摘要：采用逐漸增加進(jìn)水cod濃度、減小水力停留時(shí)間的方法啟動(dòng)接觸氧化反應(yīng)器,反應(yīng)器啟動(dòng)34 d后,cod的總?cè)コ史€(wěn)定在 88%,鄰苯二甲酸和二甲苯的總?cè)コ史謩e達(dá)到75%和78%。沿水流方向,細(xì)菌數(shù)量隨機(jī)物質(zhì)的減少而逐漸減少,生物膜厚度呈遞減 趨勢(shì),兼氧、好氧段依次出現(xiàn)游泳型鞭毛蟲、游泳型纖毛蟲、固著型纖毛蟲。

關(guān)鍵詞：接觸氧化;微生物;細(xì)菌;生物膜

我造紙工業(yè)年廢水放量約占工業(yè)廢水總放 量的15.6%,放廢水中化學(xué)耗氧量占工業(yè)總放量的 43.5%[1];造紙廢水中存在一類污染面廣、毒性大、難降解的 機(jī),這些物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、毒性大,大多難以被微生物 快速、效利用,且很容易進(jìn)入自然環(huán)境并存留,對(duì)生態(tài) 環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。用人工強(qiáng)化的微生物將這 些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為毒物質(zhì)或*降解已成為近年來的研究熱點(diǎn)。

陳永靜等[2]用gc-ms聯(lián)用儀測(cè)定造紙廢水中的復(fù)雜機(jī)物,檢測(cè)出進(jìn)水中主要機(jī)50種,包括長(zhǎng)鏈烷烴、 酯類、苯類等。筆者以造紙廢水中2種代表性的機(jī)污 染物鄰苯二甲酸二丁酯和二甲苯為研究對(duì)象,研究其在接觸 氧化反應(yīng)器啟動(dòng)過程中的降解情況和反應(yīng)器啟動(dòng)過程中生 物膜的微生物性,以期為造紙工業(yè)廢水的微生物降解提供指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1　廢水來源　廢水水樣為實(shí)驗(yàn)室的occ制漿造紙 廢水,屬于非脫墨廢紙?jiān)旒垙U水。采用多級(jí)接觸氧化反應(yīng)器 對(duì)廢水進(jìn)行生物處理。原水主要水質(zhì)指標(biāo)為ph值5. 0~ 7.5,cod 1 100~1 700mg/l,ss 140~260mg/l。

1.2　試驗(yàn)裝置　接觸氧化反應(yīng)器的效容積為60 l。厭 氧段效容積為16l,兼氧、好氧段采用接觸氧化法,效容 積為38 l,內(nèi)置網(wǎng)狀填料,采用穿孔曝。接種污泥取自廣 州某生物處理二沉池。

1.3　測(cè)定項(xiàng)目及方法　對(duì)在厭氧、兼氧、好氧工藝階 段的降解情況進(jìn)行分析。測(cè)定的主要項(xiàng)目及方法如下。

1.3.1　生物相的觀察。用鑷子從填料上刮取一小塊生物膜, 用蒸餾水稀釋一定倍數(shù)制成菌液,用膠頭滴管取1滴菌液,放在干燥、潔凈的載玻片上,蓋上蓋玻片,在顯微鏡下觀察。

1.3.2　生物膜厚度的測(cè)定。采用顯微鏡法測(cè)定生物膜總厚度。將生物膜樣品從反應(yīng)器中取出后直接放置于顯微鏡觀 察平臺(tái)上加以固定,選定觀察倍數(shù)為100倍,對(duì)生物膜表面 和載體表面分別進(jìn)行對(duì)焦,直到獲得清晰圖像, 2次成像時(shí) 微調(diào)讀數(shù)之差即為生物膜厚度。對(duì)生物膜表面測(cè)量15次后 取其平均值作為生物膜的觀察厚度[3]。

1.3.3　細(xì)菌計(jì)數(shù)。培養(yǎng)基:牛肉膏5 g,蛋白胨10 g,氯化鈉 5 g,瓊脂15 g,加蒸餾水至1 000m,l調(diào)ph值至7.0。用微生 物稀釋平皿計(jì)數(shù)法測(cè)定生物膜上的細(xì)菌數(shù)目[4]。

