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        固定化微生物技術(shù)處理費托合成廢水研究

        2016-11-16 01:45:13尹莉賈琰喬麗麗李璐劉峰俞彬耿翠玉喬瑞平
        工業(yè)用水與廢水 2016年5期
        關(guān)鍵詞:費托恒溫投加量

        尹莉,賈琰,喬麗麗,李璐,3,劉峰,俞彬,耿翠玉,喬瑞平

        (1.博天環(huán)境集團股份有限公司 研發(fā)中心,北京 100082;2.貴州省環(huán)境監(jiān)測中心站,貴陽 550081;3.博天環(huán)境工程(北京)有限公司,北京 100082)

        廢水處理及回用

        固定化微生物技術(shù)處理費托合成廢水研究

        尹莉1,賈琰2,喬麗麗1,李璐1,3,劉峰1,俞彬1,耿翠玉1,喬瑞平1

        (1.博天環(huán)境集團股份有限公司 研發(fā)中心,北京 100082;2.貴州省環(huán)境監(jiān)測中心站,貴陽 550081;3.博天環(huán)境工程(北京)有限公司,北京 100082)

        采用固定化復(fù)合菌對煤間接制油費托合成廢水進行生化處理,考察固定化微生物技術(shù)對費托合成廢水中CODCr和NH3-N的去除效果,并確定最佳的反應(yīng)參數(shù)。結(jié)果表明,在初始pH值為7.0,固定化復(fù)合菌投加量為90 g/L,溫度為30℃的最佳條件下,恒溫振蕩96 h后,廢水中CODCr、NH3-N的質(zhì)量濃度分別由初始的10 512.3、30.0 mg/L降至2 094.0、4.7 mg/L,去除率分別為80.08%、84.47%。在合適的CODCr濃度范圍內(nèi),固定化復(fù)合菌對廢水的處理效果顯著。說明固定化微生物技術(shù)對煤間接制油費托合成廢水具有良好的處理效果。

        固定化復(fù)合菌;生化處理;費托合成廢水;好氧條件

        煤間接制油費托合成廢水指煤液化、加氫精制、加氫裂化等煤氣化產(chǎn)物在催化劑條件下合成燃料油的裝置排出的含酸、含醛、含醇廢水,其CODCr濃度高、排放量大,組成成分非常復(fù)雜,廢水回用要求高,處理難度大[1-4]。通常情況下,煤制油費托合成廢水既可以采用化學(xué)混凝、氣浮、吸附、萃取、精餾等物化方法處理,又可以采用Fenton氧化、微電解、臭氧氧化等高級氧化技術(shù)處理,也可以采用強化脫氮除碳、EGSB膨脹顆粒污泥床、UASB反應(yīng)器、生物膜反應(yīng)器等生化工藝進行處理[5-15]。但是大多數(shù)方法存在處理成本高,二次污染較大等問題,通常達不到滿意的去除效果。

        近年來,固定化微生物技術(shù)得到了廣泛開發(fā)及應(yīng)用。與傳統(tǒng)生物法如活性污泥法相比較而言,固定化微生物技術(shù)能保證微生物不易流失,而且可反復(fù)利用,不產(chǎn)生剩余污泥,成本低,便于操作,減少了化學(xué)物質(zhì)的使用,減輕了對環(huán)境的影響,處理效果較為理想,應(yīng)用范圍更加廣闊[16-19]。本研究采用新研發(fā)的固定化載體包埋COD和NH3-N降解菌(簡稱復(fù)合菌),在好氧條件下通過微生物的生化作用處理費托合成廢水,以探究高濃度CODCr條件下,固定化復(fù)合菌對費托合成廢水中 CODCr和NH3-N的去除效果。

        1 材料與方法

        1.1 試驗儀器

        PHS-3E型精密pH計,ME204型電子天平,SHZ-82A型水浴恒溫振蕩器,CTL-12型COD速測儀,DR6000型紫外可見光分光光度計,DZKW-4型電子恒溫水浴鍋,DH101型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

