微生物固定化處理甲醇廢水的實(shí)驗(yàn)研究

宋淑英

大唐呼倫貝爾化肥有限公司

微生物固定化處理甲醇廢水的實(shí)驗(yàn)研究

宋淑英

大唐呼倫貝爾化肥有限公司

固定化微生物技術(shù)因包埋針對(duì)性強(qiáng)的微生物，具有細(xì)胞濃度高及抗環(huán)境因素變化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)在污水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而選擇優(yōu)質(zhì)的微生物包埋劑并確定最佳包埋條件是該技術(shù)能否成功應(yīng)用的前提條件。聚乙烯醇(PVA)是一種性能介于塑料和橡膠之間、用途相當(dāng)廣泛的水溶性高分子聚合物，具有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗微生物分解能力強(qiáng)、對(duì)微生物無(wú)毒害及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有使用潛力的包埋材料。筆者以PVA作為微生物包埋材料，研究了PVA的最佳包埋條件。

固定化；海藻酸鈉；聚乙烯醇；甲醇廢水

1 固定化技術(shù)的特點(diǎn)

固定化微生物技術(shù)與傳統(tǒng)懸浮生物處理法相比較，主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)載體對(duì)內(nèi)部的細(xì)胞起一定的保護(hù)作用，能夠使固定細(xì)胞對(duì)有毒底物的耐受能力增強(qiáng)；(2)微生物與載體固定化后，使單位體積內(nèi)能保持很高的生物量濃度，大大的提高了降解速率，減少了生物處理裝置容積；(3)固定化后的成品再生性能較好，能夠反復(fù)使用；(4)反應(yīng)完全后，便于固液分離，提高了出水質(zhì)量。以上幾方面的優(yōu)點(diǎn)決定了微生物固定化技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展中具有一定的優(yōu)勢(shì)。

固定化微生物技術(shù)與傳統(tǒng)懸浮生物處理法相比較，主要缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)包埋材料的不同，會(huì)影響小球的成型，從而影響反應(yīng)效率；(2)固定化小球不易粘連，使固定化小球相對(duì)比較分散，降低了處理能力；(3)具有水溶性膨脹等特點(diǎn)，破壞固定化小球的穩(wěn)定性；(4)包埋材料不夠廉價(jià)，這直接影響到固定化微生物處理技術(shù)的推廣和應(yīng)用；(5)對(duì)于懸浮性污染物，固定化小球處理不夠理想；(6)對(duì)于較低濃度的污染物，固定化小球的性能受到限制。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)用到的主要儀器有：恒溫振蕩器、數(shù)顯恒溫水浴鍋、臺(tái)式自動(dòng)平衡離心機(jī)、掃描電鏡、注射器等。

2.2 主要材料

實(shí)驗(yàn)涉及的主要材料有營(yíng)養(yǎng)液、菌懸液、凝膠劑、交聯(lián)劑及固定化微球。具體制備方法如下：

1)營(yíng)養(yǎng)液：以葡萄糖、氯化銨及磷酸二氫鉀為營(yíng)養(yǎng)元素配制一定體積的母液(COD質(zhì)量濃度為10000mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為2000mg/L)，使用時(shí)取5mL母液用自來(lái)水稀釋至200mL，相應(yīng)COD質(zhì)量濃度為250mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為50mg/L。

2)菌懸液：用量筒取100mL已馴化好的污泥沉降5min，倒掉上清液，再加入100mL生理鹽水沉降5min，再倒掉上清液，如此反復(fù)2次；然后將其放入離心機(jī)內(nèi)，在3000r/min下離心15min；接著用生理鹽水洗滌并離心2次。

3)凝膠劑：按濃度要求稱取一定量的PVA，浸泡24h后用恒溫水浴鍋在90℃左右將其完全溶解后冷卻到40℃左右，按一定質(zhì)量比將活性污泥與載體溶液進(jìn)行混合。

4)交聯(lián)劑：稱取一定量的硼酸、無(wú)水氯化鈣溶于100mL水中，配制成1%的氯化鈣飽和硼酸溶液，并用碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值至7.6備用。5)固定化微球：用注射器(注射器針頭內(nèi)徑2mm)將凝膠劑加壓注射到飽和硼酸溶液中成球，置于0～4℃的冰箱中固化交聯(lián)一定時(shí)間。

