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    电化学固定化微生物技术处理农药废水的研究

    2011-01-14 10:29:19  来源:纳川

    电化学固定化微生物技术处理农药废水的研究

     

    摘要:本课题将还原铁床技术与固定化微生物技术结合,用于农药废水的处理,出水水质符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。

    关键词:农药废水;电化学法;固定化微生物;污水处理

     

     

        我国是个农业大国,这也促进了我国的农药生产业的繁荣。在经济高速发展、人民的环保意识逐渐加强的今天,农药厂的生产废水能否达标排放成了关系到其发展的主要问题。

    有机农药废水中的COD质量浓度高、色度大、毒性强、可生化性差,无法直接利用传统的生物法工艺进行处理。化学结构稳定是其有机物难降解的主要原因,也是目前农药废水处理的技术难点。

    受山东某农药厂委托,经工艺探索,本课题组将还原铁床与固定化微生物技术相结合,对其厂农药废水进行了处理试验,取得了满意的结果。

    2.试验材料

    2.1试验用水取自山东某农药厂生产废水,水质情况为pH值7.5-9,COD1265-1765mg/L,色度520-650倍,氨氮312-447mg/L。

    2.2还原铁床填料选用市售细铁屑和铜刨花。

    2.2曝气生物滤池载体采用嫁接改性聚氨酯泡沫材质,比表面积为80m2/g, 孔隙率为98%.载体的表面具有特殊化学性质, 能牢固地吸附固定水中的细菌微生物。开孔采用大孔与微孔相接合的方式,大孔保持良好的气、液、固的接触条件,三项传质推动力大大增加,微孔用于固定化微生物。同时,通过分子设计,在载体引入大量的活性和强极性基团并通过固定化技术,将大量变异菌和酶制剂牢牢固定在载体上,单位体积生物量大、*高可达60g/L。

    2.3快速滤池滤料选用改性聚氨酯泡沫材料。

    2.4菌种采用高效微生物菌群BI-CHEM 1002CG,1008CB, 1010N 20xS系列菌(novozymes公司提供)。

    3试验工艺及设备

    该厂有机农药废水中的COD质量浓度高、色度大、毒性强、可生化性差,因此,本试验从改变废水生化性和选择抗毒性和抗冲击能力强的工艺入手,选用如下工艺处理该厂农药废水。

    本试验工艺流程如图1所示。各主要单元的功能说明如下:

    (1)铁床还原池[1-2]:利用电化学原理,在铁屑中加入一定量的催化材料,并以铜代替铁炭法中的炭,使铁屑和铜刨花之间发生微电解反应。铜的加入扩大了两极的电位差,电化学效率得到进一步提高,其效果比铁屑法和铁炭法提高了

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    作者简介:冯晓静(1982- 女,汉,山东省济宁市人,在读硕士研究生,主要从事污水处理方面的研究。

    不少[3]。废水中的物质在铁屑表面发生氧化还原反应,该过程在完成脱色的同时,更重要的是改变了水中难于生物降解有机物的分子结构,使后续生化处理能够顺利进行。

    (2)曝气生物滤池[4]:利用自制特殊载体(多孔,弹性)将特选微生物和微生物酶通过氢键和其它作用固定在载体上形成高密度生物滤床,随微生物在载体中内部、外部位置不同,形成了无数的兼氧区和好氧区,可高效完成各种溶解氧状态下的生化反应,并形成完整的微生物生态系统。由于滤床内生物量奇大且菌种针对性强,因此其生化效率远高于普通生物滤池。在本工艺中它主要起进一步消解去除水中有机污染物和进一步实现脱色的作用。

    (3)快速滤池:用于去除生物滤床出水中少量的悬浮物,从而进一步降低出水浊度,提高出水水质。使用新型微流化高速滤池,滤料为大孔弹性泡沫状,滤速快、纳污能力强,反洗容易。

     

                               空气          空气

     

     

     

                                  

     

     

                                                                          出水

    进水              

     

     

    5

     


     

    图1  废水处理试验工艺流程示意图

    1.稳定调节池 2.还原铁床反应池 3-4.曝气生物滤池  5.快速滤池

     

    试验工艺中,1、2号池的有效容积均为4.0 L,池内填细铁屑。3、4号池的有效容积均为3.0 L,池底安装曝气头。5号池有效容积为2.0 L,池内填自制大孔弹性泡沫滤料。水和气的流量均由泵的阀门控制,并在2、3、4、5号池的不同部位设取样口。

    试验共分两个阶段进行:*阶段为微生物的固定和驯化。第二阶段为运行条件的研究及控制、各工艺参数的测定。

    首先进行高效微生物的固定和驯化。先用泵泵送水样,然后开动曝气,使溶解氧在3mg/L以上,再向每个曝气生物滤池投加高效菌2g, 进行闷曝。再在第3,5天向各池投加高效微生物1g,闷曝3天后,开始以0.8L/h的流量连续进水,并开始每天定时检测出水的COD,并用光学显微镜观察微生物的生长情况。在出水COD≤50mg/L,微生物生长良好时,认为驯化、固定微生物成功,即可进行各试验参数的测定。   

    4试验结果及讨论  

    4.1进出水COD、色度及氨氮的变化

    采用本试验提供的工艺处理农药废水,进行了为期一个月的连续进水监测,试验数据如表1所示。进出水COD浓度、色度及NH4+-N的变化情况示于图2、图3、图4。

     

    表1 进出水COD、色度及NH4+-N去除率表

     

     

    日期

    COD(mg/L)

    去除率

    色度(倍)

    去除率

    NH4+-N(mg/L)

