探究醫(yī)藥廢水活性的影響因素

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1高質量濃度Cl-對好氧細菌影響的試驗設計

首先培養(yǎng)好氧污泥,然后,每天向1#培養(yǎng)池滴加污水和NaCl混合液,向2#培養(yǎng)池滴加廢水作為空白試驗。兩個培養(yǎng)池各自勻速進水12h,間隔12h后再繼續(xù)滴加,如此循環(huán)操作,同時保證每天的進水量與出水量相等。每天測量兩個培養(yǎng)池的DO、SV30%、COD、Cl-,觀察生物鏡相,累計記錄20d的試驗數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)的整理,確定處理高氯廢水時好氧細菌所能承受的Cl-質量濃度臨界值。

2試驗

儀器與材料25L污泥桶2個,500mL燒杯2個,曝氣管1組,XSP-BM-2CA生物顯微鏡,載玻片和蓋玻片若干,LDO便攜式溶解氧分析儀,便攜式電子天平,100mL的量筒3支,帶250mL錐形瓶的全玻璃回流裝置(取樣量在30mL以上,采用500mL錐形瓶的全玻璃回流裝置),DW-5K調溫電熱器,50mL棕色酸式滴定管,250mL錐形瓶,50mL容量瓶,10mL和20mL移液管等。廢水中的Cl-對COD值測定的準確性有一定的影響,為了消除Cl-的干擾,提高COD值測定的重現(xiàn)性和準確度,本文采用屏蔽Cl-的國標法,即汞鹽法(硫酸汞絡合法)測定COD值。試驗步驟，操作控制參數(shù)曝氣裝置的曝氣量控制在6·4mg/L;每桶每天進水量1·8L/d,出水量1·8L/d;污泥體積每桶12·5L;廢水pH值調為中性;向其中一桶分20d投加NaCl,每天投加NaCl10·5g,充分攪拌;設兩個滴加裝置,控制每天持續(xù)滴加12h,每天上午10:00出水,10:30進水。COD值測定所需試劑的制備參考文獻,制備重鉻酸鉀標準溶液(K2Cr2O7)的方法為:稱取優(yōu)質純重鉻酸鉀(預先在120℃烘干2h)12·258g溶于水中,移入1000mL容量瓶中,稀釋至標準線,搖勻。試亞鐵靈指示液:稱取1·485g鄰菲啉(C12H8N2·H2O)、0·695g硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)溶于水中,稀釋至100mL,儲于棕色瓶內(nèi)。硫酸亞鐵銨標準溶液((NH4)2Fe(SO4)2·6H2O):將39·5g硫酸亞鐵銨溶于水中,邊攪拌邊緩慢加入20mL濃硫酸,冷卻后移入1000mL容量瓶中,加水稀釋至標線,搖勻。臨用前,用重鉻酸鉀標準溶液標定。準確吸取10·00mL重鉻酸鉀標準溶液于500mL錐形瓶中,加水稀釋至110mL,緩慢加入30mL濃硫酸,混勻。冷卻后,加入3滴試亞鐵靈指示液(約0·15mL),用硫酸亞鐵銨溶液滴定,溶液的顏色由黃色經(jīng)藍綠色至紅褐色時停止滴定。硫酸-硫酸銀溶液:于500mL濃硫酸中加入5g硫酸銀,放置1~2d,不時搖動使其溶解。Cl-質量濃度測定所需試劑的制備所需試劑參照文獻制備。硝酸銀標準溶液:稱取2·395g硝酸銀,將其溶于蒸餾水并稀釋至1000mL,貯存于棕色瓶中。鉻酸鉀指示液:將10g鉻酸鉀溶于少量水中,滴加上述硝酸銀至有紅色沉淀生成,搖勻。靜置12h后過濾,并用水將濾液稀釋至100mL。酚酞指示液:稱取0·5g酚酞,將其溶于50mL95%的乙醇中,加入50mL水,再滴加0·05mol/L氫氧化鈉溶液,使溶液呈現(xiàn)微紅色。硫酸溶液(1/2H2SO4):0·05mol/L。0·2%(g/mL)氫氧化鈉溶液:稱取0·2g氫氧化鈉,溶于水中并稀釋至100mL。氫氧化鋁(Al(OH)3)懸浮液:溶解125g硫酸鋁鉀(KAl(SO4)2·12H2O)或硫酸鋁銨(NH4Al(SO4)2·12H2O)于1L蒸餾水中,加熱至60℃,然后邊攪拌邊緩緩加入55mL氨水。放置約1h后移至一個大瓶中,用傾斜法反復洗滌沉淀物,直到洗濾液不含氯離子為止。加熱至懸浮液體積為1L。COD值與Cl-值測定方法采用國標汞鹽法測定COD值,采用國標硝酸銀法測Cl-質量濃度。

