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发布时间：2021-03-26 16:16所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要:活性污泥代谢状态对印染废水生物法处理效果有重要影响.本实验研究针对现有活性污泥检测方法过程繁琐、耗时长、检测结果滞后的局限,提出了光偏转快速检测法.在污泥负荷为0.33kgCOD/(kgMLSS*d)、水力停留时间为15h的实验室印染废水完全混合式活性污泥处理
摘要:活性污泥代谢状态对印染废水生物法处理效果有重要影响.本实验研究针对现有活性污泥检测方法过程繁琐、耗时长、检测结果滞后的局限,提出了光偏转快速检测法.在污泥负荷为0.33kgCOD/(kgMLSS*d)、水力停留时间为15h的实验室印染废水完全混合式活性污泥处理系统中,投放粒径4mm、具有20μm微孔结构的聚乙烯醇(PVA)凝胶小球以负载微生物,并在小球达到稳定状态后,对其表面处因外界溶液与微生物代谢产物交换产生的浓度梯度变化,借助光斑分析仪进行光偏转检测,与光偏转检测结果相对应的15h后的出水COD及印染废水COD去除率也一并测定.连续十个月的检测发现,小球中富集的主要为细菌,在控制其他运行条件没有明显变化时,当进水COD由91.95mg/L增至519.4mg/L时,小球的光偏转值从229.51μm增加至299.97μm,COD去除率从16.03%提高至66.99%;当DO浓度为1.5mg/L~5mg/L时,小球光偏转值在DO=4mg/L时增至最大为309.3mg/L,对应状态下COD去除率增至最大为61.18%;在pH为6~9时,小球光偏转值在pH=7时增至最大为293.96μm,对应状态下COD去除率也达到最大值为64.83%;当重金属Cr3+浓度从0mg/L增加至50mg/L时,微生物活性逐渐受到抑制,小球光偏转值在Cr3+浓度为20mg/L时降至269.7μm,随后随着Cr3+浓度的增加,微生物细胞受损,胞内物质溶出,小球光偏转值有所增大,对应状态下COD去除率从52.5%持续降低至25.73%.结果表明:该方法可快速获得活性污泥代谢状态变化信息,且依据特定条件下小球光偏转值变化能够预测随后印染废水COD浓度的去除效果.本研究还利用三维荧光光谱初步探究了微生物代谢引发光偏转的机理,发现参与微生物代谢的主要有机物为酪氨酸、芳香类蛋白及色氨酸.
关键词:光偏转快速检测法;活性污泥法;微生物代谢状态;聚乙烯醇(PVA)凝胶小球;COD去除率
印染废水属难处理的工业废水之一,其有效处理是行业可持续健康发展的关键[1].活性污泥法具有适用范围广、运行成本低、可处理的水量大等优点,其对印染废水中的有机物及显色基团有较好的处理效果[2-3],但该方法处理印染废水所需周期较长,且印染废水水质水量、温度、有毒有害物质等变化较大,会影响活性污泥代谢活性[4-6],因而需要对活性污泥中微生物的生长代谢状态进行快速检测,以保证印染废水活性污泥处理系统的出水水质.JochenH等[7]研究表明利用混合液挥发性悬浮物浓度(MLVSS)。
可以与活性污泥中总絮凝体体积引起的氧转移消耗和活性污泥沉降特性获得很好的相关性;章志元等[8]研究表明通过测量污泥沉降比(SV)可随时观察活性污泥的絮凝、沉降性能,判断污水处理系统运行状况;张日霞等[9]通过对西安市第三污水处理厂Orbal氧化沟工艺在运行中的实测结果,归纳出污泥容积指数(SVI)与污泥负荷、溶解氧(DO)浓度之间的相关关系,提出以SVI值指导Orbal氧化沟的工艺运行;刘宝宝等[10]研究表明显微镜技术在细菌生物被膜的检测中具有操作简便、分辨率高等诸多优点;张洛红等[11]研究表明在印染废水生物处理系统工艺参数改变的条件下,ATP法和TTC(氯化三苯基四氮唑)-脱氢酶活性(DHA)法可用于表征活性污泥的性质;WangXF等[12]研究表明比耗氧速率(SOUR)与序列间歇式反应器(SBR)工艺中溶解氧浓度;氧化还原电位(OPR)及pH有较好的相关性,可有效反映SBR工艺的生化反应过程;近些年来,采用其他检测方法及模型模拟来反映污泥性质,为污水处理工艺运行提供数据依据的研究也很活跃[13-16].
