1、 文章编号 :042727104 (2004) 0420646205高效微生物菌种强化聚酯 ( PET)废水生物处理的试验研究赵美云 , 雷中方(复旦大学 环境科学与工程系 ,上海 200433)摘 要 : 利用 GC2MS等分析方法 ,研究了某高效微生物菌种在用 SBR 法处理聚酯废水时的强化效果与机理 .结果表明 :该高效菌种对降解废水中的大量长链烷烃 ,在缩短启动时间方面有着明显的作用 ,且可使出水 CODcr较普通系统降低 100 mg/ L ,去除率提高 6 % 8 %.关键词 : 高效微生物菌种 ;生物强化 ;聚酯废水 ;SBR中图分类号 : X 172 文献标识码 : A聚酯 (
2、 PET) 是聚对苯二甲酸乙二醇酯 ( Polyethylene Glycol Terephthalate) 的简称 . 由对苯二甲酸( PTA)和乙二醇 ( EG)经过多次缩聚制得 ,是一种重要的化工产品 ,除了传统的聚酯纤维 ,PET 在很多方面都正在取代聚氯乙烯 ,是矿泉水和各种饮料的主要瓶装材料 . 聚酯废水中的有机污染物成分包括苯酚类 ,邻苯二甲酸酯类 ,氧杂环化合物以及炔类 ,醇类和长链脂肪族化合物 ,是一种较难处理的的化工废水 . 生物强化技术是通过向自然菌群中投加一种或多种高效微生物 ,以强化对目标去除物的降解 ,在产生突发或连续的高负荷冲击下保持系统稳定性的一种技术 1 6
3、. 本文选用某企业的高效混合菌处理聚酯废水 ,考察对处理效果的影响 ,探讨此高效菌种在此类废水生物处理中的强化作用 .1 材料与方法1. 1 试验用水本文的实验背景为某大型聚酯切片生产企业 ,该企业水处理设施工艺流程如图 1.图 1 该企业聚酯废水处理工艺流程Fig. 1 Treatment process for the PET wastewater in the factory其中接触氧化池进水 CODcr为 1 400 1 700 mg/ L ,p H5 6 ;出水 CODcr200 300 mg/ L ,p H7 8 ;水力停留时间 48 h ,挂软性填料 . 试验用水取自混合调节池
4、,白色 ,有刺鼻气味 , CODcr 1 578 mg/ L ,p H 5. 66 ,SS 60 mg/ L ,要求 CODcr浓度提高时则在试验用水中增加 UASB 出水占的比例 .收稿日期 : 2004201208作者简介 : 赵美云 (1979 ) ,女 ,硕士研究生 ,通讯联系人 雷中方副教授 .第 43 卷 第 4 期2004 年 8 月复旦学报 (自然科学版 )Journal of Fudan University (Natural Science)Vol. 43 No. 4Aug. 20041. 2 污泥的培养与驯化取上海市曲阳污水处理厂好氧回流污泥 ,以聚酯废水进行间歇驯化 ,
5、每日更换上清液 ,测定 CODcr ,p H ,温度 ,溶解氧等 . 第 3 天 CODcr的去除率便达到 73 % ,之后到第 7 天一直稳定在 70 % 75 %之间 ,污泥浓度 5 g/ L ,且污泥具有良好的吸附和沉降性能 ,镜检观察污泥中有大量的鞭毛虫、钟虫等原生动物和轮虫等后生动物 ,至此活性污泥驯化阶段结束 .1. 3 高效微生物菌种高效微生物菌种 BA01 为国外某公司利用先进的生物工程技术 ,经过特殊筛选、培育出的高效活性菌群 . 使用前用适量聚酯废水溶解 ,水化 ,并曝气 2 h 使其活化 .1. 4 反应器及运行条件采用 3 个 1L 的 SBR 反应器 ,模拟该废水处理
