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1、废水可生化性评价方法及中段废水可生化性的评价2006年9月第5期广西轻工业GUANGXIJOURNAL0FLIGHTINDUSTRY(总第95期)废水可生化性评价方法及中段废水可生化性的评价陈壁波(广东省汕头职业技术学院自然科学系,广东汕头515041)【摘要】本文介绍了几种评价废水可生化处理性能的方法,并采用微生物呼吸速率法和亚甲基蓝毒性测定法对某非木材浆厂制浆中段废水的可生化性进行评价.结果表明,微生物呼吸速率法和亚甲基蓝毒性测定法结合可以比较客观,准确地判断中段废水的可生化性和毒性抑制的来源.【关键词】可生化性;评价方法;中段废水【中图分类号】X793【文献标识码】A【文章编号】1003
2、2673(2006)05006503造纸工业是我国污染最严重的行业之一.造纸工业的主要污染源是化学制浆的蒸煮黑液和漂白废水,其废水中污染物质种类繁多,成分复杂,采用含氯漂白工艺的纸浆厂废水中还含有大量的有机氯化物.加大了其废水的处理难度和废水生物处理性能判断的难度.为了探讨非木材化学制浆厂中段废水的可生化性能,本论文介绍了几种评价废水可生化性能的方法,并采用微生物呼吸速率法和亚甲基蓝毒性抑制测定法对某含氯漂白非木材浆化学制浆厂的中段废水进行了实验和评价.1可生化性评价方法废水的可生化处理性(biologicaltreatmentability)就是通过试验去判断某种污水或某种物质用生物处理的可
3、能性,或确定不影响生化处理设备正常工作的水量和浓度.判断制浆造纸废水生物处理的可行性与废水的组成情况和微生物的生存条件密切相关.研究和考察废水可生物处理性的方法有很多种:测定生物需氧量/化学需氧量(即BOD,/COD.)的比值法;测定微生物呼吸好氧过程法;测定废水对底物去除效果法;测定脱氢酶活性或ATP法等【3】.1.1BODdC0D.比值法BOD,/COD.比值法是目前广泛用来评价废水可生化性的一种最简易的方法.该方法是直接比较废水的生物需氧量和化学需氧量.使用该方法时,可参考表1中的数据,对废水的可生化性进行评价【l】.表1废水可生化性评价参考指标但是,在实际应用中,B0D5/C0D.,的
4、方法也存在一定的缺陷嘲.例如废水中含有的有机悬浮性固体,容易在COD的测定中被重铬酸钾氧化,以COD的形式表现出来,而在B0D反应瓶中受物理形态限制,导致BOD,数值较低.但是实际上这部分有机悬浮性固体可经胞外酶水解后进入细胞被微生物氧化,其BOD5/C0D值虽小,但是其可生物处理性能并不差.同样,有些污染物具有较高的BOD,/COD值,但是废水中的毒性物质对微生物毒害作用的最低极限较低.采用生物处理时生物的生长繁殖容易受到抑制,导致效果不佳.例如乙酰苯.其对微生物毒害作用的最低极限值是0.1mg/L,而它的B0Ds/C0D,=0.425.此外COD的测定时,在有氯离子存在的条件下.废水中的氨
5、容易被重铬酸钾氧化,导致COD.值偏高.特别当有大量有机氯化物参与反应时,COD值测定的精确度和实验结果的重现性不是很高,这在含有机氯化物的中段废水是难以避免的.可见,采用BOD5/COD.比值法评价废水的生物处理可行性虽然方便简单.但是结果比较粗糙,要得出准确的结论,还必须辅助生物处理的模型实验.1.2瓦勃呼吸仪测定法圜好氧微生物分解有机废水时要进行呼吸,消耗0:并产生CO:.瓦勃呼吸仪是一种定容呼吸测定计,如图1所示,即在反应瓶中测压计内气体容积不变的前提下,微生物呼出的CO由KOH全部吸收,测定出微生物呼吸后气体压力的改变,由此计算出0:的消耗量和CO:的产生量.然后通过基质的耗氧呼吸线
6、与微生物的内源呼吸线比较.得出生物处理方法是否适合废水处理的结论.圈1瓦勃哗吸仪图臣j2带生扔畔吸氟越程缝1.3微生物呼吸速率法微生物的呼吸过程随底物的性质而异.反映了底物被氧化分解的规律.当活性污泥微生物处于内源呼吸时,微生物利用自身的细胞物质作为分解基质,呼吸速率是恒定的,这称为内源呼吸曲线.而微生物降解有机底物的过程中所消耗的氧包括两个部分:(1)氧化分解有机污染物,使其分解为CO:,H:O等,为合成细胞提供能量;(2)供微生物进行内源呼吸,使细胞物质【作者简介】陈壁波(1979一),男,汉族,广东汕头人.-2-,汕头职业技术学院教师,从事环境监测教学和废水处理研究工作.650,r一0占