    去除率

    进水

    出水

    进水

    出水

    进水

    出水

    5.10

    1376

    53

    96.1

    650

    35

    94.6

    324

    4.75

    98.5

    5.12

    1455

    59

    95.9

    720

    40

    94.4

    377

    3.97

    98.9

    5.14

    1647

    62

    96.2

    750

    40

    94.7

    434

    4.12

    99.1

    5.16

    1538

    57

    96.3

    680

    38

    94.4

    312

    3.21

    99.0

    5.18

    1265

    47

    96.3

    620

    32

    94.8

    378

    2.85

    99.2

    5.20

    1520

    55

    96.4

    670

    35

    94.8

    408

    3.02

    99.3

    5.22

    1722

    63

    96.3

    710

    37

    94.8

    447

    3.69

    99.2

    5.24

    1765

    60

    96.6

    740

    33

    95.5

    421

    3.77

    99.1

    5.26

    1536

    55

    96.4

    690

    35

    94.9

    364

    4.47

    98.8

    5.28

    1279

    50

    96.1

    650

    30

    95.4

    391

    3.10

    99.2

    5.30

    1472

    64

    95.7

    670

    35

    94.8

    422

    3.79

    99.1

    6.1

    1744

    57

    96.1

    700

    38

    94.6

    436

    3.52

    99.2

    6.3

    1638

    52

    96.8

    740

    40

    94.6

    445

    3.78

    99.2

    6.5

    1377

    57

    95.9

    720

    39

    94.6

    388

    3.22

    99.2

    6.7

    1531

    55

    96.4

    690

    35

    94.9

    347

    3.53

    99.0

     

    注:菌种驯化成功后,厂家每两天送新鲜水样一次

     

     

    该处理系统在进水COD*高1765mg/L、*低1265 mg/L,平均1524 mg/L的情况下,出水*高64 mg/L,*低47 mg/L,平均56 mg/L,去除率为96.3%。这主要依托于电化学系统的微电解作用大幅提高了废水的可生化和固定化微生物-曝气生物滤池的高效降解作用,这使废水中的有机物在较短的停留时间内得到大幅度的去除。

    对废水色度的去除,在进水*高750、*低620,平均693的情况下,出水*高40、*低30,平均36,去除率为94.8%。脱色过程主要发生在还原铁床内,由于铁床中以铜代替铁炭法中的炭,电化学效率得到进一步提高。废水脱色是发色基团或发色键的破坏(氧化,还原或转型),脱色过程可能的方式为:1发色键直接发生电极反应;2电极反应产物(新生态或活性的H,Fe2+)与染料发色基的二次反应;3电池反应所致pH变化对发色基团的影响;4电极反应产物(包括后化学反应产物)对染料吸着反应(其中化学吸附亦可视为化学反应)。同时,曝气生物滤池因其生物量大,种类复杂,可高效完成各种溶解氧状态下的生化反应,起到了进一步加强脱色效果的作用。

    对废水中NH4+-N的去除,在进水*高447mg/L、*低312 mg/L,平均393 mg/L的情况下,出水*高4.75 mg/L、*低2.85 mg/L,平均3.66 mg/L,去除率为99.1%。在常规的生物处理中, NH4+-N的去除是利用生物的硝化-反硝化原理。由于硝化菌、亚硝化菌在有机物存在的条件下很难生存,碳氧化、硝化、反硝化过程只能分级进行,且污水中NH4+-N的含量过高(超过50mg/L)将对硝化过程产生抑制[5]。本处理系统中的固定化微生物-曝气生物滤池采用高效微生物菌群和特制载体,高效微生物菌群在载体中形成好氧层、兼性层和厌氧层,在完成碳氧化的同时,硝化、反硝化过程也可同时完成,使单级脱氮得以实现。

    5 结论

    (1).电化学与固定化微生物技术联合可成功用于COD质量浓度高、色度大、毒性强、可生化性差的农药废水的处理,在进水COD平均1524 mg/L、色度平均693、NH4+-N平均393 mg/L的情况下,出水COD平均56 mg/L、色度平均36、NH4+-N平均3.66mg/L,去除率分别达到96.3%、94.8%和99.1%,处理后出水水质符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。

    (2). 在固定化微生物基础上,结合曝气生物滤池而产生的I-BAF系统具有容积负荷高、生物量大、反应速度快、抗毒能力强、出水水质稳定等特点。该系统对难降解有机废水有很好的处理效果,是传统工艺所不能及的。

     

    参考文献:

    [1].张守健等.铁床-气浮-活性炭吸附法处理染料废水.中国给水排水,2001,17(11):43-45

    [2].王永广等.微电解-生物接触氧化处理中药废水.环境工程,2001,19(6):16-17

    [3].徐文英,周荣丰,马鲁铭等.催化铁内电解处理污水的方法[P].中国专利:ZL02111901.5,2000-05-31.

    [4].叶正芳, 倪晋仁,李彦锋,卓仁禧. 污水高效处理和资源化的固定化微生物技术研究.应用基础与工程科学学报.2002.10(4):332-334.

    [5]张文成,安立超. 焦化废水脱氮处理技术进展.环境污染治理技术与设备.2004.5(3):23-25.

     

     

    The Research of  The Technology of immobilized microorganism and Electrochemical methodtreating the agricultural

    Pesticide wastewater

    Feng xiao-jing,Hong wei,Jiang wen-qiang

    (College of Light Chemistry and Environmental Engineering ,Shandong Institue of Light Industry ,Jinan ,250100)

    Abstract:The technology of immobilized microorganism and electrochemical method was used to effectively treat agricultural Pesticide wastewater.The treated  effluent quality attained the firstly criteria specified in the Integrated Wastewater Discharge Standard(GB 8987-1996).

    Keywords:agricultural Pesticide wastewater;electrochemical method;immobilized microorganism;wastewater treatment


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