6、的现场状况 ,设定一个周期为 48 h ,其中进水 30 min ,反应 45 h ,沉淀 2 h ,排水 30 min. 采用微孔曝气头充分曝气 ,保持溶解氧 3 4 mg/ L . 反应器 为普通反应器 ;反应器 、为强化反应器 . 3 个反应器中的活性污泥浓度 (ML SS) 均为 4 g/ L . 文中的数据均为 3 次平行试验后的平均值 .根据公司提供的该高效菌种在实际应用中的经验参数及使用要求 ,计算得出该菌种正常使用浓度为0. 2 g/ L (菌种干重 / 废水量 ) ,由此确定实验中反应器 高效菌种浓度为 0. 2 g/ L ,而 号作为对比的高浓度反应器 ,选定菌种浓度为 0
7、. 6 g/ L .1. 5 检测项目及方法CODcr采用快速 COD 测试法 ;溶解氧用 J PB2607 便携式溶氧仪测定 ;p H 值采用 p Hs25 型 p H 计 ; GC2MS采用 Finnigan Voyager 气相色谱 2质谱联用仪 ,色谱柱为 HP25 石英毛细管柱 (30 m 0. 25 mm ,0. 25 m) ,柱温 50 (保持 2 min) 300 (保持 2 min) ;升温速度 10 / min ,汽化温度 :250 ,载气流量 He(1. 0 mL/ min) ,质谱监测器 : EI 源 ,电子能量 70 eV ,源温 200 ,标准库采用 N IST 库
8、 .2 结果与讨论2. 1 聚酯废水水质成分 GC2MS分析结果对该厂进水与出水做 GC2MS 分析 ,进水中共检出 107 种物质 ,其中含量大于 1 %的物质有 20 种 ,共占 78. 3 % ,可归纳为 8 类物质 ,其中两类物质占主要部分 ,第一大类为 13 种长链烷烃 ,占 47. 68 % ;第二大类为 1 ,42二氧杂环乙烷 ,占 19. 40 %. 出水中共检出 100 种物质 ,其中含量大于 1 %的物质有 24 种 ,占总量的 68. 2 % ,可归纳为 9 类物质 ,其中三类物质占主要部分 ,第一大类为 1 ,42二氧杂环乙烷 ,占 26. 97 % ;第二大类为 11
9、 种长链烷烃 ,占 23. 42 % ;第三大类为三种邻苯二甲酸酯 ,占 17. 81 %.图 2 出水中 COD 的变化曲线Fig. 2 COD changes in the effluent普通系统 ; 强化系统 ; 强化系统由分析结果可知 ,该酯化废水中主要有机污染物为长链烷烃和 1 ,42二氧杂环乙烷等杂环类 . 经处理长链烷烃得到部分降解 ,而二氧杂环乙烷和各种多环芳烃降解的中间产物邻苯二甲酸酯类则是难去除的主要物质 2 ,3 .2. 2 正常进水浓度下 CODcr的去除效果本实验中直接采用取自该厂混和调节池的水样作为进水 ,进水 CODcr为 1 578 mg/ L ,p H 5.
