生物法處理造紙廢水的試驗研究

黃儒霞，蘭善紅，曾威龍，廖樂樂，蘇淑茵，趙敏怡

(東莞理工學院 生態環境與建筑工程學院，廣東 東莞 523000)

目前，我國造紙企業每生產1 t紙產品，就會產生20～40 t的廢水。隨著水資源短缺，生態環境污染日益嚴重，如何達到造紙廢水的“零排放”成為工業廢水處理的頭等難題。本課題旨在通過模擬實驗研究，依據造紙廢水污染特性，研發出專用于造紙廢水處理的復合微生物菌劑，從時間、投加菌量、溫度和pH值等4個方面驗證其處理效果并初步探索其作用機理。將復合微生物菌劑用于二級處理系統，提高了廢水的凈化效果，降低后續深度處理成本。

1 材料與方法

1.1 微生物菌劑

呈黃褐色固體粉末狀，由分離培養的光合細菌、酵母菌和硝化細菌等固化而成。由課題組提供。

1.2 水質參數

實驗廢水取自東莞泰昌紙業有限公司產生的制漿廢水，該廢水經篩網、初沉池、調節池和厭氧池處理。其水質：CODCr為700～900 mg/L，BOD5為115～200 mg/L，SS質量濃度為100～180 mg/L，pH值為7.2，氨氮質量濃度為44～48 mg/L，TP質量濃度為0.3～0.5 mg/L。

1.3 實驗方法

1.3.1 復合微生物菌劑的激活

向50 L的塑料桶里加入10 L蒸餾水，稱取100 g微生物菌劑，加入塑料桶中與水混勻，在室溫下持續曝氣4～6 h，其中菌劑和蒸餾水的質量比為1/100。

1.3.2 不同反應時間對廢水處理效果的影響實驗

取10 L造紙廢水，并添加1 g已激活的復合微生物菌劑，對水樣進行持續性曝氣，每隔1 d取樣測試指標。做三個平行，結果取平均值。

1.3.3 投加菌量對廢水處理效果的影響實驗

分別取造紙廢水10 L，投加菌劑0、0.2、0.4、0.6、0.8、1 g(質量濃度分別為0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 g/L)，以空白，K-1,K-2,K-3,K-4,K-5表示，相同條件下持續曝氣，每隔1 d取樣測試指標，每組實驗做兩個平行樣，結果取平均值。

1.3.4 溫度和pH值對廢水處理效果的影響實驗

在以上基礎運用控制變量法分別確定溫度和pH值單變量對該菌劑處理造紙廢水的影響，每組實驗做兩個平行樣，結果取平均值。

1.4 檢測方法

CODCr采用微波消解法測定；氨氮采用納氏試劑分光光度法。

2 結果與分析

2.1 不同反應時間對廢水處理效果的影響

取10 L造紙廢水，添加1 g已激活的復合微生物菌劑，對水樣進行持續性曝氣，每隔1 d取樣測試指標，結果見圖1和圖2所示。

從圖1和圖2可以看出,CODCr、氨氮濃度都隨著反應時間的增加而降低，水樣初始CODCr濃度為790.4 mg/L，開始時CODCr濃度變化幅度較小，第四天降解速度突然加快，降到最低的205.4 mg/L，此時CODCr的去除率達到最大的74%，第五天后，CODCr濃度趨于穩定，稍微還有升高。由于造紙廢水成分較為復雜，微生物需要一定的時間去適應，所以開始階段CODCr的降解速度特別慢，經過一段時間的適應后，微生物迅速增殖，利用廢水中的有機物新陳代謝，消耗有機物，CODCr快速降低。雖然未能達到《制漿造紙工業水污染物排放標準(GB3544-2016)》規定的排放標準限值150 mg/L，但后續再進行混凝沉淀即可達標排放。初始氨氮濃度為47.78 mg/L，隨著反應時間逐漸降低，在第四天后降到最低的8.72 mg/L，去除率達到81%，低于GB3544-2016 規定的排放標準限值10 mg/L，無需后續深度處理即可達標排放。綜合考慮時間、經濟成本，反應時間應選為84～96 h。

圖1 反應時間對CODCr降解效果的影響Fig.1 Effect of reaction time on the degradation effect of CODCr