3測定

用兩量筒分別取出100mL污泥水樣,觀察上清液的濁度,是否有漂泥現(xiàn)象,觀察后拍樣。用溶解氧儀分別測兩桶污泥的DO質量濃度,測出4組數(shù)值后取平均值,計算DO質量濃度。取1滴水樣至載玻片上,加上蓋玻片后放到生物顯微鏡下觀察好氧污泥中細菌的種類、數(shù)量及生命活動狀態(tài),然后取40倍微生物鏡相。

4數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析20d的試驗觀察記錄與數(shù)據(jù)處理結果。Cl-質量濃度對COD值、DO質量濃度的影響加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關系和不加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關系。在加NaCl的試驗中,COD值總體變化趨勢呈4個階段。第一階段是NaCl投加的初級階段,當Cl-質量濃度為1919~3175mg/L時,相應的COD值在456~653mg/L范圍內(nèi)不斷增加。這種增加現(xiàn)象是因為污泥中的細菌開始對于不斷增加的Cl-質量濃度表現(xiàn)出耐受性,即處于馴化期。第二階段,隨著Cl-質量濃度的不斷增加,污泥菌種逐漸恢復生物活性,當Cl-質量濃度為3175~4294mg/L時,相應的COD值在653~472mg/L范圍內(nèi)不斷降低,說明污泥細菌處理有機物的效果越來越好。第三階段,當Cl-質量濃度為4294~5146mg/L時,相應的COD值在472~460mg/L范圍內(nèi)較為穩(wěn)定,當Cl-質量濃度為4898mg/L時,COD值最低,為456mg/L,即此為好氧細菌處理效果最好的階段。第四階段,當Cl-質量濃度為5146~7911mg/L時,相應的COD值在460~831mg/L范圍內(nèi)不斷增加。這是因為污水中的Cl-質量濃度已經(jīng)超出了好氧細菌的承受能力,當Cl-質量濃度達5000mg/L以上時,好氧細菌體內(nèi)水分子大量滲到體外,細胞發(fā)生質壁分離,細菌降解能力與活性均不斷下降,直至出現(xiàn)細菌死亡,即生物衰亡期。在空白對照試驗中,Cl-質量濃度幾乎保持在1900~2000mg/L,相應的COD值在440mg/L左右浮動。這說明在常溫、中性及各項指標不發(fā)生變化的條件下,穩(wěn)定的Cl-質量濃度對廢水COD值幾乎沒有影響。加NaCl的試驗中,隨著Cl-質量濃度的增加,DO質量濃度總體變化趨勢為穩(wěn)定—減少—增加3個階段。第一個階段,當Cl-質量濃度為1919~3656mg/L時,相應的DO質量濃度保持在6·4mg/L左右,其中,當Cl-質量濃度為3175mg/L時,DO質量濃度升高,說明此時好氧細菌已經(jīng)對不斷增加的Cl-呈現(xiàn)出一定的耐受性。第二個階段,當Cl-質量濃度為3656~4898mg/L時,相應的DO質量濃度在6·4~5·3mg/L范圍內(nèi)不斷下降,當Cl-質量濃度為4898mg/L時,曲線出現(xiàn)最低點,即此時污泥好氧細菌單位時間的耗氧量最大,因此其降解有機物的能力最好。第三個階段,Cl-質量濃度由4898mg/L繼續(xù)增加,相應的DO質量濃度也不斷升高,直至8·1mg/L,說明Cl-質量濃度的增加程度超過了好氧細菌自身的耐受極限,好氧細菌開始逐漸失去活性,大量死亡。由圖2可知,在空白對照試驗中,DO質量濃度由于Cl-質量濃度較為穩(wěn)定而幾乎不發(fā)生變化,在6·4mg/L左右浮動。這說明試驗中影響好氧細菌活性的變量是高質量濃度的Cl-。

