電解反應時間為40min，鐵和碳的量與水樣的比例是6g∶2g∶1000ml;Fenton反應時間為60min(分三次加藥，每次反應20min)雙氧水、硫酸亞鐵和水樣的比例是60ml∶16g∶1000ml;之后用 CaO粉末調(diào)節(jié)水樣 pH至9左右，絮凝沉淀40min;過濾后，取出100ml待用，剩余的全部用去氯樹脂作去氯處理。

2.3 脫氯處理

陰離子去氯樹脂預處理∶將樹脂裝入回流系統(tǒng)的交換柱中，用5%的氫氧化鈉溶液活化10分鐘，再用蒸餾水反沖洗至中性。然后將廢水水樣抽入交換柱中進行離子交換。循環(huán)10分鐘后抽出水樣待用。

實驗裝置如圖所示。交換柱用有機玻璃制成。

3 結(jié)果與討論

3.1 廢水水質(zhì)

表1 廢水水質(zhì)

3.2 不同階段處理效果比較

表2 不同階段處理效果監(jiān)測結(jié)果

4 EM菌處理法影響因素

4.1 EM菌最佳作用時間

固定廢水 CODcr(2412mg/L)，溫度 32℃［2］，pH 值(pH=4)，EM 菌的投加量(0.7%)，去氯，改變 EM 菌接觸反應時間，以CODcr去除率作為評價標準。

圖1 處理時間與效果的關(guān)系曲線

如圖1，在24h－84h，時間與 CODcr去除率很明顯，而84h后去除率并沒有明顯的增加，甚至趨于不變。在前期EM菌有一個適應新環(huán)境的時間，故去除率并不是很高。然而當EM菌適應了環(huán)境后就進入EM菌的對數(shù)期，也就是EM菌迅速繁殖的階段，處于對數(shù)期生長期的細菌，由于代謝旺盛，生長迅速，代時穩(wěn)定，需要消耗大量的有機物和無機鹽作為能量和物質(zhì)組成，故而CODcr去除率明顯上升。當EM菌處于穩(wěn)定期的時候，細菌的凈數(shù)量不會產(chǎn)生較大波動，生長速率常數(shù)基本為零，此時細胞生長緩慢或停止，有的甚至衰亡，但細菌的能力代謝和一系列其他生化反應的其他功能仍在繼續(xù)，所以對有機物也有一定的消耗，故CODcr去除率仍舊會上升。而當EM菌處于衰亡期時，細菌的生長環(huán)境的繼續(xù)惡劣化和養(yǎng)分的短缺，細菌的生理活動基本停止，甚至開始死亡，故CODcr去除率會出現(xiàn)趨于穩(wěn)定不變的狀態(tài)。從處理效果和實際經(jīng)濟效益考慮，選擇作用時間為48h較為經(jīng)濟適用。

4.2 EM菌的投加量

固定廢水 CODcr(2412mg/L)，溫度 32℃［2］，pH 值(pH=4)，EM菌接觸反應時間(72h)，去氯條件，改變EM菌的投加量，以CODcr去除率作為評價標準。

圖2 去除率與EM菌投加量的關(guān)系曲線

如圖2，在投加量為0.3% －0.7%范圍內(nèi)，CODcr去除率很是明顯，基本呈直線上升。而投加量在0.7%之后，EM菌投加量的增加并沒有明顯效果。在投加量為0.1% －0.7%時，EM菌的生理活性都很高的狀態(tài)，水中有機物足夠充分，給予微生物生長繁殖的空間。而當投加量在0.9%時，就趨于飽和狀態(tài)，水體有機物降解開始是很快，但是，當COD降到一定程度的時候，微生物就因食物而產(chǎn)生種內(nèi)和種間競爭，讓微生物很快到達衰亡期，從而使COD得降解速度減慢。從處理效果和實際經(jīng)濟效益考慮，選擇投加量為0.7%較為經(jīng)濟適用。

4.3 EM菌的最適pH

固定廢水 CODcr(2412mg/L)，溫度 32℃［2］，EM 菌的投加量(0.7%)，去氯條件，EM菌接觸反應時間(72h)，改變pH值，以CODcr去除率作為評價標準。

圖3 pH對COD影響

由圖3可知，pH值對處理效果影響很大，最佳pH值為5.0—6.0，當 pH 值 ＜5.0，處理效率明顯下降。

EM復合菌和單一菌的效果的比較

固定廢水 CODcr(2412mg/L)，去氯條件，溫度32℃［2］，接觸反應時間(48h)，pH 值，改變菌種，以CODcr去除率作為評價標準。

圖4 各菌種的處理效果比較

如圖4所示，雖然EM菌與單一菌種光合細菌和芽孢桿菌的處理效果都達到80%以上，但EM復合菌的處理效果還是略優(yōu)于其它2中菌。其原因是∶EM復活菌種含義80多種菌種，其中主要代表菌群為光合菌類、硝化菌屬、乳酸菌類、酵母菌類、絲狀真菌類和放線菌類。而在處理水體中，有一部分有機物是光合細菌和芽孢桿菌無法降解的物質(zhì)，但EM復合菌中就有可以降解的菌種。所以，處理效果會稍微好些。

5 結(jié)論

由上得出下列結(jié)論∶

(1)EM菌的最佳作用時間為48h;

(2)EM菌的最佳投加量為0.7;

(3)EM菌的最適pH為5;

(4)EM復合菌效果略優(yōu)于光合細菌和芽孢桿菌等單一菌種;

(5)EM菌對去氯廢水的處理效果明顯高于未去氯處理的水樣。

綜上所述，原COD濃度為24000mg/L，經(jīng)過物化預處理后，濃度降為2412mg/L。再去氯，調(diào)節(jié)pH為5，投加0.7%EM菌作用48h的時間，COD去除率可達98%以上，即可將廢水COD濃度降至300以下，達到排放標準。

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