1.3.4　其他分析方法。cod采用xj-15型cod消解儀測(cè)定;鄰苯二甲酸二丁酯和二甲苯采用紫外分光光度法測(cè)定。

2　結(jié)果與分析

2.1　反應(yīng)器的啟動(dòng)　將污泥按30%的池容接種于接觸氧 化反應(yīng)器中。廢水的cod為1 100 mg/l,同時(shí)補(bǔ)充尿素、磷 酸二氫鉀,使進(jìn)水的bod∶n∶p=100∶5∶1(m∶m∶m),悶曝3 d。 開始6 d只加入葡萄糖、機(jī)鹽溶液、微量元素,從7天開 始由少到多加入造紙廢水,12天后加入鄰苯二甲酸二丁 酯和二甲苯,繼續(xù)馴化22 d。

2.1.1　反應(yīng)器啟動(dòng)過程各隔室cod的降解情況。圖2為反應(yīng)器啟動(dòng)期間各格室cod濃度的變化。由圖2可知,啟動(dòng)期間進(jìn)水cod從1 100mg/l左右逐漸上升至1 700mg/l 左右,反應(yīng)器啟動(dòng)34 d后,厭氧段出水cod基本穩(wěn)定在1 200mg/l左右,cod去除率達(dá)30%,而一級(jí)好氧段的cod 穩(wěn)定在800mg/l左右,二級(jí)好氧段的cod穩(wěn)定在230mg/l 左右,反應(yīng)器,流程cod總?cè)コ势骄_(dá)88%, 說明微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),反應(yīng)器已成功啟動(dòng)。

2.1.2　反應(yīng)器啟動(dòng)過程中各隔室鄰苯二甲酸二丁酯和二甲 苯的降解情況。由圖3可知,進(jìn)水鄰苯二甲酸二丁酯和二甲 苯的濃度分別約為150和86 mg/l。雖然造紙廢水較難降 解,但其中也可溶性的易降解的機(jī)物,這些機(jī)物可為 微生物的生長(zhǎng)提供碳源和能量,從而促進(jìn)鄰苯二甲酸二丁酯 和二甲苯降解。微生物降解葡萄糖時(shí)可產(chǎn)生與降解鄰苯二甲酸二丁酯和二甲苯相似的酶,從而促使鄰苯二甲酸二丁酯 和二甲苯較快降解。反應(yīng)器啟動(dòng)34 d時(shí),鄰苯二甲酸二丁酯 的降解率從剛啟動(dòng)時(shí)的49%逐漸上升到75%,出水鄰苯二 甲酸二丁酯的濃度為37.5mg/l;二甲苯的降解率從55%逐 漸上升到78%,出水二甲苯的濃度為19 mg/l,說明適應(yīng)鄰苯二甲酸和二甲苯的微生物已馴化成功。2.2　微生物性觀察

2.2.1　不同格室中微生物的數(shù)量。分析不同格室中微生物數(shù)量的差異,可了解被微生物利用的機(jī)物的降解情況。圖 5是反應(yīng)器25天各格室中微生物的數(shù)量。由圖5可 知,由于剛進(jìn)入反應(yīng)器的廢水中含較多的機(jī)物質(zhì),所以 厭氧段菌落數(shù)達(dá)到1.8×107cfu/m,l且一級(jí)兼氧、一級(jí)好氧段中微生物數(shù)量明顯多于二級(jí)兼氧段和二級(jí)好氧段,隨著廢 水的推進(jìn),可被微生物利用的機(jī)物越來越少,所以微生物 數(shù)量呈遞減趨勢(shì)。