10、 5 5. 7 ,普通系统和强化系统的实验结果如图 2 所示 ,从图中可以看出 ,强化系统的出水明显优于普通系统 . 普通系统从第 8 天开始出水 CODcr稳定在310 mg/ L 左右 ,而 、号强化系统的出水 CODcr则较之 号降低了 100 mg/ L ,最终稳定于 200 mg/ L ,去除率提高了 8 %.但高效菌种浓度较高的 号反应器 CODcr去除率并没有746第 4 期 赵美云等 :高效微生物菌种强化聚酯 ( PET)废水生物处理的试验研究明显优于高效菌种浓度较低的 号反应器 . 一般来说 ,投加的高 效菌种浓度越高 ,处理效果提高得越显著 2 ,3 . 由该厂好氧出水的
11、GC2MS 分析可知 ,残留在出水中无法降解的主要为二氧杂环乙烷、长链烷烃和邻苯二甲酸酯类 ,而二氧杂环类和大部分芳香族化合物在好氧处理中很难开环 7 ,8 ,故投加菌量的提高虽然可以降解一部分普通情况下无法降解的物质 ,但仍有部分杂环化合物或芳香族化合物无法被该高效菌种降解 ,这也是强化系统相比普通系统的去除率虽有较明显提高但提高幅度仍较小的原因 . 而此类难降解的有机物往往可以在厌氧过程中改变结构 ,从而更容易降解 9 ,10 ,故更好的解决办法是设法提高厌氧处理率 ,以进一步提高好氧去除率 .2. 3 普通系统与强化系统出水中的有机物组成取稳定运行情况下 号与 号反应器的出水作 GC2M
12、S 分析 ,分析结果如图 3 ,4 所示 . 由分析数据可得 ,出水中主要仍为长链烷烃、二氧杂环乙烷和邻苯二甲酸酯类三类有机物 ,其在普通系统出水与强化系统出水中的相对含量 :从二十二烷到三十五烷的长链脂肪烃分别为 83. 31 %和 44. 89 % ;邻苯二甲酸酯类分别占 6. 73 %和 16. 61 % ;1 ,42二氧杂环乙烷分别占 4. 73 %和 23. 99 %. 由于 GC2MS 谱图中峰的高低由最高峰决定 ,且 1 ,42二氧杂环乙烷隶属二 英类 ,在好氧状态下很难开环 ,在环境中非常稳定 11 ,故分析时若假定在强化系统出水中 ,二氧杂环乙烷也占 4. 73 % ,则强化
13、系统出水中长链烷烃只占 8. 84 % ,邻苯二甲酸酯类共占 3. 27 %. 由此可以得出 ,该高效微生物菌种对聚酯废水中几乎全部的长链烷烃都有很好的降解能力 ,对邻苯二甲酸酯类也有一定的去除效果 .图 3 普通系统出水 GC2MS分析结果Fig. 3 GC2MS analysis result of the controlled system1. 1 ,42二氧杂环乙烷 ;2. 邻苯二甲酸二异丁基酯 ;3. 邻苯二甲酸二丁基酯 ;4. 二十二烷 ;5. 二十三烷 ;6. 二十四烷 ;7. 二十五烷 ;8. 二十六烷 ;9. 二十七烷 ;10. 二十八烷 ;11. 二十九烷 ;12. 三十烷
14、 ;13. 三十一烷 ;14. 三十二烷 ;15. 三十三烷2. 4 不同进水浓度下普通系统与强化系统处理率的比较在同样的反应系统中 ,逐渐提高普通系统和强化系统的进水浓度 ,其相应的出水 CODcr及 CODcr去除率分别见图 5. 从图中可以看出 ,即使进水浓度不断提高 ,强化系统较之普通系统处理率仍高出 4 %10 %. 强化系统在进水 CODcr浓度达到 2 030 mg/ L 的时候出水 CODcr仍可低于 300 mg/ L ,而普通系统的进水在 1 578 mg/ L 时其出水就已经超过 300 mg/ L . 该结果说明在进水浓度较高的情况下 ,强化系统的处理效果仍优于普通系统
15、 . 该实验中 ,普通系统与强化系统都表现出了较好的耐受冲击负荷的能力 ,去除率随着负荷率的提高没有大的降低 . 这也说明该类废水中可降解的有机物的比例是一定的 ,而该高效菌种可以降解的有机物种类也是一定的 .846 复 旦 学 报 (自然科学版 ) 第 43 卷图 4 强化系统出水 GC2MS分析结果Fig. 4 GC2MS analysis result of the bioaugmented system1. 1 ,42二氧杂环乙烷 ;2. 邻苯二甲酸二异丁基酯 ;3. 邻苯二甲酸二丁基酯 ;4. 二十二烷 ;5. 二十三烷 ;6. 二十四烷 ;7. 二十五烷 ;8. 二十六烷 ;9.
