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造纸废水中微生物菌剂的试验

2019/09/10 阅读:

[摘要]以造纸废水为研究对象,开展微生物菌剂静态试验研究,评价LS-H、LS-G、LS-N三种型号微生物菌剂对造纸废水的处理效果。结果表明,在较短的时间内,三种型号微生物菌剂对造纸废水COD、TP等污染指标去除率分别达到40%和70%以上;在不影响活性污泥性能条件下,该微生物菌剂有助于强化废水生化过程,提高目标污染物的去除效率和出水水质;该微生物菌剂既适用于新建污水处理站的活性污泥激活和废水处理系统的快速启动,又可用于老旧污水处理站的改造,加快废水处理系统的恢复。

[关键词]微生物菌剂;造纸废水;试验研究

我国中小型造纸厂数量多、分布广,每年制浆造纸废水排放量巨大。据相关统计,制浆造纸行业排放的废水占工业废水排放量的1/6,COD和SS均占1/4[1]。造纸废水含有大量的纤维素、木质素、油墨、染料以及无机盐等污染物,并伴有恶臭气味、废水色度深,可生化性差,是难降解工业废水之一[2]。因此,鉴于制浆造纸废水排放对环境影响大,必须对其进行妥善处理。造纸废水污染物浓度高,成分复杂,处理方式与其他工业废水略有不同。目前,国内外对于造纸废水处理方法主要分为物理法、化学法、物理化学法和生物法;前三种废水处理方法通常对设备要求高或需要投加化学药剂,亦或是能耗较大,故常作为造纸废水处理工艺中的预处理;生物法以其低能耗高效益的优势,广泛应用于造纸废水处理中。常用的生物处理方法有活性污泥法和生物膜法。由于造纸废水含有纤维素和木质素等难生物降解物质,一般先采用厌氧生物法进行预处理,然后与好氧生物法联用,使出水水质达标排放。但厌氧生物法启动和处理时间较长,操作条件控制难,制约了生物法处理效率。近年来,为提高造纸废水生物处理系统的处理效率,研究者们通过微生物富集、筛选和基因改良技术构建具有特殊功能的微生物菌剂,并将其应用于造纸废水处理中取得了良好的效果(见表1)。本文为评价某公司LS-H、LS-G、LS-N三种型号的微生物菌剂对造纸废水的处理效果,开展了微生物菌剂静态实验研究,探究该公司三种型号的微生物菌剂应用于造纸废水处理的可能性,为其工程应用提供建议。

1试验材料及方法

1.1试验材料和仪器

试验造纸废水取自江苏常熟某造纸厂IC塔出水,活性污泥均取自其好氧回流污泥,造纸废水和活性污泥均是同时间同批次取出并置于2℃的冰箱中保存,LS-H、LS-G、LS-N微生物菌剂样品由某公司提供;数显式电热恒温水浴锅:上海锦凯科学仪器有限公司;15L有机玻璃柱4只,陶瓷曝气盘4个。

1.2实验方法

1.2.1菌剂激活取50mLLS-H、LS-G、LS-N菌原液和相应配比的激活液分别加入已标号的烧杯,再分别加入500mL去离子水,充分搅拌,最后将烧杯置入恒温水浴锅中曝气,设定水浴稳定为30℃,曝气时间为24h,DO>2mg/L。LS-H、LS-G、LS-N微生物菌剂激活试验照片如下。将4只15L有机玻璃柱固定在同一平台上,并在每只玻璃柱的底部和中部相同位置分别安放陶瓷曝气盘和可控温加热棒,随后分别注入9L造纸废水和2L活性污泥,控制曝气气量调节阀使各玻璃柱曝气量一致,同时调节可控温加热棒使混合液按一定梯度升温至30℃,曝气培养24h。将上述有机玻璃柱分别编号1#~4#好氧曝气柱,其中1#好氧曝气柱为空白对比样,不加入任何菌剂;2#好氧曝气柱中加入10mLLS-H菌剂;3#好氧曝气柱中加入10mLLS-H菌剂和10mLLS-G菌剂;4#好氧曝气柱中加入10mLLS-H菌剂、10mLLS-G菌剂和10mLLS-N菌剂;继续对1#~4#好氧曝气柱进行曝气,曝气时间控制在72h,同时在不同时段对1#~4#好氧曝气柱取样检测。试验全过程,一定时间间隔,均对1#~4#好氧曝气柱的曝气状态、混合液的溶解氧DO含量、pH、污泥浓度(MLSS)、SV30、COD、TN、氨氮、TP等指标进行检测分析。静态试验过程照片见图2。

1.2.2静态试验

1.2.3检测方法及标准为排除误差影响,本试验废水取样过程如下:取1#~4#好氧曝气柱的废水(泥水混合液)经自然沉淀之后的上清液,然后再各自通过定性滤纸对上清液过滤,所产的滤液即为1#~4#废水水质检测样品。本试验的所有检测标准均按国家规定允许的相关标准执行。(1)溶解氧(DO)含量:采用上海雷磁便携式溶解氧测定仪检测。(2)pH值:采用美国HACH公司多功能参数水质测定仪检测。(3)COD、TN、氨氮、TP指标:采用相关快速检测法,检测设备为德国Lovibond公司多参数快速测定仪。(4)污泥浓度(MLSS)、SV30:采用相关标准检测。

