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        丙烯酸廢水厭氧生物毒性實驗

        2021-04-20 14:50:04張瑩璐
        化工設計通訊 2021年3期
        關鍵詞:丙烯酸甲烷污泥

        張瑩璐

        (大同師范高等專科學校,山西大同 037009)

        作為合成有機物的原料之一,丙烯酸廢水中的有機廢物種類復雜,處理流程復雜程度較高,常用的預處理方法便是在丙烯酸中添加厭氧微生物,借助生化處理方式來提升廢水的生化性。從實際應用情況來看,厭氧微生物在處理過程中,其COD 處理效率會呈現(xiàn)出不斷下降的情況,分析其原因主要是因為廢水中某些污染物具備一定的生物毒性,會抑制厭氧生物活性,如何采取有效措施降低廢水生物毒性,穩(wěn)定厭氧微生物活性,成為非常重要的研究內(nèi)容之一。

        1 實驗部分

        1.1 實驗材料

        使用的廢水來源于某化工廠廢水排放口,廢水的COD 濃度為12 800mg/L,同時其pH 為3.6;用于稀釋廢水的蒸餾水,其COD 濃度為0,同時其pH 為7,呈中性;厭氧污泥主要來源為化工廠厭氧處理池底部,初始狀態(tài)為混合溶液,其密度為5.5g/L;用于中和廢水酸性的堿性溶液,主要為NaHCO3溶液,濃度為3.0mol/L;供給厭氧生物正常新陳代謝的營養(yǎng)物質(zhì),主要以經(jīng)濟性較強的尿素為主。

        1.2 實驗裝置

        本次實驗所采用的裝置主要以全自動甲烷潛力測試系統(tǒng)AMPTS Ⅱ為主。該實驗裝置由厭氧消化單元、酸性氣體吸收單元、氣體計量單元和數(shù)據(jù)處理單元四部分組成[1]。其中,厭氧消化單元由恒溫水浴及15個600mL 帶有機械攪拌的玻璃發(fā)酵瓶組成;酸性氣體吸收單元與15個玻璃發(fā)酵瓶逐一對應,采用80×m L× 3.0mol/L 的NaOH 溶液作為沼氣中CO2及酸性氣體吸收劑,并以百里香酚酞溶液作為pH 指示劑;氣體計量單元采用氣液置換法測定甲烷氣體量(自動校正到標況下的體積,0℃,101.325kPa,干氣),15個微量氣體流量計與15個玻璃發(fā)酵瓶逐一對應,每當微量氣體流量計內(nèi)甲烷氣體蓄積10mL 時,計量桿抬起1次,計量1次,產(chǎn)生信號并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元,由AMPTS Ⅱ完成數(shù)據(jù)處理工作,得出可靠的實驗結(jié)果[2]。

        1.3 實驗流程

        在本次研究過程中,所采用的方法是將初始溶液進行稀釋,并且在不同培養(yǎng)溫度、pH、污泥濃度狀態(tài)下,查看具體的毒性影響情況和COD 去除情況,從而為處理方式的優(yōu)化奠定基礎。在具體的實驗中,其實驗步驟如下:第一,進行不同COD 濃度丙烯酸溶液配制,具體做法是取5L 丙烯酸廢水,向其中添加NaHCO3溶液,將溶液的酸性進行中和,溶液的pH 控制在7.3左右,隨后向其中添加尿素進行攪拌,這也是后續(xù)厭氧微生物的營養(yǎng)物來源。同時還需要補充其他微量元素,如Zn2+、B3+、Mn2+等。第二,將混合后溶液分為13組,每組加入不同量蒸餾水進行稀釋,以500mg/L 為一個梯度,配置500mg/L 到6 500mg/L 的稀釋溶液,另外準備兩組空白實驗對照組,提高實驗結(jié)果可靠性。第三,對污泥混合液進行洗滌,離心等處理,隨后將其添加到試劑瓶當中,添加量控制在50g左右,放置在35℃恒溫箱中進行保存,待發(fā)酵瓶中甲烷產(chǎn)生量小于總量的1%后,停止繼續(xù)實驗[3]。第四,參照上述方法設置不同溫度、pH、污泥濃度等實驗,匯總處理結(jié)果進行下一步處理。

        1.4 分析方法

        在該實驗中,主要應用到了以下方法:①COD 的測定采用重鉻酸鉀法;②pH 的測定使用雷磁pHSJ-3F 玻璃電極法;③污泥濃度(MLSS)和污泥中活性成分(MLVSS)的測定使用重量法;④甲烷量的測定采用實驗裝置自帶的排水法。對于數(shù)據(jù)分析結(jié)果,可以使用統(tǒng)計軟件對其進行處理,分析P值是否滿足P <0.05的條件,以此來判斷數(shù)據(jù)自身的統(tǒng)計學意義[4]。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 培養(yǎng)溫度帶來的影響