16、二十七烷 ;10. 二十八烷 ;11. 二十九烷 ;12. 三十烷 ;13. 三十一烷2. 5 启动时间的比较图 5 是系统启动时普通系统与强化系统的 CODcr去除率的变化 . 该实验中一个周期为 24 h ,其中进水30 min ,反应 21 h ,沉淀 2 h ,排水 30 min. 强化系统则采用实验开始时一次性投加高效菌种 . 从图中可以看出 ,强化系统在 1 d 后去除率即可达到 85 %以上 ,并从第 5 d 开始稳定在 85 %左右 ;而未投加高效微生物菌种的普通系统则在第 3 d 去除率才达到 85 %. 由此可以得出 ,该高效菌种可加速反应器的启动过程 .但从第 6 d 起
17、强化系统的处理效果与普通系统趋于一致 ,一部分原因可能是由于高效菌种是一次性投加 ,且菌种没有采用一定的固定方式 ,于是随着反应时间的延长 ,部分高效微生物悬浮在上清液中随排水流失 ,一部分原因为污泥中的原生动物对高效微生物的捕食使得高效微生物浓度不断降低 12 14 . 解决该问题的关键是采用自固定化或其他固定化技术解决高效菌种随出水流失以及被原生动物捕食的问题 ,保证高效菌种在反应器中的数量与浓度 .946第 4 期 赵美云等 :高效微生物菌种强化聚酯 ( PET)废水生物处理的试验研究该酯化废水中主要有机污染物为长链烷烃类和 1 ,42二氧杂环乙烷等杂环类 . 普通处理系统中长链烷烃得到
18、部分降解 ,而二氧杂环乙烷和各种多环芳烃降解的中间产物邻苯二甲酸酯类则很难去除 . 该高效微生物菌种可以把几乎全部的长链烷烃降解到很低的水平 ,对邻苯二甲酸酯类也有一定的降解效果 . 同时该高效菌种可加速反应器的启动过程 ,并且在进水 COD 浓度较高的情况下 ,强化系统处理效果与稳定性仍优于普通系统 . 在 SBR 系统中投加高效菌种 ,随着反应时间的延长 ,菌种溶解在上清液中随排水流失和被原生动物捕食是造成后期强化效果并不明显的一个主要原因 . 如何保证反应器内所需的微生物浓度 ,有待于进一步的研究 . 另外该废水中极难降解的 1 ,42二氧杂环乙烷是致癌物 ,必须降低其排入环境的量 ,因
19、此需驯化筛选对该杂环化合物和邻苯二甲酸酯类降解性更强的菌种或菌群 ,或加入物理化学的预处理过程 ,以进一步降低这两种有机物在出水中的含量 ,避免危害人类健康 ,同时提高生物强化的总体效果 .参考文献 :1 全向春 ,刘佐才 ,范广裕 ,等 . 生物强化技术及其在废水处理中的应用 J . 环境科学研究 ,1999 ,12 (3) :22227.2 黄 霞 ,陈 戈 ,邵林广 ,等 . 固定化优势菌种处理焦化废水中几种难降解有机物的试验研究 J . 中国环境科学 ,1995 ,15 (1) :124.3 吴立波 ,王建龙 ,黄 霞 ,等 . 自固定化高效菌种强化处理焦化废水研究 J . 中国给水排
20、水 ,1999 ,15 (5) :124.4 Chin K K ,Ong S L , Poh L H. Wastewater treatment with bacterial augmentation J . W ater Science andTechnology ,1998 , 33 (8) :17222.5 Chong N M , Pai S L , Chen C H. Bioaugmentation of an activated sludge receiving p H shock loadings J .Bioresource Technology ,1997 ,59 :23522
21、40.6 Wang J L ,Quan X C ,Wu L B. Bioaugmentation as a tool to enhance the removal of refractory compound incoke plant wastewaterJ . Process Biochemist ry ,2002 ,38 :7772781.7 何 苗 ,张晓健 ,瞿福平 ,等 . 焦化废水中芳香族有机物及杂环化合物在活性污泥法处理中的去除特性J . 中国给水排水 ,1997 ,13 (1) :14217.8 何 苗 ,张晓健 ,顾夏生 ,等 . 杂环化合物好氧生物降解性能的研究 J . 中
22、国环境科学 ,1997 ,17 (6) :4812484.9 何 苗 ,张晓健 ,瞿福平 ,等 . 杂环化合物及多环芳烃厌氧酸化降解性能的研究 J . 中国给水排水 .1997 ,13 (3) :13216.10 何 苗 . 焦化废水中有机污染物经厌氧酸化后对好氧生物降解性能的影响 J . 中国环境科学 ,1998 ,18(3) :2762279.11 Kelly S L ,Aitchison E W ,Deshpande M. Biodegradation of 1 ,42dioxane in planted and unplanted soil : Effect ofbioaugmenta
23、tion with Amycolata sp. CB1190J . W ater Research ,2001 ,35 (16) :379123800.12 Mendoza2Espinosa L ,Stephenon T. Grease biodegradation : Is bioaugmentation more effective than natural popu2lation for start2up ? J . W ater Science and Technology ,1996 , 34 (526) :3032308.13 Yu Z T ,William W M. Bioaug
24、mentation with resin2acid2degrading bacteria enhances resin acid removal in se2quencing batch reactors treating pulp mill effluentsJ . W ater Research ,2001 , 35 (4) :8832890.14 Ro K S ,Babcock R W ,Stenstrom M K. Demonstration of bioaugmentation in a fluidized process treating 12naphthylamineJ . W
