肉制品加工污水處理設備
大多數污水脫氮工藝的研究都是采用向污水體系中投加甲醇、葡萄糖等有機物作為碳源。但是,當進水水質不穩定時,易造成投加碳源過量或不足,進而影響脫氮效果和出水水質,還會增加處理成本。目前篩選出的好氧反硝化菌雖然都具有良好的脫氮性能,然而多數菌種只能在高ρ(C)/ρ(N)下生長良好。
利用非水溶性生物降解多聚物(BDPs)作為反硝化菌的載體,在微生物體內酶的作用下進行降解,提供反硝化碳源,是異養反硝化的新工藝。BDPs材料在所給定的條件下一般不會向水中浸出有毒有害物質,與物理化學法相比,BDPs工藝對硝酸鹽氮的去除有高度選擇性,且不會產生高濃度含鹽廢液。固態碳源因具有緩釋碳源的特點,能保證反硝化反應的持續進行,逐漸受到研究者的關注,而其在含鹽污水的微生物脫氮工藝中的應用卻鮮見報道。
利用實驗室篩分的反硝化菌株弧菌,以硝酸鹽氮為氮源,研究以BDPs顆粒作為碳源和生物膜載體應用在低ρ(C)/ρ(N)的含鹽工業廢水脫氮工藝中的可行性,考察碳源、溫度及停留時間等條件對反硝化性能的影響,為固態碳源反硝化工藝提供理論依據和技術支持。
1、實驗材料與方法
1.1 碳源材料
由圖2可以看出,當進水pH值為7.75時,PHA作為碳源的反硝化過程中,水體pH隨著總氮的去除而略有降低,出水總氮質量濃度為6.3mg/L,pH為7.42;在以葡萄糖為碳源的對比實驗中,pH降低更為明顯,出水總氮質量濃度為7.8mg/L時,pH為6.03。上述兩種情況下總氮去除率基本相同,均高于83%,但在反硝化過程中水體pH值反而下降,與周海紅等的研究結果相似。究其原因,可能是體系并未進行消毒,盡管反硝化過程生成堿度,但是反硝化菌以外的其他微生物可能在體系環境中通過自身的生長代謝,消耗堿度,使得水體中的pH值有所降低。因此,生物系統對污水水體中pH的調節機制及顆粒表面生物膜的生物相需要進一步深入研究。
肉制品加工污水處理設備從圖2中還可以看到,BDPs異養生物反硝化效果和傳統碳源具備可比性,可通過改善傳質動力學條件,改善可生物降解材料的材質和表面特性,作為反硝化碳源是行的。
2.3 溫度對脫氮效果的影響
溫度是影響反硝化細菌活性和生物量增殖速率的重要因素,多數反硝化細菌的最適生長溫度為20~35℃。去除含鹽廢水中的硝酸鹽氮,反硝化工藝之前會有系列常規水處理工藝,因此反硝化系統可以放置在室內運行,故本研究選擇考察以PHA為碳源,水體溫度為15℃和25℃時的脫氮效果,實驗結果見圖3。
葡萄糖(化學純);商用聚丁二酸丁二醇酯(PBS),乳白色顆粒;商用聚羥基脂肪酸酯(PHA),白色顆粒。
1.2 實驗用水
實驗采用模擬含鹽廢水:在澄清天然海水中加入適量硝酸鈉和磷酸二氫鉀
從圖3中可知,溫度對反硝化過程影響較大,溫度降低,PHA作為碳源和載體的反硝化速率降低明顯。實驗條件下,在15℃和25℃時,反硝化的平均速率分別為193.7mg(/g·d)、276.4mg(/g·d),15℃時的反硝化速率較25℃時降低30%;TN去除率均在85%以上,TN質量濃度均可降低至10mg/L以下,反硝化反應均可有效進行,這與其他研究得到的結論相一致。研究結果說明即使在冬季,以PHA為載體和碳源的反硝化系統在室內運行時,其反硝化速率也可以維持在一定的水平,通過調整工藝參數,仍可得到良好的脫氮效果。
2.4 停留時間
實驗裝置穩定運行一段時間后,進水TN質量濃度保持在40mg/L左右,考察停留時間對脫氮效果的影響。結果發現停留時間越長,脫氮效果越好,停留時間由4h延長至8h,TN去除率由49.2%提升至93.1%,出水TN質量濃度由20.3mg/L降至2.8mg/L。但水體中TOC濃度也會隨著停留時間的延長而略有升高,這與峰等的研究結論一致,實際生產過程中需重點控制生物量和停留時間。
2.5 固體碳源PHA顆粒變化
將使用后的固體顆粒經沖洗、脫水、自然干燥后,對固體碳源顆粒進行稱量,發現其質量較實驗前均有減少,每實驗周期減輕量均大于0.8g。分別取使用前后的顆粒,經全自動離子濺射儀噴金后,置于掃描電鏡下觀察,結果見圖4。
,pH=7.5。
1.3 實驗用菌
研究所用有氧反硝化菌從天津某海水養殖場底泥中篩得,通過生理生化及16SrDNA鑒定,該菌為Vibriosp.弧菌,命名為MCW152(保藏編號為CCTCCNO.M2018030)。菌種培養采用250mL三角瓶,培養液體積為100mL,培養基為牛肉膏蛋白胨,培養溫度為(30±1)℃,轉速為120r/min,經連續24h的搖動培養后,將反硝化菌培養液以7000r/min的速度離心15min,棄去上層清液,沉淀物留用,視為1份,干質量約為0.3g。
1.4 實驗方法
以序批實驗為主,在1000mL的三角燒杯中加入一定量的BDPs顆粒和1000mL模擬含鹽廢水,然后加入1份有氧反硝化菌培養液沉淀物,用磁力攪拌器低速攪拌,維持污泥的懸浮狀態。定時檢測水體中TN(總氮)和TOC(總有機碳)濃度