吳雪菲，史乾濤，戴菲，郭棟生

（山西大學 環(huán)境與資源學院，山西 太原 030006）

0 引言

焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產品回收過程中產生的、以含酚為主的高濃度有機廢水［1］.目前各焦化企業(yè)大多采用生化法處理焦化廢水，在處理過程中焦化廢水中難降解稠環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物，如吲哚、萘、喹啉等有機污染物在生物處理系統(tǒng)中去除率低，是影響出水COD達標的主要原因.

對活性污泥中的微生物進行誘變可能改善水處理效果.其中，物理誘變技術以其技術設備簡單，操作方便，價格經濟，突變率高，誘變產物對環(huán)境威脅相對較小等優(yōu)點而受到重視.洪志方等應用離子束為誘變因素，對活性污泥進行輻照處理，活性污泥處理焦化廢水的能力明顯提高［2］.Samir等研究了超聲波在不同條件下對活性污泥誘變的效果以及對COD的處理的影響［3］.鄭小飛等用紫外線做誘變劑處理活性污泥中篩選出來可以高效降解COD的菌株，COD的降解率顯著提高［4］.但是這些研究多集中在誘變因子對活性污泥性狀的改變上，而針對物理誘變前后活性污泥對焦化廢水深度處理效果的影響進行比較研究，還鮮見報道.

本研究分別采用紫外線、變溫、超聲波三種常用的物理誘變因子，對焦化廢水處理中的活性污泥進行誘變處理.將誘變后的活性污泥對焦化廢水進行深度處理，通過比較不同因子誘變處理前后的活性污泥SV30（曝氣池混合液在量筒靜止沉降30min后污泥所占的體積百分比）與SVI（曝氣池混合液經30min靜沉后，相應的1g干污泥所占的容積）值，探討了物理誘變對活性污泥性狀的影響；通過測定誘變處理后的活性污泥在焦化廢水深度處理中對廢水中剩余CODCr（化學需氧量）、NH3－N（氨氮）和TOC（總有機碳）的去除效果和有機物的GC－MS分析，研究了誘變處理前后活性污泥對焦化廢水中難降解有機物降解能力的變化.

2 材料與方法

2.1 焦化廢水來源及水質

試驗用水取自太原市某焦化廠廢水處理站焦化廢水原水（水樣1），水樣1的水質主要指標如下：pH 6.0～6.5，CODCr1455.3mg／L，NH3－N 313.992mg／L，TOC 308.6mg／L.將采用SBR系統(tǒng)對水樣1處理24 h后的出水作為突變后污泥深度處理系統(tǒng)的進水（水樣2）.

2.2 儀器與試劑

TOC－VCPH檢測儀（日本島津）；DSQ單四極桿氣相色譜質譜（Thermo公司），DB－5MS 30m×0.25mm×0.25μm石英毛細管色譜柱（Agilent公司）.

二氯甲烷使用色譜純（Fisher Scientific，農藥級），其余藥品與試劑均采用國產分析純.

2.3 SBR系統(tǒng)及裝置

水樣1和水樣2的處理均采用SBR工藝，由反應器、曝氣系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、進水排水系統(tǒng)及恒溫系統(tǒng)組成.反應器為有效容積為5L，恒溫水浴保證系統(tǒng)在30℃環(huán)境下運行.

試驗運行周期為24h，泥水比為2∶3（活性污泥600mL、進水900mL）［5］，運行流程如圖1所示.

圖1 實驗SBR工藝流程示意圖Fig.1 SBR process flow diagram in the experiment

2.4 檢測分析方法

CODCr采用重鉻酸鉀法測定；NH3－N采用納氏試劑光度法測定；TOC采用燃燒氧化－非分散紅外吸收法測定.

有機物的測定采用氣質聯(lián)用法，分析前水樣的預處理方法以及色、質譜條件參照文獻［6］.

2.5 活性污泥中微生物的物理誘變過程

將處理水樣1過程中產生的活性污泥用布氏漏斗抽干，進行稱重后平均分成4份，均按照泥水比2∶3的比例采用SBR工藝流程運行24h，觀察其運行狀況良好.將其中3份活性污泥分別進行紫外線、變溫和超聲波誘變，對應標記為1＃污泥，2＃污泥和3＃污泥.剩下1份作為未誘變處理對照，標記為0＃污泥.

2.5.1 紫外線誘變

將1＃污泥均勻涂布于培養(yǎng)皿中，使用短波紫外燈對活性污泥菌液進行照射，光程為15cm，照射時間120s，使其均勻地接受輻射［7］.

2.5.2 變溫誘變

將2＃污泥轉移至錐形瓶中，10℃靜置10min后，迅速移至恒溫水浴箱50℃靜置5min，靜置過程中不斷用玻璃棒攪拌錐形瓶中的活性污泥，保持溫度均勻［8］.

2.5.3 超聲波誘變

將3＃污泥轉移至燒杯中浸入超聲波清洗槽內，30℃下進行15min的超聲波處理［9］.

2.6 物理誘變后活性污泥恢復培養(yǎng)

誘變處理后需對活性污泥在水樣2的SBR系統(tǒng)中進行恢復培養(yǎng)，在此期間按照一定的濃度梯度對水樣2進行稀釋，即在恢復培養(yǎng)過程中逐漸提高污泥的負荷比，所采用的焦化廢水濃度見表1.

表1 誘變后活性污泥恢復培養(yǎng)及馴化Table 1 Recovery training and domesticating to the mutagenic treated active sludge

在恢復培養(yǎng)5～12d時間內，連續(xù)測定處理出水的SV30、SVI值和各自出水中CODCr、NH3－N和TOC含量，至連續(xù)3d測定值相同，表明系統(tǒng)達到穩(wěn)定，說明誘變后的微生物達到一定的遺傳穩(wěn)定性.

