活性污泥法降解EDTA廢水的最佳條件

王銀有,王振紅

活性污泥法降解EDTA廢水的最佳條件

王銀有1,王振紅2

(1.廈門泉舜生物科技有限公司,廈門361012;2.漳州師范學院化學與環境科學系,漳州363000)

在以EDTA作為單一碳源,以及葡萄糖、磷酸氫二鈉、尿素作為營養鹽條件下,測試了活性污泥降解EDTA的最佳條件。結果表明,在EDTA為0.001 mol/L,污泥沉降比(SV%)為35%的常溫常壓條件下,p H為6、7、8時,EDTA的降解率分別為64.24%、78.80%、73.24%;在p H=7,20%～50%之間的污泥沉降比對0.001 mol/L的EDTA的降解率在58.63%～81.69%之間,以SV%在40%時為最高。在p H為7,SV%為40%時對初始濃度為50～374 mg/L的EDTA的降解率在75.64%～85.94%之間,以300 mg/L的EDTA為最高。

EDTA;活性污泥法;好氧生物降解

EDTA全名乙二胺四乙酸(ethvlenedi-aminetetraethyleneacid),是一種氨羧絡合劑,具有廣泛的配位性能,幾乎能與所有的金屬離子形成穩定的螯合物,形成具有穩定性較強的配合物[1-2]。EDTA用途很廣,可用作染色助劑,纖維處理助劑,化妝品添加劑,血液抗凝劑,洗滌劑,穩定劑等。EDTA本身對生物無毒性,但若排人水體,可溶解已沉積的有毒重金屬,使有毒重金屬元素重新進入水體,將給環境帶來嚴重的危害[1-3]。可見,EDTA的大量使用將嚴重影響水質安全,很有必要開展EDTA去除的相關研究。

目前可行的EDTA處理方法主要有:物理法、化學法、生物法,其中應用較為廣泛的有活性污泥法[1-4]。使用活性污泥法降解 EDTA,加入葡萄糖,磷酸氫二鈉,尿素作為營養鹽可以加快和提高活性污泥中微生物的生長,提高EDTA的降解速度和降解程度,同時,活性污泥的主要影響因素有p H、EDTA濃度、微生物量等[4]。目前針對 EDTA活性污泥降解的最佳處理條件研究還較為薄弱。因此,本文將詳細考察pH、EDTA濃度、活性污泥量對EDTA降解的影響,擬提出EDTA活性污泥降解的最佳處理條件,以期提高污水處理廠EDTA去除水平。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

乙二胺四乙酸二鈉(EDTA),硝酸鉍,二甲基酚橙,NaOH,HCl等試劑為分析純,以純水配制溶液。TG16G高速離心機(湖南凱達科技有限公司)、BS124S電子天平(北京賽多利斯儀器系統有限公司)、PA6-4程控混凝實驗攪拌儀(武儀恒嶺科技有限公司)

1.2 活性污泥的培養

污泥取自福建漳州某污水處理廠。采用異步培養法,取少量的接種污泥于三個培養池中(體積均為1L的燒杯),分別加入葡萄糖、磷酸氫二鈉、尿素作為營養鹽,使COD:N:P=100:5:1。打開曝氣裝置,開始培養。開始時,間歇曝氣,每曝氣8小時停兩小時。每天測定兩個池中的SV%,p H值。控制p H值分別為6、7和8,酸性、中性和堿性池SV%變化如圖1所示。

圖1 不同p H下培養期SV%的變化趨勢

圖2 不同p H下馴化期SV%的變化趨勢

培養初期,SV%值較小,污泥結構松散。當培養到第六天(圖1),污泥沉降比SV%達到35%左右,活性污泥形成大顆粒絮體,而且結構緊密,沉降性能好,預示活性污泥已經培養成熟[4-5]。

1.3 活性污泥的馴化

每天定量加入表1所示的EDTA溶液,開始馴化。每天分別向三個池中定量加入葡萄糖2 g,并根據COD來確定加入的磷酸氫二鈉、尿素,確保微生物的生長所需。測定三個池中的SV%、p H值,控制p H值分別為6、7和8。

表1 不同馴化時間下EDTA的添加量

馴化初期可以觀察到污泥沉降比SV%有一個明顯的下降趨勢(圖2),由于在同一條件下活性污泥SV%與污泥中微生物的量成正比[6],說明微生物由于加入EDTA,受到了一定的沖擊,影響它們的生長。隨著EDTA的繼續投加,SV%升高并保持在一定數值范圍,此時馴化過程完畢[4-5]。