2试验结果及分析

2.1试验结果

在不同时段对1#~4#好氧曝气柱取样检测,整个试验周期为72h。1#~4#废水水质检测样品的各项水质指标检测结果见图3~图7,图8~10为各好氧曝气柱控制条件。

2.2结果分析

通过对1#~4#废水水质检测样品的各项水质指标检测结果分析显示:(1)观察COD指标变化可知,1#~4#废水样品COD数值整体下降趋势较为一致,在投加菌剂后20h以内,2#、3#和4#样品的COD下降速率较1#空白对比样快,特别是在8h以内,加入微生物菌剂的废水样品生物活性较高,说明微生物在此阶段大量生长与繁殖;在投加菌剂后72小时(该项指标检测终点)时,1#空白对比样的COD去除率为24.1%,2#样品的COD去除率为43.2%,3#样品的COD去除率为41.8%,4#样品的COD去除率为41.3%。(2)观察TN指标变化可知,1#~4#废水样品TN数值起伏较大,且无规律。1#~4#废水样品的TN均出现先上升再下降,然后再上升再下降的波动现象,TN的总体去除率均偏低。造纸废水的TN主要来源于难生物降解的含氮化合物,主要组成为无机氮和有机氮,从TN降解机理来讲,主要成分氨氮(NH3-N)需通过在亚硝化细菌和硝化细菌的作用转化成亚硝态氮(NO2-)和硝态氮(NO3-),再通过反硝化细菌作用转化为氮气(N2),而有机氮也同样需要通过氨化作用、硝化作用和反硝化进行转化和降解。因此,从TN检测数据来看,1#~4#好氧曝气柱所加入的理文造纸厂好氧活性污泥中本身含有的氨化细菌、亚硝化细菌和硝化细菌均较少,该类细菌所需生长环境较为苛刻,后续反硝化作用需要控制曝气状态至缺氧条件,而本实验采用好氧曝气,不利于反硝化菌生长,因此,TN指标并无较大程度改善属正常现象。(3)观察TP指标变化可知,1#~4#废水样品TP数值整体下降趋势较为一致,3#和4#样品的除磷效率较1#空白对比样高。在投加菌剂后约48h(该项指标检测终点)时,1#空白对比样的TP去除率为66.7%,2#样品的TP去除率为23.5%,3#样品的TP去除率为73.2%,4#样品的TP去除率为77.2%。该检测说明3#、4#中投加的微生物菌剂可能含有聚磷菌,促进废水中磷元素的代谢。(4)观察氨氮指标变化可知,1#~4#废水样品氨氮数值整体下降趋势较为一致,且1#~4#样品的氨氮去除率无明显差异,2#、3#和4#虽然加入微生物菌剂,但由于菌剂品种、菌种保存、菌剂投加量较少等问题,并未体现出明显优势,因此,氨氮指标并无较大程度改善。(5)为确保本静态评估试验的严谨性和准确性,1#~4#好氧反应柱的温度、pH和DO分别控制在30℃、8和7mg/L,从图9、图10和图11可知,1#~4#好氧反应柱参数控制较为一致。(6)从1#~4#好氧反应柱的活性污泥外观、污泥浓度(MLSS)和SV30等污泥状态来看,2#、3#和4#样品的活性污泥生长速度较快,污泥浓度(MLSS)较1#空白对比样快,且废水中投加的微生物菌剂未对原活性污泥起负面影响,活性污泥的沉降性能、絮聚状态、颜色外观均正常。

3结论与建议

3.1结论

(1)本静态试验结果说明,该公司三种型号微生物菌剂对造纸废水COD、TP等污染指标的去除具有一定效果;对氨氮指标未明显改善,可能由于微生物菌剂投加量较少、菌剂品种、菌种保存等原因造成;总体来说,在投加量较少的条件下,文中微生物菌剂已达到本静态试验设计目的,即从定性层面体现出微生物菌剂有助于废水污染物快速生物降解。(2)从试验结果分析,该公司三种型号的微生物菌剂有助于强化废水生化过程,提高对目标污染物的去除效率和出水水质,且不影响活性污泥性能,可用于新建污水处理站的活性污泥激活和废水处理系统的快速启动,也可用于老旧污水处理站的改造,加快废水处理系统的恢复。

3.2建议

基于静态试验结果,建议下一阶段进行中试试验,中试试验采用现场方式,即在江苏某造纸厂污水处理站中试;中试试验目的如下:(1)定量试验,中试试验过程尽量接近实际工艺流程,通过定量试验判断该类型菌剂的实用性和经济性;(2)对比试验,本中试试验将引入其他对标公司的菌剂产品,在同等试验条件下,观察该公司菌剂是否具有技术先进性;(3)全流程监控,通过中试试验的24h水质检测、活性污泥检测等手段全面评估该公司菌剂产品的优缺点。

作者:朱旺平 苟青 何滔 贺磊 单位:中国海诚科技股份有限公司

造纸废水中微生物菌剂的试验

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