当印染废水活性污泥处理系统运行异常甚至崩溃时,则需要较长时间恢复,而目前采用的方法虽然有诸多优点,但普遍存在检测过程繁琐;耗时长;检测结果滞后等局限,从而导致污泥性质检测数据不能快速反映出污泥代谢状态.因此探究一种快速检测活性污泥性质的方法显得尤为重要[17].
本实验研究向实验室印染废水活性污泥完全混合式曝气池中投放聚乙烯醇(PVA)凝胶小球,用来负载活性污泥微生物,采用光偏转快速检测法对PVA凝胶小球中微生物代谢状态进行快速检测,并在控制其他运行条件没有明显变化时,探究进水化学需氧量(COD)、pH、DO浓度、重金属Cr3+浓度对PVA小球光偏转检测结果的影响,印染废水COD去除率也一并测量,得出COD去除率与PVA凝胶小球光偏转检测结果的相关关系,以探究光偏转快速检测法的可行性.本研究最后通过三维荧光光谱,探究活性污泥体系中参与微生物代谢及引发光偏转的主要有机物.
1材料与方法
1.1实验用水、接种污泥与PVA凝胶小球
1.1.1实验用水印染废水采集于陕西省咸阳际华新三零印染有限公司污水处理厂,初始COD为1300mg/L,按实验需要,将其稀释后流入印染废水活性污泥完全混合式曝气池.
1.1.2接种污泥实验污泥取自陕西省咸阳际华新三零印染有限公司污水处理厂回流污泥,接种到实验室印染废水活性污泥处理系统内后MLSS约为2165.4mg/L,SV30约为33%.经实验室处理装置驯化半个月,系统达到稳定状态.
1.1.3PVA凝胶小球实验中的PVA凝胶小球(日本Kuraray公司)为新型微生物固定化载体,其直径为4mm,密度为1.025g/cm3,内部及表面均具有20μm的多孔微结构.
1.2实验内容
1.2.1活性污泥处理系统
本实验研究采用活性污泥完全混合式曝气池探究在进水COD、pH、DO浓度、重金属Cr3+浓度改变时,小球光偏转检测结果及印染废水COD去除率的变化,实验从春季持续到秋季共10个月.将PVA凝胶小球置于容器壁多孔(孔隙直径为3mm)的光滑容器中,PVA凝胶小球投加量与盛放其的容器体积比为1:10,并将PVA凝胶小球容器放置在印染废水活性污泥完全混合式曝气池内部以负载微生物,由空气压缩机(广东日生集团有限公司)提供曝气气体,处理后的印染废水经过沉淀池静置沉淀后出水.具体运行参数为:处理印染废水水量为31.97L/d、污泥负荷为0.33kgCOD/(kgMLSS*d)、水力停留时间为15h、回流比为100%.
2结果与讨论
2.1PVA凝胶小球外观变化与微生物富集情况
2.1.1PVA凝胶小球外观变化
未富集微生物的空白PVA凝胶小球颜色为白色,在印染废水活性污泥完全混合式曝气池中,经过一个月的运行,PVA凝胶小球的状态达到稳定,外观颜色加深,说明小球中富集了一定量的微生物[18-19].