3 結果與討論

3.1 誘變處理對污泥活性性狀的影響

誘變處理后，對活性污泥進行了SV30與SVI值測定，結果見表2.

表2 誘變前后污泥體積指數的變化Table 2 Change of the volume index of sewage before and after mutagenesis

由表2可以看出：經過誘變后的活性污泥SV30與SVI值都有所下降，但是2＃和3＃污泥的SVI值均在50～120mL／g之間，說明污泥并沒有發(fā)生膨脹；而1＃污泥即紫外線誘變后的污泥SV30值與其它相比，下降顯著，SVI值也下降到50mL／g以下，說明紫外線照射對污泥的活性產生了負面影響，分析原因可能是紫外線的照射對微生物造成了一定的損傷，從而改變了污泥的物理性狀.

3.2 誘變處理對廢水CODCr、NH3－N和TOC值去除率的影響

測定數據見表3.

表3 誘變對CODCr，NH3－N和TOC去除率的影響Table 3 Influence of mutagenesis on the removal rate of CODCr，NH3－N and TOC from wastewater

表3給出了經過誘變后的活性污泥在SBR系統(tǒng)中對焦化廢水進行深度處理的效果，綜合評價可以看出，經過超聲波誘變的活性污泥對水樣2中CODCr、NH3－N和TOC去除率的提高作用最好，而紫外線誘變處理效果相對較差.結合誘變前后活性污泥SVI值的變化，推測紫外線誘變處理效果較差的原因可能為紫外線照射對活性污泥中的微生物造成了較為嚴重的損傷，使其對焦化廢水的深度處理效果相對較差.

3.3 誘變處理對廢水中有機物類型去除的影響

采用GC－MS分析方法測定各水樣中有機物類別及峰面積，選取具有代表性的有機物列（見表4）.

表4 誘變處理前后焦化廢水有機物組分的變化Table 4 Change of organic compounds in coking wastewater before and after mutagenesis

從表4結果可以看出：

（1）焦化廢水原水中含有66種有機物，其中雜環(huán)化合物數量最多，達到了29種，苯酚類物質雖僅檢測出7種，但峰面積最大，占有機物總峰面積的55.92%，其中苯酚和甲基苯酚的含量最高；其次是喹啉、吲哚、咔唑等含氮的雜環(huán)化合物以及苯和多環(huán)芳烴及其衍生物，所占比例分別為24.82%、7.01%、3.04%.

（2）經過SBR 0＃污泥處理出水中有機物種類明顯降低，僅剩下40種；苯酚及其衍生類物質未檢測出；苯及其衍生物的峰面積明顯減?。浑s環(huán)類化合物只剩18種，且峰面積普遍減小，占積分總面積的41.63%，其中嘧啶、吲哚和喹啉類物質得到有效去除；烴的含氧衍生物與鹵代烴物質種類數增加.

（3）1＃污泥處理出水中，共檢測出40種有機物，其中主要物質為鹵代烴，其峰面積占比為31.41%；其次為雜環(huán)化合物，共檢測出19種雜環(huán)化合物，峰面積占比為26.49%，較0＃出水含量降低；多環(huán)芳烴完全被去除；而鹵代烴與烴的含氧衍生物含量升高.

（4）2＃污泥處理出水中，共檢測出33種有機物，其主要物質是鹵代烴，峰面積占比為41.16%；其次為烴的含氧類物質和脂肪烴，占比分別為25.04%和18.99%；而雜環(huán)化合物只檢測出10種，且峰面積占比僅為8.30%；多環(huán)芳烴完全被去除；經過變溫誘變后，活性污泥對腈類和雜環(huán)類化合物等難降解物質的去除效率有所提升.

（5）3＃污泥處理出水中，共檢測出37種有機物，主要物質為雜環(huán)化合物，峰面積占比為28.24%；其次為鹵代烴，占比為28.16%，雖然苯類物質的去除率也比較高，但相對于0＃污泥處理出水，處理效果有所下降.可見超聲波對活性污泥進行誘變后，對難降解物質的處理效果有所提升，但與變溫、紫外線相比較，活性污泥對雜環(huán)類化合物的降解性相對較弱.

［1］牛世芳，段存褔，劉盛偉，等.焦化廢水深度處理工藝的研究［J］.冶金環(huán)境保護，2008，5：43－46.

［2］洪志方，牛漫蘭.離子束誘變活性污泥輔助處理焦化廢水的研究［J］.合肥工業(yè)大學學報，2007，30（6）：672－675.

［3］Samir K K，David G，Sung S，et al.Ultrasound Applications in Wastewater Sludge Pretreatment：A Review ［J］.Critical Reviews in Environmental Science and Technology，2007，37：277－313.

［4］鄭小飛，毛縝，曹曉兵.紫外線照射優(yōu)勢菌對礦區(qū)污水COD的去除研究［J］.煤礦現(xiàn)代化，2011，4：55－56.

［5］于曉彩，徐微，揚艷杰.SBR法處理含陰離子表面活性劑廢水的研究［J］.環(huán)境保護科學，2006，32（6）：20－25.

［6］國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4版.北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

［7］吳煥利，馮貴穎，趙淑艷，等.紫外誘變選育高效微生物絮凝劑產生菌及其應用［J］.西北農林科技大學學報：自然科學版，2008，36（8）：113－118.

［8］高興強，黃運紅，戴菲，等.熱效應在微生物誘變育種中的應用［J］.微生物學報，2009，36（10）：1592－1595.

［9］張寧寧，吳勝舉，程欣.論述超聲處理污泥的影響因素［J］.能源環(huán)境保護，2007，21（1）：6－9.