1.4 最佳處理條件確定

1.4.1 p H值

在SV%=35%的常溫常壓條件下,停止對馴化污泥的曝氣,靜置一段時間后去除一部分上清液,分別都投0.001 M EDTA于酸性、中性和堿性池中,加入自來水到1 L線定容。加入2 g葡萄糖和適量磷酸氫二鈉、尿素于三個池中,攪拌均勻。分別調節p H為6、7和8,觀察污泥形態,確保污泥正常生長。每隔24 h取上清液污泥,離心分離20分鐘后,用硝酸鉍滴定法標定反應后EDTA濃度。取25 mL 1×10-4mol/L或 10-5mol/L硝酸鉍溶液于250 mL錐形瓶中,加3滴二甲基酚橙指示劑,滴加EDTA,當溶液由紫紅色恰變為黃色時,即為Bi3+的終點,根據消耗的EDTA體積,計算EDTA含量,平行測定三次取平均值。

1.4.2 污泥量

在上述實驗最佳p H條件下,選取污泥SV分別為20%、25%、30%、35%、40%、50%進行實驗,實驗步驟和1.4.1相同。

1.4.3 EDTA初始濃度

在上述最佳p H、最佳污泥投加量條件下,選取EDTA廢水初始濃度為50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、374 mg/L進行實驗,步驟同1.4.1。

1.5 試樣分析

EDTA采用硝酸鉍滴定法[6]。EDTA降解率=(EDTA初始-EDTA末)/EDTA初始×100%。COD采用重鉻酸鉀法測定[7]。

2 結果與討論

2.1 pH值對EDTA降解率的影響

本實驗以0.001 M EDTA溶液為研究對象,考察污泥SV%=35%的常溫常壓條件下,不同p H (6、7、8)時,活性污泥對EDTA的降解效果,實驗結果如圖3所示。

圖3 p H=6、7、8條件下EDTA降解率

由圖3可得:在污泥SV%=35%的常溫常壓條件下,EDTA的降解率在三種p H下都較高,經過7 d的降解,降解率分別為 64.24%、78.80%、73.24%。其中實驗初期,p H=7條件下的降解率遠高于p H=6、p H=8條件,但堿性條件下的活性污泥,EDTA的降解率在一個很短的時間內出現一個突躍,說明堿性條件下的活性污泥對EDTA的降解還是具有優勢的,而酸性條件下,EDTA的降解率較為平穩,在某些特殊情況中可以加以利用。由于p H=7條件下,EDTA的降解率最高,所以后續實驗均在最佳p H(p H=7)條件下進行。

2.2 活性污泥量對EDTA降解率的影響

在最佳p H的常溫常壓條件下,配制0.001 M EDTA溶液作為研究對象,考察不同SV%(20%、25%、30%、35%、40%、50%)時,活性污泥對 EDTA的降解效果。實驗結果如圖4、圖5所示。

由圖4可見,當污泥SV%=20%、25%、30%時,降解初期速度較慢,但在中期降解速度迅速、平穩提高,而SV%=35%、40%、50%是,前期降解率在一個很短的時間內出現一個突躍,隨后進入緩慢階段。這可能是當污泥量較少時,微生物也較少不足以降解大量EDTA,但是在較長一段時間內可以維持較穩定的速度降解;而污泥量較多時,足量的微生物在短時間內迅速降解大半的EDTA,但后期由于作為單一碳源的EDTA不足,從而抑制了微生物的活性,進入一個緩慢期。由于SV%時的降解率最高,所以后續實驗在最佳污泥量SV%=40%條件下進行。

圖4 不同污泥SV%條件下EDTA降解率

圖5 EDTA降解率隨污泥SV%變化圖

由圖5可見,隨著活性污泥SV%的增大,EDTA的降解率逐漸加大;但是當SV%達到40%后, SV%增大EDTA降解率反而降低。這可能是由于隨著SV%的增大,微生物的數量也增大,在EDTA濃度一定的情況下,EDTA的降解率也隨著加大,但當污泥濃度過大時,就會抑制微生物的活性,從而使EDTA降解率降低。當活性污泥 SV%達到35%后,EDTA降解率達到相對穩定,再提高污泥SV%已經沒有太大的提高,在實際處理中,使用污泥SV%為35%就可以達到較好的效果,不必再提高污泥使用量。

2.3 初始濃度對EDTA降解率的影響

在最佳p H、最佳污泥量的常溫常壓條件下,配制不同濃度(50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、374 mg/L)的 EDTA溶液,考察活性污泥對不同初始濃度EDTA的降解效果。實驗結果如圖6所示。