25、ater Research ,1997 ,31 (7) :168721693.(下转第 656 页 )056 复 旦 学 报 (自然科学版 ) 第 43 卷A Study on Stomatal Traits of Plata nus Acerif oliaunder Urban StressZHANG Hao , WANG Xiang2rong , WANG Shou2bing( Depart ment of Environmental Science and Engineering , Fudan U niversity , S hanghai 200433 , China)Abstrac
26、t : The foliar stomatal traits of Platanus acerifolia from 14 sites categorized with different stress levels in Shang2hai were studied. Results showed the seasonal variation of stomatal traits was somewhat puzzling , but the data setshowed the significant negative relation between stomatal density (
27、 SD) and stomatal length ( SL ) through all the sam2ple periods : in the early May , SL = - 0. 037 5 SD + 29. 275 , r = 0. 760 9 , p = 0. 004 1 ;and in the late September ,SL = - 0. 025 5 SD + 25. 116 , r = 0. 740 7 , p = 0. 002 4 ;and in the early November , SL = - 0. 033 5 SD + 25. 678 ,r = 0. 715
28、 2 , p = 0. 004 0. The trend showed in sites with high stress levels foliar stomatal length decreased and stom2atal density increased , while in sites with low stress levels variation of foliar stomatal length and stomatal densityshowed the contrary results , which implicated the responses of stomat
29、a to the stressful environment at small scale ,however , the stomatal distribution pattern indices seemed to keep the constant mean type distribution pattern , thus allthese can be interpreted that stomatal density and stomatal length were more sensitive and available to indicate urbanenvironmental
30、stress than the stomatal distribution pattern indices.Keywords : Shanghai ; Platanus acerif olia ; stoma ; urban environmental stress(上接第 650 页 )Study on the Bioaugmentation in the PET Waste waterTreatment Using Dominant BacterialZHAO Mei2yun ,LEI Zhong2fang( Depart ment of Environmental Science and
31、 Engineering , Fudan U niversity , S hanghai 200433 , China)Abstract : Commercially availabe bacterial products have been used in enhancing biodegradability of PET waterwater inthe activated sludge system. GC2MS analysis indicated that this kind of bioaugmentation microorganisms play a greatpart in
32、the biodegradation of all the long chained hydrocarbons ,obviously shortening the start2up period , reducing theCODcr values in effluent as much as 100 mg/ L and increasing the CODcr removal rate by 6 % to 8 %.Keywords : dominant bacterial ;bioaugmentation ; PET industrial wastewater ;SBR656 复 旦 学 报 (自然科学版 ) 第 43 卷