3活性污泥中微生物代谢引发光偏转的机理分析及展望
3.1三维荧光光谱检测
通过三维荧光光谱[38-39]检测发现,印染废水三维荧光峰分别为A酪氨(λex/λem=210.0nm/320.0nm)、B芳香类蛋白(λex/λem=230.0nm/335.0nm)、C色氨酸(λex/λem=280.0nm/320.0nm),这三种有机物的荧光强度分别为2210、8663、8138.说明印染废水中主要的有机物为酪氨酸、芳香类蛋白、色氨酸.对比经印染废水活性污泥完全混合式曝气池处理后的出水,发现酪氨酸、芳香类蛋白、色氨酸的荧光强度分别降为270.7、1032、1138.下降率分别为87.77%、88.08%、86.02%(表2),说明这三类有机物是活性污泥中参与微生物(主要为细菌)代谢的主要有机物.
3.2展望
在活性污泥中,有活性的微生物(Ma)、微生物自身氧化残留物(Me)、吸附在活性污泥上没有被微生物所降解的有机物(Mi)、无机悬浮固体(Mii)甚至是菌胶团中的胞外聚合物(EPS)在不同运行条件下都会对活性污泥本身的性质产生重要影响[40-41],在不同条件下产生何种微生物代谢产物及哪种物质对于光偏转值影响较大还未展开具体探究,后续实验以期深入探究光偏转快速检测法检测活性污泥代谢状态的影响因素及机理,进一步缩短检测时间,并提升检测方法的精度和灵敏度,为日后光偏转快速检测法应用于活性污泥代谢状态的检测、活性污泥处理系统的运行调节及保护、出水水质在线预警提供有效的依据.
4结论
实验表明,在印染废水活性污泥完全混合式曝气池中,采用光偏转快速检测法,检测投放于曝气池内、富集了一定量细菌且达到稳定状态的PVA凝胶小球中细菌的代谢状态是可行的.实验选择对生物无危害且光斑大小合适的激光,当激光无限靠近小球表面时,会发生最大程度的偏折,同时在SprionBeamGage软件上表达出偏折距离,3分钟内就可以快速得出细菌代谢状态的检测结果.
环境方向评职知识：环境工程学报投稿方向
在进水COD、DO浓度、pH、重金属Cr3+浓度变化时,PVA凝胶小球中富集的细菌代谢状态会发生改变,对应的光偏转检测结果也会快速改变.曝气池运行条件改变且状态正常时,细菌代谢状态良好,对应状态下PVA凝胶小球光偏转值快速增大并稳定在较高值,且SD<5pvasd>5.同时在进水COD、DO浓度、pH、重金属Cr3+浓度变化时,依据PVA凝胶小球光偏转值变化,能够预测系统随后15h的出水水质.当PVA凝胶小球光偏转值增大并稳定在较高值,且SD<5codpvasd>5时,对应状态下印染废水COD去除率随之降低,出水水质不稳定。
参考文献：
[1]CarmenS.D.R,LuisM.M,RuiA.R.B.DecontaminationofanIndustrialCottonDyeingWastewaterbyChemicalandBiologicalProcesses[J].Industrial&EngineeringChemistryResearch,2014,53(6),2412-2421.
[2]端正花,潘留明,陈晓欧,等.低温下活性污泥膨胀的微生物群落结构研究[J].环境科学,2016,37(3):1070-1074.
[3]周律,彭标.微量元素对工业废水好氧生物处理的促进[J].清华大学学报(自然科学版),2015,55(6):653-659.
[4]郝思宇,张艾,刘亚男.臭氧与过氧化钙协同降解甲基红废水[J].中国环境科学,2019,39(2):591-597.
[5]唐嘉丽,岳秀,吉世明,等.好氧生化法处理印染废水原水的工艺优化研究[J].环境工程,2016,34(S1):123-125+158.
作者：张洛红*,李芮莹,曹敏,成晶晶,王勋涛,翟迎博,熊鑫
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《印染废水活性污泥代谢状态光偏转快速检测法研究》