由圖6可見,在降解第一天時,降解率隨著濃度的升高而降低,這是由于微生物還沒有適應較高濃度的EDTA;第二天微生物已經逐漸適應EDTA,降解率還有一定幅度的上升;第三天在300 mg/L內降解率達到相對穩定,降解緩慢甚至停止。EDTA初始濃度在374 mg/L內,對 EDTA的降解率影響不大,總降解率都較為接近。EDTA濃度為50 mg/L、300 mg/L、374 mg/L時,降解率較高,都高于80%,其中300 mg/L是最高。EDTA初始濃度為50 mg/L、100 mg/L時,初期在短時間內出現一個突躍,但隨后EDTA的降解速度變慢甚至停止;而EDAT為150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300mg/L、374 mg/L時,EDTA降解維持較長時間的持續,這是由于EDTA濃度低時,馴化后的微生物在降解初期分解 EDTA,但由于作為單一碳源的EDTA不足,所以在中后期,降解幾乎停止。

圖6 不同EDTA初始濃度條件下EDTA降解率

3 結論

1)實驗表明,在 EDTA濃度為0.001 mol/L、污泥SV%=35%的常溫常壓條件下:p H=6、7、8時,EDTA的降解率分別為 64.24%、78.8%、73.24%,即最佳降解p H為7;

2)在EDTA濃度為0.001 mol/L、最佳p H的常溫常壓條件下:當污泥SV%為20～50%時,EDTA的降解率為58.63%～81.69,其中EDTA的最佳降解污泥量為污泥SV%=40%時;

3)在最佳pH、最佳污泥量的常溫常壓條件下:當EDTA初始濃度為50～374 mg/L時,EDTA的降解率為75.64%～85.94%,其中EDTA降解的最佳初始濃度約為300 mg/L。

從上可見,活性污泥法降解EDTA的最佳條件為:p H=7、污泥SV%=40%、EDTA初始濃度約300 mg/L。

[1] Madsebn E.L.,Alexoader M.Effect of chemical speciation on the mineralization of 0rganic compounds by microorgamsms [J].Appl Envir Mrobiol,1985,50,342-349.

[2] Bellty R.T,Lauf J.J.,Goodhue C.T.Degradation of ethylene—diaminetetraacetic acid by microbial populations from of aerued lagoon[J].App Microbiol,1975,29,787-794.

[3] 林 琳,袁志文.生物降解乙二胺四乙酸(EDTA)研究進展[J].凈水技術,2008,27(5):10-13.

[4] 楊曉奕,蔣展鵬,師紹琪,等.乙二胺四乙酸(EDTA)生物降解特性[J].環境科學,2001,22(2):41-45.

[5] 宋曉明,楊 健,劉莊泉.污泥動態沉降試驗研究[J].環境科學與技術,2004,27(3):12-13.

[6] 滕占才,王 波,畢洪梅,等.EDTA配位滴定法測定硝酸鉍的含量[J].佳木斯大學學報(自然科學版),2006,24(3):446-447.

[7] 國家環保總局.水和廢水監測分析方法[M].北京:環境科學出版社,1989.

Optimal Degradation Conditions of Aactivated Sludge Process for EDTA Wastewater

WANG Yin-you,WANG Zhen-hong

(1.Quanshun Biotechnological Corp.,Xiamen 361012,China;2.Department of Chemistry and Environment Sciences, Zhangzhou Normal University,Zhangzhou 363000,China)

An experiment of EDTA degradation was performed by using activated sludge with addition of Na2HPO3and glucose.The results showed that the degradation efficiency(DE)of EDTA were 64.24%,78.80%and 73.24%when the p H was 6,7 and 8,respectively.When the sludge settling ratio(SV)were from 20%to 50%and the p H was 7,the DE of EDTAcan reached to 58.63%～81.69%,the best EDTA DE was that when the SV is 40 percent.The EDTA DE reached to 75.64%～85.94%when the initial concentration of EDTA were from 50 to 374 mg/L.In brief,the optimal conditions of the EDTA biodegradation were:the value of p H 7,SV of 40%,and the initial concentration of EDTA of 300 mg/L.

EDTA;activated sludge;aerobic biodegradation

X132

A

1674-2842(2010)02-0004-04

2009-06-29

王銀有(1979-),男,學士,福建漳浦人.

王振紅(1979-),女,碩士,講師,河北平山人,E-mail:zhhwang1979@163.com