2.2.2　不同格室生物膜的厚度。由表1可知,隨水流方向 cod降低,生物膜平均厚度逐漸減小;生物膜厚度隨反應(yīng)器 啟動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增厚,后基本穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。到 33天,一級(jí)兼氧段生物膜平均厚度達(dá)到2 412μm,而二級(jí) 好氧段生物膜厚度只754μm,說明cod濃度越高,為微生 物提供的能量越多,生物膜越厚。一級(jí)兼氧段、一級(jí)好氧段生物膜顏色較深(深褐色),二級(jí)兼氧段、二級(jí)好氧段生物膜 顏色較淺(黃褐色)。12天加入鄰苯二甲酸二丁酯、二甲苯后生物膜發(fā)黑,微生物受到毒物質(zhì)沖擊, 7d后,生物膜又逐漸恢復(fù)到原來的顏色,說明不適應(yīng)這種水質(zhì)的微生物已被淘汰。觀察生物膜可及時(shí)了解微生物的生長(zhǎng)狀況,從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器過程中存在的問題。

2.2.3　生物相觀察。初期1~8 d,反應(yīng)器cod的去 除率低于75%,反應(yīng)器的污水處理能力較低,生物膜呈黑褐 色,污泥結(jié)構(gòu)松散。鏡檢發(fā)現(xiàn),游泳型鞭毛蟲早出現(xiàn)并逐 漸增多。反應(yīng)器至20 d時(shí),cod去除率達(dá)80%,隨著細(xì)菌數(shù)量的增多,以細(xì)菌為食的螺旋狀蟲和纖毛蟲類開始出 現(xiàn),早出現(xiàn)的是小型游泳型纖毛蟲類,如腎形蟲等,隨后出 現(xiàn)掠食性較強(qiáng)的游泳型纖毛蟲如游仆蟲等。

從20天開始,反應(yīng)器穩(wěn)定, cod去除率穩(wěn)定在 80%以上,固著型纖毛蟲出現(xiàn),游泳型纖毛蟲、鞭毛蟲數(shù)量逐 漸減少,隨后出現(xiàn)變形蟲等肉足綱原生動(dòng)物。反應(yīng)器30 d時(shí),二級(jí)兼氧段和二級(jí)好氧段出現(xiàn)暗紅色的藻類和線蟲、鐘 蟲等原生動(dòng)物,這些生物的出現(xiàn)標(biāo)志著反應(yīng)器的穩(wěn)定。 原生動(dòng)物和細(xì)菌之間存在相互依存的關(guān)系。前段廢水中 機(jī)物較多,微生物可利用水中的機(jī)物滿足自身生長(zhǎng)的需 要,所以,一級(jí)兼氧段和一級(jí)好氧段廢水中原生動(dòng)物較二級(jí) 兼氧段和二級(jí)好氧段多。資料顯示[5],活性污泥系統(tǒng)中的原生動(dòng)物纖毛蟲160種,鞭毛蟲約36種,肉足蟲約29種, 但由于造紙廢水中含鄰苯二甲酸二丁酯和二甲苯等毒 物質(zhì),所以微生物種類相對(duì)較少。觀察廢水中的微生物可了解反應(yīng)器的狀況,從而及時(shí)控制、調(diào)整其條件。

3　結(jié)論

(1)該研究采用逐漸增加進(jìn)水cod濃度、固定水力停留時(shí)間的方法啟動(dòng)反應(yīng)器,34 d即可達(dá)到較好的啟動(dòng)效果。反應(yīng)器,cod總?cè)コ势骄_(dá)88%。

(2)反應(yīng)器啟動(dòng)的34 d,鄰苯二甲酸二丁酯的降解率從 49%逐漸上升至75%,二甲苯的降解率從55%逐漸上升至 78%,說明微生物已馴化成功。

(3)各格室的生物膜在時(shí)間和空間上呈不均勻分布。一級(jí)兼氧段和一級(jí)好氧段生物膜較厚,顏色為深褐色;二級(jí)兼氧段和二級(jí)好氧段生物膜顏色為褐色和淺褐色。隨著時(shí)間 的推移,生物膜逐漸變厚。

(4)厭氧段原生動(dòng)物種類較單一,以能生活在厭氧且高 機(jī)物濃度條件下的微生物為主,且數(shù)量較少;厭氧段廢水 cod濃度較高,含較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),所以細(xì)菌數(shù)目較多,達(dá) 1.8×107cfu/ml。沿水流方向微生物數(shù)量逐漸減少,二級(jí)好 氧段微生物僅7×105cfu/ml。