        1.2 試驗藥品

        藥劑:酒石酸鉀鈉、氯化銨、碘化鉀等,均為分析純試劑;COD和NH3-N降解菌由博天環(huán)境研發(fā)中心提供,固定化復(fù)合菌顆粒粒徑為3~4 mm。

        1.3 廢水水質(zhì)

        廢水取自博天環(huán)境集團股份有限公司的某煤間接制油廢水處理工程,具體水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

        表1 試驗廢水水質(zhì)Tab.1 Experimental wastewater quality

        1.4 試驗方法

        (1)固定化復(fù)合菌預(yù)處理。把海藻酸鈉和聚乙烯醇等放在純水中攪拌,在一定溫度下溶解成液體并冷卻后,倒入一定量的COD和NH3-N降解菌液,滴入由氯化鈣等制成的交聯(lián)液中,固化交聯(lián)一定時間后,取出用清水洗凈、烘干,放于冰箱中保存、備用。

        (2)試驗方法。取150 mL廢水置于250 mL錐形瓶中,用0.1 mol/L HCl或0.1mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH值,添加適量固定化復(fù)合菌,調(diào)節(jié)至所需的溫度,以150 r/min的速度置于恒溫振蕩器中進行生化反應(yīng)。每隔一定時間后取樣測定水樣的CODCr、NH3-N等濃度。

        考察廢水最佳處理效果的影響因素,在此基礎(chǔ)上,探究在不同初始CODCr濃度下,廢水中CODCr、NH3-N的去除效果。

        1.5 分析方法

        溫度采用GB 13195—91《水質(zhì) 水溫的測定溫度計或顛倒溫度計測定法》;pH值采用GB 6920—86《水質(zhì) pH值的測定玻璃電極法》;總鹽度TDS采用HJ 51—1999《水質(zhì) 全鹽量的測定 重量法》;CODCr采用GB 11914—89《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》;NH3-N采用HJ 535—2009《水質(zhì)氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 反應(yīng)時間對CODCr和NH3-N去除效果的影響

        在室溫條件下,費托合成廢水初始pH值為6.50,向廢水中投加已經(jīng)馴化好的固定化復(fù)合菌,投加量為60 g/L,在水浴恒溫條件下分別振蕩一定時間,考察反應(yīng)時間對CODCr和NH3-N去除效果的影響,結(jié)果如圖1所示。

        圖1 反應(yīng)時間對CODCr和NH3-N去除效果的影響Fig.1 Effect of reaction time on CODCrand NH3-N removal

        從圖1可以看出,隨著反應(yīng)時間的延長,CODCr和NH3-N的去除率逐漸增加,在96 h時去除率達到最高,分別為62.40%、74.70%。繼續(xù)延長生化反應(yīng)時間,CODCr和NH3-N的去除率趨于平緩。綜合考慮CODCr、NH3-N去除率和經(jīng)濟成本,選取96 h作為最佳反應(yīng)時間。

        2.2 初始pH值對CODCr和NH3-N去除效果的影響

        在室溫條件下,調(diào)節(jié)廢水pH值至4.87、5.85、6.84、7.89、8.86、9.84。固定化復(fù)合菌的投加量為60 g/L,恒溫振蕩96 h后,考察初始pH值對CODCr和NH3-N去除效果的影響,結(jié)果如圖2所示。

        圖2 pH值對CODCr和NH3-N去除效果的影響Fig.2 Effect of pH value on CODCrand NH3-N removal

        從圖2可以看出,CODCr和NH3-N的去除率均會隨著pH值的升高呈先升高后降低的趨勢,但是兩者最適pH值范圍稍有不同。當(dāng) pH值為6.84時,CODCr的質(zhì)量濃度從初始的10 512.3 mg/L降至2 314.4 mg/L,去除率為77.98%;當(dāng)pH值為8.86時,NH3-N的質(zhì)量濃度從初始的30.0 mg/L降至7.3 mg/L,去除率為75.67%。當(dāng)pH值為6.84~8.86時,NH3-N去除率差別較小,為 72.17%~75.67%。這是因為pH值偏高或偏低都會破壞微生物的生命活動(特殊微生物除外),同時COD降解菌和NH3-N降解菌屬于不同的菌種,因此,綜合考慮NH3-N與CODCr去除率,選取廢水初始pH值為7.0左右時較為合理。