2.3 新型固定化硝化菌活性填料

1)新型固定化硝化菌活性填料的制備

將摻加適量親水劑(PVA)的聚丙烯材料制成網(wǎng)筒狀結(jié)構(gòu)作為載體，其直徑為10mm，高為10mm，網(wǎng)孔為正方形，邊長(zhǎng)為2mm，網(wǎng)孔絲徑為1mm；稱取聚乙烯醇(PVA)150g，碳酸鈣30g，活性炭15g，加入750mL超純水后升溫至90℃加熱15min，取出攪拌均勻后再升溫至90℃加熱5min，取出后攪拌均勻冷卻至30℃，得到聚乙烯醇溶液；將750mL硝化菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，制備成1500mL硝化菌包埋液；將上述包埋液均勻涂布在網(wǎng)筒狀載體上，放入飽和硼酸溶液中浸泡2h后，調(diào)節(jié)硼酸溶液pH到9.0，交聯(lián)24h；將其取出，洗凈表面殘留物質(zhì)，得到新型固定化硝化菌活性填料。其物理特性為比重1.01～1.03kg/m3，直徑10mm，高10mm，空隙率75%，堆積密度250kg/m3，比表面積950m2/m3。

2)新型固定化硝化菌活性填料的硝化活性恢復(fù)將制備好的固定化硝化菌活性填料投入到流化床反應(yīng)器中，進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)液配方如1.1所述，反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行參數(shù)為溫度25～30℃，pH8.0～9.0，DO4.0mg/L，固定H R T。每天監(jiān)測(cè)進(jìn)出水氨氮情況，以出水氨氮濃度≤15mg/L作為指示標(biāo)準(zhǔn)，不斷提高進(jìn)水氨氮濃度，繼而提高氨氮去除負(fù)荷，待氨氮去除負(fù)荷穩(wěn)定后，一般為7～10d，即認(rèn)為固定化硝化菌活性填料硝化活性恢復(fù)完全。

3 交聯(lián)條件的選擇

海藻酸鈉與聚乙烯醇在固定化過(guò)程中需要考慮較多的因素，不同的因素對(duì)其影響不同。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)過(guò)短、濃度過(guò)高或過(guò)低、污泥與包埋材料的質(zhì)量比都會(huì)影響固定化效果。海藻酸鈉在交聯(lián)反應(yīng)時(shí)，濃度過(guò)高或者過(guò)低，都會(huì)影響氧氣和底物的相互轉(zhuǎn)移，從而進(jìn)一步影響生物的活性；1：1的包泥量能夠使微生物很好的附著在小球表面；交聯(lián)時(shí)間過(guò)短，交聯(lián)不完全，小球強(qiáng)度彈性受影響，交聯(lián)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低了小球的傳質(zhì)性能。聚乙烯醇在交聯(lián)反應(yīng)時(shí)，濃度越低，手感越軟，強(qiáng)度越差，濃度越高，成球越困難；1：1的包泥量使聚乙烯醇對(duì)微生物的影響較小；交聯(lián)時(shí)間過(guò)短，交聯(lián)不完全，交聯(lián)時(shí)間太長(zhǎng)，又降低了小球的活性；按最佳方案制成球時(shí)，海藻酸鈉小球手感較硬，強(qiáng)度稍差，彈性較好，聚乙醇小球手感稍硬，強(qiáng)度較好，彈性好。

連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)表明，固定化硝化菌活性填料能夠快速適應(yīng)進(jìn)水氨氮濃度變化，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，硝化性能高效穩(wěn)定，氨氮去除負(fù)荷最高可達(dá)到86.45mg/(L·h)，在整體范圍內(nèi)處于較優(yōu)水平，為氨氮廢水處理提供了一種高效、可靠的解決方案。

[1]王玫，劉艷，鄧芳，等.微生物技術(shù)處理甲醇廢水[J].南昌航空大學(xué)報(bào)，2010.

[2]李偉光，時(shí)文歆，趙慶良.固定化生物活性炭處理低濃度甲醇廢水的工程應(yīng)用[J].給水排水，2003.