7、村一j一龌氧化分解.如果污水对微生物无毒害作用.微生物与废水混合后立即大量摄取有机物合成新细胞,同时消耗水中的溶解氧.如果污水中的有机物质对微生物有毒害作用.微生物降解利用有机物过程常使其速度减慢或者停止.因此可以通过测定活性污泥的呼吸速率,用氧吸收累积值和时间的关系曲线来判断某种废水的生物处理可能性.如图2是微生物呼吸耗氧过程线,曲线b是微生物内源呼吸线,曲线c位于内源呼吸线下方.此废水对微生物有抑制作用.曲线越靠近横坐标,废水对生物的抑制作用就越大,微生物几乎停止呼吸.濒临死亡;曲线a位于内源呼吸线上方,废水可被微生物降解,两条曲线之间的距离越大,说明废水的可生物处理性越好,反之亦然.呼吸
8、好氧线与内源呼吸性重合时,说明废水中底物不能被生物降解.但对微生物的生命活动尚无抑制作用.1.4脱氢酶活性法利用无色的物质氧化三苯基四氮唑(TTC)作为外源受氢体.当把这种外源受氢体引入生化反应中时,经脱氢酶活化的氢原子将被受氢体接受,成为红色的三苯基甲月替(TF),反应如图3.脱氢酶活性越高,活化的氢离子就越多.TTC转化成TF的量就越多,红色的色度越深.通过比色法,测定485nm下的光密度变化,根据标准曲线可以做脱氢酶活性的定量分析.因为测定微生物的脱氢酶活性可以表征微生物受到外界毒性物质影响的情况.判断微生物是否已经被鄂I化或死亡,从而达到评价废水可生化性的目的.N-N-C6Hs一,N-
9、N-C-6HNN-C6HN-N-C.H删弋一,+2H+2e一5一一,+Ha1.5亚甲基蓝毒性测定法翻以亚甲基蓝作指示剂,对照废水加毒物和不加毒物处理,通过观察亚甲基蓝的褪色时间,可以判断出废水和某些废水对微生物的毒性.令t.为废水使亚甲基蓝褪色的时间,t:为生活污水使亚甲基蓝褪色的时间.根据褪色时间对比,可以得出:(1)tl=t:时,废水不存在抑制微生物生长的物质;(2)tl<t2时,废水的生化性良好,容易生化处理;(3)h>t:时,废水对活性污泥有毒,会抑制微生物的生长.2实验部分2.1实验方法与材料2.1.1实验仪器与设备COD消解装置,BOD恒温培养箱,Sension6即读型
10、溶解氧测定仪,852型电磁搅拌器,空气压缩机等.2.1.2实验废水水质实验废水为广东某亚硫酸盐法非木材制浆厂洗涤,筛选,漂白综合废水,该厂采用CEH三段漂白工艺.废水水质如表2所示.66http:/表2实验废水水质查堕堂堡Q里(翌Q里(竺!(g【璺:j垒Q兰亚平均值I3144I7185698I.6467.36.42.1.3微生物呼吸速率实验步骤如图4装置所示,取两个反应器中加入相同浓度的活性污泥,再加入清水,使反应器内污泥浓度为15002000mg/L.曝气l2h,使微生物处于饥饿状态.然后将其中一个停止曝气.静置沉淀,待反应器内污泥沉淀后,用虹吸去除上清液.加入中段废水继续曝气,按一定时间间
11、隔取出一定量污泥混合液.测定其溶解氧下降速率(),如图5所示.开始每隔30rain测一次,3h后每小时测一次,同时测定活性污泥内源呼吸速率.再按式(22)求出氧吸收累积值(),所得()与对应的t作图.即可得到微生物呼吸过程累积耗氧图,判断废水的可生化性.(1)()t】1()+(鲁)(tD一.)(2)(o)=(0u)+()t其中.t一时间问隔;n-次数.2.I.4亚甲基蓝毒性抑制实验在一组平行对照和加入不同比例漂白废水的三角瓶中,分别接入活性污泥,加入亚甲基蓝作为指示剂,在恒温水浴锅进行保温,观察亚甲基蓝的褪色时间废水/lIil:E:.一.图4微生物呼吸速率实验装置图I磁力拉拌蔷2軎头3呼吸瓶滓
12、倪图5溶解氧测定装置COD,BOD,【cr,pH,TSS采用国家标准方法;溶解氧的测定采用Sension6即读型溶解氧测定仪;AOX采用微库仑滴定法.3结果与讨论3.1BODdC0D.,法结果分析根据表2的水质分析数值,实验废水BOD,/COD.的比值为0.3l7,参考表l可知,该中段废水的BOD5/COD.比值接近0.3,说明该废水的生物处理反应性能偏低,虽然可采用生物进行处理,但废水的生物处理性能不强,处理可能比较困难.不过从表l的水质分析可知,废水中含有一定的有机氯化物和较多的氯离子,这会对废水COD,测定结果造成一定的影响,导致COD.值偏大,从而影响了BOD,和COD.的比值对废水生
13、化性能的判断.因此,BOD,/COD.得到的结果比较粗糙,难以得出比较正确,客观的结论,只适合对废水生化性的初步判断和评价.3.2呼吸速率法结果分析根据实验所做微生物的氧吸收累计值和时间关系作图得到废水的微生物氧吸收曲线和微生物内源呼吸过程曲线的关系图6.由图6可以看出,废水的微生物氧吸收曲线处于微生物内源呼吸过程线的上方,高于内源呼吸线,并与内源呼吸线保持一定的距离,说明该废水中的微生物能较好的利用和分解废水中的有机物,耗氧量比较大,属于可生化废水.好氧微生物经过一段时间的培养和驯化后,可以对实验中的中段废水进行处理.蚰.?.矗善如1.q叶f叼(t/h)图6实验中微生物呼吸耗氧过程线3.3亚