        2.3 固定化復(fù)合菌投加量對CODCr和NH3-N去除效果的影響

        在室溫條件下,調(diào)整廢水pH值至7.01,向廢水中投加固定化復(fù)合菌,恒溫振蕩反應(yīng)96 h后,考察固定化復(fù)合菌投加量對CODCr和NH3-N去除效果的影響,結(jié)果如圖3所示。

        圖3 固定化復(fù)合菌投加量對CODCr和NH3-N去除效果的影響Fig.3 Effect of immobilized compound bacteria dosage on CODCrand NH3-N removal

        從圖3可以看出,固定化復(fù)合菌投加量對CODCr和NH3-N去除率的影響較顯著。當(dāng)固定化復(fù)合菌投加量為90 g/L時,CODCr的質(zhì)量濃度由初始的 10 512.3 mg/L降至 2 158.2 mg/L,去除率為79.47%。固定化復(fù)合菌能夠有效去除廢水中的CODCr,出水CODCr的質(zhì)量濃度能夠控制在2 000~3 000 mg/L。隨著投加量繼續(xù)增加,CODCr去除率基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)固定化復(fù)合菌投加量為90~120 g/L時,NH3-N的去除率為79.67%~81.00%,之后隨著投加量的增加,NH3-N去除率也趨于不變,甚至略有下降。這是因為隨著固定化復(fù)合菌投加量不斷增加,體系內(nèi)微生物的數(shù)量增多,CODCr和NH3-N的去除率逐漸升高。但當(dāng)微生物的數(shù)量達到所處環(huán)境最大承受限值時,包埋載體本身所具有的傳質(zhì)阻力使得NH3-N和CODCr的傳質(zhì)受阻,繼續(xù)增加固定化復(fù)合菌投加量,CODCr和NH3-N的去除率將不再增加,甚至?xí)杂邢陆担?0]。綜合考慮,選取固定化復(fù)合菌投加量為90 g/L為宜。

        2.4 初始溫度對CODCr和NH3-N去除效果的影響

        調(diào)節(jié)廢水pH值至7.0,固定化復(fù)合菌投加量為90 g/L,溫度分別設(shè)置為20、25、30、35、40、45℃,恒溫振蕩96 h后,考察初始溫度對CODCr和NH3-N去除效果的影響,結(jié)果如圖4所示。

        圖4 溫度對CODCr和NH3-N去除效果的影響Fig.4 Effect of temperature on CODCrand NH3-N removal

        從圖4可以看出,當(dāng)反應(yīng)溫度為30℃時,CODCr和NH3-N去除率分別達到最大,其中CODCr的質(zhì)量濃度由初始的10 512.3 mg/L降至2 094.0 mg/L,去除率為80.08%,NH3-N的質(zhì)量濃度從30.0 mg/L降至4.7 mg/L,去除率為84.47%。溫度可以直接影響生物的酶活性,當(dāng)溫度低于20℃時,低溫會抑制微生物的生命活動,使其新陳代謝減慢,降解能力受到限制;而當(dāng)溫度高于35℃時,微生物內(nèi)的酶活性降低,CODCr去除率下降[21]。而且已經(jīng)有研究表明,經(jīng)過固定化的微生物比游離態(tài)的微生物能更快適應(yīng)溫度的變化[22]。當(dāng)溫度超過40℃后,固定化顆粒就會變軟。因此,溫度為25~35℃更有利于微生物對污染物的降解。

        2.5 初始CODCr濃度對CODCr去除效果的影響

        調(diào)節(jié)廢水pH值至7.0,固定化復(fù)合菌投加量為90 g/L,溫度為30℃。廢水初始CODCr質(zhì)量濃度分別為10 512.3、2 456.4、1 091.1、516.0 mg/L。恒溫振蕩96 h后,考察初始CODCr濃度對其去除效果的影響,結(jié)果如圖5所示。

        圖5 原水CODCr濃度對CODCr去除效果的影響Fig.5 Effect of initial CODCrconcentration on CODCrremoval

