試論降解煙堿的厭氧活性污泥培養馴化

王合利 司麗麗

摘 要：在煙堿廢水處理方面，可以采用活性污泥培養馴化技術實現煙堿生物降解。基于這種認識，本文開展了降解煙堿的厭氧活性污泥培養馴化實驗，發現經過70d間歇進水馴化和56d持續進水馴化后可以得到以活性炭為核心的大量厭氧活性污泥，使煙堿日均降解量達到250mg，并且COD去除率達到63%，得到氨氮濃度和pH值穩定的出水。

關鍵詞：煙堿；厭氧活性污泥；日均降解量

1 實驗條件與方法

1.1實驗條件

實驗采用某造紙法煙草薄片生產企業的煙堿廢水，土壤樣品來自堆放煙草廢棄物30a的地表以下20-30cm層土壤。實驗儀器采用容積2L的SBR反應器和帶水浴外筒、容積7.4L的UASB厭氧反應器，配備BT100-2J蠕動泵。在水質監測上，采用EXO2型號監測儀，并采用高效液相色譜儀、紫外可見光光度計和光學顯微鏡進行實驗分析。實驗進水采用煙堿廢水與人工配水混合液，人工配水中包含無機元素和葡萄糖，能夠對氮源和磷源進行補充，促使厭氧活性污泥對煙堿選擇性得到增強。先利用工業氮充氣5min，使溶解于廢水中的氧氣被驅走。利用泵，可以將廢水從反應器底部泵入，自下向上流過反應器，經過水、氣、泥混合后循環進入反應器，最終由反應器排出全部出水。在每個周期，需要在進水中添加一定量煙堿。反應器進水過程中，COD濃度控制為1000mg/L，氮元素和磷元素分別為25mg/L和5mg/L，鈣元素和鎂元素均為100mg/L，煙堿濃度為100mg/L，pH值控制為7。而反應池溫度為35℃，氧化還原電位不超過-200mV。

1.2實驗方法

實驗采用自然培菌法，對樣品土壤中富含的煙堿耐受微生物進行富集培養，脅迫馴化得到能夠降解煙堿的厭氧活性污泥。在實際操作中，需要將土壤加入煙堿廢水中，使厭氧煙堿的耐受微生物得到繁殖和富集。在反應器中，需要加入土壤混合液和混合煙堿廢水，然后進行1g粉末活性炭的添加。充入氮氣后，能夠使泥水均勻混合。每靜置5d后，排出反應器中1/4上清液，補充同體積混合廢水，直至出水煙堿濃度穩定，可以對進水煙堿濃度進行調整，提高至200mg/L，直至濃度再次穩定，可將進水煙堿濃度提高至500mg/L。逐步提高煙堿濃度，是為了使降解微生物適應新水質，能夠較好應對高負荷煙堿沖擊，繼而使系統降解效果保持穩定。經過長時間循環，考慮到馴化期間厭氧活性污泥培養會受到有毒有害物質影響，需要在70d后利用厭氧反應器進行持續馴化，將之前反應器中的污泥和混合廢水投入到厭氧反應器中，將進水煙堿濃度控制為100mg/L。停留48h后，可以對出水煙堿濃度進行測試，直至煙堿降解量穩定可結束污泥培養馴化。針對得到的出水上清液，在離心后利用0.22μm濾膜進行過濾后，可以利用高效液相色譜儀測定煙堿濃度，流動相甲醇和0.1%三乙胺水體積比為50：50，采用C18色譜柱，柱溫35℃，流速1min/mL，進樣量5μL，波長254nm。采用顯微鏡，可以進行污泥形態觀測。采用分光光度法，可以進行COD測定。

2 實驗結果與分析

2.1煙堿降解量分析

在污泥馴化過程中，包含初期70d的反應器間歇進水階段和56d厭氧反應器持續進水階段，時長總計126d。從煙堿日均降解量變化情況來看，在前70d內，隨著馴化時間的延長，煙堿日均降解量不斷提升。在進水中鹽堿濃度不超過200mg/L的情況下，降解量逐步增大。而超過300mg/L后，前5d煙堿日均降解量有所下降。分析原因，與煙堿產生的毒性作用有關，以至于污泥活性受到了影響。在10d-20d內，煙堿日均降解量將重新達到穩定，維持在240mg/d-250mg/d范圍內，能夠達到80%以上煙堿去除率。更換厭氧反應器后，受水力負荷增大和污泥生長環境變化的影響，初期煙堿日均降解量有所降低，但隨后迅速上升。出現這一情況，與持續進水能夠降低污泥代謝產物給污泥活性帶來的影響有關。

2.2活性污泥形態分析

從活性污泥形態觀測情況來看，在馴化時間只有10d條件下，微生物多附著在粉末活性炭上，能夠從一些活性炭上觀察到細菌和絲狀物體，經分析后確認為產甲烷絲菌。在馴化時間達到126d后，活性污泥量明顯增加，呈現出黑色絮狀，多為污泥和活性炭的結合體。在空氣中暴露反應器可以發現，一些原生物能夠對低濃度煙堿進行耐受，并且在空氣中依然活躍。

2.3出水情況分析

從厭氧反應器出水情況來看，污泥馴化初期出水氨氮濃度和pH值發生了較大變化，在馴化時間不斷延長后趨于穩定。其中，pH值整體呈先下降后提升趨勢，從6.5最終提升至7，中間波動幅度較大。氨氮濃度經歷了先提升后下降的趨勢，從5mg/L一度提高至20mg/L，最終下降至13mg/L。分析原因可以發現，煙堿屬于含氮雜環化合物，降解過程中煙堿中的吡咯環和吡啶環將被分解，形成小分子含氮化合物。與此同時，厭氧微生物較少利用氮元素，因此出水氨氮濃度比進水要高。從COD去除情況來看，采用厭氧活性污泥在最初24h內能夠去除41.5%的COD，隨后去除率則有所下降，在72h后達到4.5%，之后則逐步提升。出現這一情況，主要是由于進水初期的混合廢水中含有煙堿和葡萄糖兩個碳源，葡萄糖代謝最快，能夠被微生物盡快利用，從而達到快速去除COD的效果。

3 結論

培養和馴化降解煙堿的厭氧活性污泥，需要經過70d間歇進水馴化和56d持續進水馴化，最終使煙堿日均降解量達到250mg，去除率能夠達到80%左右。馴化得到的污泥以活性炭為核心，呈現出菌膠團的形式，在廢水處理上能夠使出水氨氮濃度和pH值保持穩定，并且達到63%的COD去除率。

參考文獻

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作者簡介：

王合利，男，1988.10.01，山東省新泰市人，本科，畢業于山東建筑大學生物工程專業，無職稱，研究方向，污水處理