圖2 反應時間對氨氮降解效果的影響Fig.2 Effect of reaction time on the degradation of ammonia nitrogen

2.2 投加菌量對廢水處理效果的影響

實驗結果見圖3。從圖3可以看出，當復合微生物菌劑的投加量較少時，廢水CODCr的去除效果隨著菌劑投加量的增加而提高，此時廢水中的有機物質含量較高，投加的微生物量少，微生物可充分利用基質進行新陳代謝，消耗廢水中的有機物。當投放量增加到一定量時，廢水中微生物增多，微生物缺乏營養物質而死亡，會直接導致廢水中有機物濃度升高，降低了對廢水的處理效果。原液的CODCr濃度為783.4 mg/L，氨氮濃度為45.69 mg/L。反應時間為96 h時，廢水的CODCr、氨氮的去除率最高。

圖3 不同復合微生物菌劑投加量對廢水CODCr的去除效果Fig.3 The removal efficiency of CODCr in wastewater with different compound microbicides

取96 h時的數據進行分析如圖4、圖5所示，當復合微生物菌劑的投加量為0.8 g/L時，去除率達到最佳。綜合考慮，10 L造紙廢水的最佳處理組合是96 h，投加0.8 g菌種。

圖4 反應96 h后菌劑不同投加量對廢水的CODCr去除效果Fig.4 The effect of different dosage of the bacteria after 96 h on CODCr removal of wastewater

圖5 反應96 h后菌劑不同投加量對廢水的氨氮去除效果Fig.5 The effect of different dosage of bacteria on ammonia nitrogen removal in wastewater after 96h reaction

2.3 溫度對廢水處理效果的影響

圖6 反應96 h后不同溫度對廢水的CODCr去除效果Fig.6 The effect of different temperature on CODCr removal of wastewater after 96h reaction

溫度與廢水處理效果的關系見圖6和圖7。溫度為15℃時，CODCr的去除率為70%，當溫度為25℃時，CODCr的去除率達到最高的75%。隨后又隨著溫度的升高去除率下降，溫度達到35℃時，去除率下降到68%。圖7反映出溫度在15～35℃時，氨氮的去除效果隨著溫度的升高而提高，但是并不能表明溫度越高越好。限于實驗條件，我們沒有再深入的探討最適的氨氮去除溫度，希望我們的數據能為后續研究者提供參考。

圖7 反應96 h后不同溫度對廢水的氨氮去除效果Fig.7 The effect of different temperature on ammonia removal of wastewater after 96h reaction

2.4 pH值對廢水處理效果的影響

對于微生物，水體中的pH值直接影響到微生物的代謝過程，如酶促反應、細胞通透性、對營養物質的吸收等均需要合適的pH值。想要得到廢水最佳的去除效果，必須要探究最適宜的pH值。實驗結果如圖8、圖9。

圖8 反應96 h后不同pH值對廢水的CODCr去除效果Fig.8 The effect of different pH values on CODCr removal of wastewater after 96 h reaction

可以看到：pH值為8時，CODCr、氨氮都達到了最大的去除率，分別為75%、83%。其中，pH值為7～8時，對CODCr的降解影響較小，去除率幅度在71%～75%之間。氨氮的去除對pH值較敏感，當pH值為5時，氨氮的去除率僅為30%，遠低于pH值為8時最高的83%。pH值為7～8時，對氨氮的降解幾乎沒什么影響。故最適宜的pH值為7～8。原液的pH值為7.2左右，考慮到綜合成本因素，在實際處理造紙廢水時，無需再調節其pH值。

圖9 反應96 h后不同pH值對廢水的氨氮去除效果Fig.9 The effect of different pH values on ammonia removal of wastewater after 96 h reaction

3 結論

該菌劑的最佳降解條件為：25 ℃時，pH值為7～8條件下，用量0.8 g/L,持續曝氣96 h。在最優條件下，該復合微生物菌劑對CODCr、氨氮的去除率分別達到75%、83%。該菌劑投加量對廢水處理效果的影響較明顯，特別是對氨氮的降解效果；但它對于溫度和pH值的適用范圍較寬?？傊?，對造紙廢水的降解效果顯著，且在自然條件下處理效果也不錯，具有較高的經濟適用價值。