3.1Cl-質量濃度對COD值與SV30%值的影響

加鹽廢水Cl-與COD、SV30%間的關系和不加鹽廢水Cl-與COD、SV30%之間的關系分別見圖3和4。由圖3可知,在加NaCl的試驗中,隨Cl-質量濃度的增加,SV30%值總體變化趨勢是先保持穩(wěn)定,然后持續(xù)降低。以Cl-質量濃度值為4988mg/L時為分界點,之后SV30%有明顯圖1加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關系Fig.1RelationbetweenCl-,CODandDOofsaltwastewater圖2不加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關系Fig.2RelationbetweenCl-,CODandDOofwastewaterwithoutsalt的下降。同時,試驗中可以發(fā)現(xiàn)污泥出現(xiàn)松散漂泥、上清液渾濁現(xiàn)象,這主要是由于高質量濃度Cl-產(chǎn)生的較高滲透壓促使大量的水分子從好氧細菌體內(nèi)滲透到體外,細胞失水而發(fā)生質壁分離,好氧細菌開始大量死亡。由圖4可知,在空白對照試驗中,在Cl-質量濃度保持穩(wěn)定的前提下,SV30%保持相對穩(wěn)定,說明當Cl-質量濃度不變時,SV30%也不發(fā)生變化。

3.2好氧細菌鏡像分析

微生物鏡相(放大40倍)顯示,在投加NaCl的試驗中,細菌種類較多,鐘蟲的鏡像比較明顯。當Cl-質量濃度為2379mg/L(圖5)時。微生物處于馴化期,馴化期內(nèi)的草履蟲、鐘蟲為主要的好氧細菌,但鐘蟲數(shù)量并不是很多。當Cl-質量濃度值為4898~5146mg/L時,鐘蟲大量繁殖,草履蟲數(shù)量減少,線形蟲存在但不多,這個時期是污泥處理效果較好的階段。這一現(xiàn)象與加鹽試驗中廢水Cl-與COD、DO之間的影響關系結論相吻合。當Cl-質量濃度值增加到7731mg/L時,線形蟲和草履蟲數(shù)量幾乎為0鐘蟲和豆形蟲數(shù)量也迅速減少。而空白試驗中的菌種以線形蟲、草履蟲、鐘蟲為主,豆形蟲很少,菌種變化不明顯。

5結論

好氧微生物分別處于馴化期、恢復期、最佳穩(wěn)定期和生物衰亡期。其中,當Cl-質量濃度為4898mg/L時,COD值最低,為456mg/L,即在該階段好氧細菌處理效果最好。同時,微生物鏡相表明,馴化期內(nèi)草履蟲、鐘蟲居多;最佳穩(wěn)定期內(nèi)鐘蟲居多,草履蟲數(shù)量減少,線形蟲存在但不多;此后線形蟲和草履蟲的數(shù)量幾乎為0,鐘蟲和豆形蟲數(shù)量也迅速減少。因此,活性微生物處理醫(yī)藥行業(yè)高氯廢水的進水臨界Cl-質量濃度為4898mg/L。在投加NaCl的試驗中,隨Cl-質量濃度的增加,DO質量濃度呈現(xiàn)出穩(wěn)定—減少—增加3個階段。第一個階段,當Cl-質量濃度值為3175mg/L時,DO質量濃度升高,說明此時好氧細菌已經(jīng)對不斷增加的Cl-質量濃度呈現(xiàn)出一定的耐受性。第二個階段,當Cl-質量濃度達到4898mg/L時,DO質量濃度為曲線的最低點,即此時污泥好氧細菌單位時間的耗氧量最大,且降解有機物的能力最佳。在空白對照試驗中,Cl-質量濃度保持在1900~2000mg/L,相應的COD值為(440±10)mg/L,DO質量濃度為(6·4±1)mg/L,SV30%保持在(28±3)mg/L,說明在常溫、中性條件下,穩(wěn)定的Cl-質量濃度對廢水COD值幾乎沒有影響。

作者：趙曉亮 齊慶杰 趙國智 王而力 李健 單位：遼寧工程技術大學