        在污泥濃度為6.3g/L,pH 為7.3的情況下,對于培養(yǎng)溫度的影響進行討論,溫度為25℃、30℃、35℃、40℃和45℃,除溫度條件屬于變量條件外,其他條件保持一致,培養(yǎng)的時間為48h,根據(jù)產(chǎn)生的不飽和脂肪酸濃度和甲烷量來判斷最恰當?shù)呐囵B(yǎng)溫度。根據(jù)實驗結(jié)果可以得知,在培養(yǎng)溫度為35℃時,丙烯酸廢水中的不飽和脂肪酸濃度達到了1 000mg/L,同時還產(chǎn)生了100mL 的甲烷氣體。其他溫度狀態(tài)下的丙烯酸溶液,在30℃狀態(tài)下,其不飽和脂肪酸產(chǎn)生量為820mg/L,同時產(chǎn)生了56mL 的甲烷氣體,僅次于35℃產(chǎn)生量。而25℃情況下,混合溶液在初期經(jīng)過了較強的停滯期后才開始進行新陳代謝,雖然代謝速度緩慢,但是還是處于持續(xù)反應的狀態(tài)。而溫度達到40℃及以上時,厭氧生物的停滯期限非常長,在25h 以后才開始了緩慢的反應。整體來看,厭氧生物對于廢水毒性具備一定的耐受性,但是溫度較低的情況下,耐受性也會受到一些影響,過高的溫度也會導致微生物體內(nèi)酶失活,這也是需要注意的問題之一[5]。

        2.2 pH的影響

        在污泥濃度為6.3g/L,溫度為35℃的情況下,對于pH 的影響進行討論,pH 為4、6、7、8和10,除pH 條件屬于變量條件外,其他條件保持一致,培養(yǎng)的時間為48h,根據(jù)產(chǎn)生的不飽和脂肪酸濃度和甲烷量來判斷最恰當?shù)膒H 范圍。根據(jù)實驗結(jié)果可以得知,在培養(yǎng)溫度為35℃狀態(tài)下,pH 值為4、6、7、8 和10 狀態(tài)下產(chǎn)生的不飽和脂肪酸濃度分別為600mg/L、1 300mg/L、1 500mg/L、1 400mg/L 和700mg/L,并且在pH 為6、7、8時,還分別產(chǎn)生了70mL、100mL、75mL 的甲烷氣體,由此可以看出,在pH 值接近中性時,厭氧生物的活性最高,COD的去除效率最高[6]。對于不同pH 值狀態(tài)下的污染物毒性情況進行分析,在pH 為4時,厭氧微生物對于毒性的敏感性最強,同時微生物的活性也處于較低的狀態(tài);在pH 為10時,厭氧微生物對于毒性的敏感性最低,同時微生物的活性也處于最低的狀態(tài);而pH 為6或8時,微生物的敏感性處于較為穩(wěn)定的狀態(tài),其中pH 為8時的活性更高一些;而pH 為7時,微生物的活性處于最高的狀態(tài),敏感性也最強。

        2.3 污泥濃度帶來的影響

        在溫度為35℃、pH 為4的狀態(tài)下,對于污泥濃度影響性進行討論,污泥濃度為1g/L、4g/L、6g/L、8g/L 和10g/L,除污泥濃度條件屬于變量條件外,其他條件保持一致,培養(yǎng)的時間為48h,根據(jù)產(chǎn)生的不飽和脂肪酸濃度和甲烷量來判斷最恰當?shù)奈勰酀舛确秶?。根?jù)實驗結(jié)果可以得知,污泥濃度為1g/L、4g/L、6g/L、8g/L 和10g/L 狀態(tài)下產(chǎn)生的不飽和脂肪酸濃度分別為600mg/L、800mg/L、1 300mg/L、1 500mg/L 和2 200mg/L,并且在污泥濃度超過4g/L 后,所產(chǎn)生的甲烷量也呈現(xiàn)出快速增加的趨勢,這也意味著污泥濃度的增加也將快速提高COD去除效率[7]。在毒性分析過程中,污泥濃度越高,其活性和耐受性越強。不過從綜合經(jīng)濟效益情況來看,利用現(xiàn)有條件進行污泥濃度為10g/L 的制備,需要消耗的成本相對較高,因此在實際應用中,需要優(yōu)選6g/L 到8g/L 污泥濃度,提高反應過程的有序性。

        2.4 稀釋情況帶來的影響

        溫度、污泥濃度、酸堿度都會對實驗結(jié)果造成一定影響,而稀釋情況也會帶來相應的影響。從圖1可以看出,COD濃度在3 000mg/L 以內(nèi)時,其甲烷產(chǎn)生量一直處于較為穩(wěn)定的狀態(tài),基本上維持在80mL 以上,但是在COD 濃度超過3 000mg/L 以后,甲烷產(chǎn)生量開始下降,尤其是濃度超過6 000mg/L 以后,甲烷生產(chǎn)率為零。由此可見,丙烯酸廢水中COD 濃度越高,其對于厭氧微生物帶來的毒性影響越高,微生物在此狀態(tài)的活性也越低,因此在實際處理中,需要將廢水COD 濃度控制在3 000mg/L 以內(nèi),搭配合適的溫度、pH、污泥濃度,從而實現(xiàn)污染物高效處理的目的。

        圖1 不同COD濃度下甲烷生成量

        3 結(jié)論

        丙烯酸廢水中存在一些污染物,對于厭氧微生物活性有著抑制作用,COD 濃度越高,其對于厭氧微生物帶來的毒性影響越高,微生物在此狀態(tài)的活性也越低。但是在35℃、pH=7、污泥濃度8g/L、COD 濃度在3 000mg/L 以內(nèi)時,廢水處理效果最高,毒性影響性越低。

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