        從圖5可以看出,固定化復(fù)合菌對CODCr去除效果有一定的影響。當(dāng)初始CODCr質(zhì)量濃度為1091.1~10 512.3 mg/L時,隨著其濃度的降低,CODCr的去除率出現(xiàn)一個峰值,呈現(xiàn)先升高然后有所下降的趨勢,其值依次為80.22%、90.25%、85.52%。當(dāng)初始CODCr濃度逐漸降低時,廢水對微生物的毒性減小,生化反應(yīng)加快,CODCr去除率升高;但當(dāng)初始CODCr濃度過低時,水中可供微生物利用的有機物等減少,供需平衡被破壞,因此CODCr去除率反而降低,當(dāng)初始CODCr的質(zhì)量濃度為516.0 mg/L時,CODCr去除率為64.86%。試驗結(jié)果表明,在合適的CODCr濃度范圍內(nèi),固定化復(fù)合菌對煤間接制油費托合成廢水的處理能達到良好的效果。

        3 結(jié)論

        (1)固定化復(fù)合菌對煤間接制油費托合成廢水中CODCr、NH3-N均有很好的去除效果,能有效地應(yīng)用于煤間接制油費托合成廢水的處理中。當(dāng)廢水初始pH值為7.0,固定化復(fù)合菌投加量為90 g/L,溫度為30℃,反應(yīng)96 h后,廢水中CODCr的質(zhì)量濃度由初始的10 512.3 mg/L下降至2 094.0 mg/L,去除率最高達80.08%;此時NH3-N的質(zhì)量濃度由初始的 30.0 mg/L下降至 4.7mg/L,去除率為84.47%。表明固定化復(fù)合菌是一種性能良好的生化材料。

        (2)在合適的CODCr濃度范圍內(nèi),固定化復(fù)合菌對煤間接制油費托合成廢水的處理均能達到良好的效果。當(dāng)廢水CODCr的質(zhì)量濃度為1 091.1~10 512.3 mg/L時,固定化復(fù)合菌對CODCr的去除率可達80.08%~90.25%。

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        Treatment of wastewater from Fischer-Tropsch synthesis by immobilized microbe technology

        YIN Li1,JIA Yan2,QIAO Li-li1,LI Lu1,3,LIU Feng1,YU Bin1,GENG Cui-yu1,QIAO Rui-ping1
        (1.Research and Development Center,Poten Environment Group Co.,Ltd.,Beijing 100082,China;2.Guizhou Province Environmental Monitoring Center,Guiyang 550081,China;3.Poten Environment Engineering(Beijing)Co.,Ltd.,Beijing 100082,China)

        Immobilized compound bacteria was used to treat Fischer-Tropsch synthesis wastewater(FTSW)from coal indirect liquefaction.The effect of immobilized microbe technology on CODCrand NH3-N removal from FTSW was investigated,and then,the optimal reaction parameters were determined.The results showed that,after 96 hous of oscillation at constant temperature of 30℃,under the optimal condition as follows:the initial pH value was 7.0,the dosage of immobilized ompound bacteria was 90 g/L,the mass concentrations of CODCrand NH3-N decreased from 10 512.3 and 30.0 mg/L to 2 094.0 and 4.7 mg/L respectively,the removal rates were 80.08% and 84.47%respectively.It could be seen that,with proper initial CODCrconcentration,the treatment effect of wastewater by compound bacteria was significant,which proved that using immobilized microbe technology to treat Fischer-Tropsch synthesis wastewater from coal indirect liquefaction could obtain good effect.

        immobilized compound bacteria;biochemical treatment;Fischer-Tropsch synthesis wastewater;aerobic condition

        X703.1

        A

        %1009-2455(2016)05-0013-04

        尹莉(1990-),女,山東曹縣人,研究助理,碩士,研究方向為水污染控制技術(shù),(電子信箱)li.yin@poten.cn;通訊作者:喬瑞平(1974-),男,河南??h人,副研究員,博士,研究方向為水污染控制技術(shù),(電子信箱)ruiping.qiao@poten.cn。

        2016-05-27(修回稿)

        博天環(huán)境集團股份有限公司自主研發(fā)項目(YA-2016-001)

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