14、甲基蓝结果分析实验中采用2%的生活污水作为参照对比,分别对中段混合废水,不同浓度漂白废水+洗涤废水,洗涤工段废水进行了亚甲基蓝毒性抑制实验.结果如表3所示.表3亚甲基蓝褪色观察结果Table2-4Thedepigmentationresultofmethyleneblue取样量/mL2O2O2O2O2O2O2O20加污泥量,mLO.1亚甲基蓝加入量/mL0.50.5050.50.50.50.505j基色时问,min263755364一657l113182133d一8(注:表中,12%的生活污水;22%的漂白废水;3-一2%的洗涤废水;44mL2%漂白废水+16mL2%洗涤废水:58mL2%漂白
15、废水+12mL2%洗涤废水:612mL2%漂白废ff-+8mL2%涤废水:716mL2%漂白废ff-+4mL2%涤废水:2%实验用混合中段废水.)从上表的实验结果可以看出,实验所使用的混合中段废水亚甲基蓝褪色时间等于或略大于生活污水中亚甲基蓝的褪色时间.说明实验中使用的该造纸厂中段废水可生化性能虽然比生活污水差,但仍可以使用生物处理的方法进行处理.同时可知.该厂制浆中段废水生物处理的毒性物质主要存在于漂白废水中.这主要是由于该厂采用的是CEH三段漂白工艺,含氯漂白过程中产生的有机氯化物具有较大的毒性.对微生物的生命活动产生较大的影响和抑制,此废水的可生化性能很差.而洗涤工段的废水则基本不对微生
16、物的生长产生抑制作用,具有良好的可生化处理性能.同时,不同比例的漂白废水与洗涤废水混合对亚甲基蓝的实验可知,混合废水对微生物生命活动抑制作用的影响随着废水中漂白废水比例的增加而愈显严重,废水的可生化性下降.4结论(1)BODJCOD.比值法评价废水的可生化性虽然方便简单,但结果粗糙,需要辅助其他评价手段和方法,才能做出比较客观,正确的结论.(2)采用微生物呼吸速率法可以直观的得到微生物与废水中有机污染物的作用情况,有效地评价废水的可生化性.(3)通过亚甲基蓝毒性抑制实验可知中段废水中的毒性抑制物质主要来自漂白废水的比例,随着中段废水中漂白废水比例的增加,中段废水的可生化性降低.参考文献1】上海
17、环境保护局.废水生化处理M】.上海:同济大学出版社,1999:34-36.2吴俊奇.用瓦勃氏呼吸仪测定橡胶废水可生化性】.北京建筑工程学院学报,1996.12(3):94-98.3】郭银松.论废水生化处理可行性评价电力环境保护,1995,11(3)29-35.(上接第7O页)氨基酸与重金属发生交联,从而使得细菌能够吸附重金属.AngelaVecchio在实验中发现Brevibacterium菌体在吸附铜,铅和镉的时候,铅的存在可以抑制菌体对铜和镉的吸附.刘月英等对细菌R08吸附Pd:+进行了研究.实验表明.细菌吸附Pd的最适pH值为3.5.每克菌体可以吸附224.8mg的钯,透射电镜观察显示,
18、R08死菌体能够还原Pd:成Pdo颗粒.红外光谱分析表明.细胞壁上的COO和HPO4:.基团可能与Pd:的生物吸附有关.4结语综上所述,生物吸附法处理含重金属的废水,成本低,效益高,容易管理,不给环境造成二次污染,有利于生态环境的改善.虽然生物化学方法治理污染也有一定的局限性,但由于其显着优点,使得生物化学法的研究和发展仍有广阔前景,许多学者通过基因工程,分子生物学等技术应用,使生物具有更强的吸附,絮凝,修复能力.我们应该充分利用自然界中的微生物与植物的协同净化作用,并辅之以物理或化学方法,寻找净化重金属的有效途径.参考文献【11李志勇.郛祀远.李琳等.利用藻类去除与回收工业废水中的金属】.重庆环境科学.1997,19(6):2732.2】赵玲.尹平河,QimingYu等.海洋赤潮生物原甲藻对重金属的富集机理】,环境科学.2001,22(4):4245.33夏立江,华珞.李向东.重金属污染生物修复机制及研究进展.棱农学报.1998,12(1):59-64,【4李明春,姜恒.侯文强等.酵母茵对重金属离子吸附的研究U】.茵物系统.1998,17(4):367373.5】李峰,张西平,黄昆等.产朊假丝酵母细胞壁对铜离子吸附机理研究】.微生物学杂志,2000.20(1):1114,67样.:,