制糖污水治理效果提升研究

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小分子物質篩選

添加各小分子物質經PSB處理72h后的COD去除率和菌體干重如圖1所示,可見投加小分子物質能提高制糖廢水的處理效果,其中蘋果酸組效果最好,COD去除率高達85%,比空白組提高65%。菌體干重與COD去除率有近似的趨勢,其中添加蘋果酸后菌體干重最高,為1250.9mg/L,比空白組提高了12%。投加不同小分子物質,處理效果差異較大,這是由于碳原子數少的化合物一般更容易被PSB利用,因此,四碳化合物蘋果酸、琥珀酸鈉、酒石酸鉀鈉比六碳化合物葡萄糖更有利于提高PSB處理制糖廢水的效果;盡管乙醇為二碳化合物,但由于乙醇濃度過高會毒害菌體,故其促進效果并不佳。四碳化合物中,蘋果酸對PSB處理制糖廢水的促進作用更為明顯這是由于蘋果酸為三羧酸循環的中間產物,可以直接進入三羧酸循環,比琥珀酸鈉、酒石酸鉀鈉更容易轉化成有利于三羧酸循環正向運行的草酰乙酸。圖1小分子物質對PSB處理制糖廢水效果的影響

不同微量元素對PSB處理制糖廢水效果的影響

添加蘋果酸的試驗組72h出水COD質量濃度為397mg/L,高于我國《制糖工業水污染物排放標準》(GB21909—2008)限值。為進一步提高PSB處理制糖廢水的效果,繼續研究了微量元素的影響。以下試驗均在投加蘋果酸的基礎上進行。微量元素Zn、Fe、Cu對PSB的生長具有重要作用,是細菌體內多種酶的組成元素,參與一系列生物代謝活動[1],故針對Zn、Fe、Cu三種微量元素進行處理效果的優化研究。

1COD去除率變化

由圖2知,各濃度的Zn和Fe均能提高PSB處理制糖廢水的效果,而投加Cu對PSB處理制糖廢水產生抑制作用。圖2(a)顯示,在各時間點,COD去除率隨Zn投加濃度增加而增加,濃度為2.0mmol/L時效果最好,72h時COD去除率達90%。由圖2(b)知,Fe投加濃度為1.5mmol/L時效果最好,72h時其COD去除率為95%。從圖2(c)可以看出,投加各濃度Cu后,廢水處理效果均下降,濃度為1.0mmol/L時最終COD去除率為81%。因此,對于PSB處理制糖廢水COD去除率來說,COD去除率大小有以下規律:Fe>Zn>對照組>Cu。就COD去除率來看,微量元素Fe對PSB處理制糖廢水具有最佳促進作用。

2總糖去除率變化

制糖廢水中糖分含量高,是主要的碳源物質,故可用總糖去除率代表制糖廢水中主要污染物的去除。由圖3可知,添加不同濃度Zn、Fe的試驗組,總糖去除率均比對照組高,且同一微量元素濃度不同時,總糖去除率接近;添加Cu的試驗組,總糖去除率均比對照組低。從總體上看,總糖去除率與COD去除率規律近似。在第72h,Fe投加濃度為1.5mmol/L時總糖去除率最高,為97%。

3菌體干重變化

由圖4可知,PSB菌體干重隨時間的增加,投加不同濃度Zn和Fe時,都能提高菌體產量。由圖4(a)可見,菌體干重隨Zn投加濃度增加而逐漸增加,濃度為2.0mmol/L時,菌體生長最好,第72h時,菌體干重為1401.8mg/L。圖4(b)顯示,各濃度Fe均能較好地促進菌體生長,且各組之間差別較大:1.5mmol/L>2.0mmol/L>1.0mmol/L>0.5mmol/L>對照組,72h時,1.5mmol/L組的菌體干重為1635.4mg/L,比對照組高出30%。由圖4(c)可知,適當濃度的Cu能促進菌體生長,過量投加則會對菌體生長產生明顯抑制作用。當濃度不超過1.0mmol/L時,菌體產量隨投加濃度增加而提高,濃度增至1.5mmol/L時,對菌體生長產生抑制作用。菌體產率(Biomassyield)定義為菌體增量與COD去除量的比值,可以體現細菌將水中有機物轉化為菌體的能力,是重要的化學參數[1]。在第72h時,對照組以及添加各最佳濃度Zn、Fe、Cu試驗組的菌體產率分別為0.378、0.420、0.491、0.561(mg菌體增量/mgCOD去除量)。由此可見,添加微量元素對于提高菌體產率具有較大促進作用。投加Fe效果最為顯著,說明微量元素Fe在微生物體內具有重要功能,它是胞內氧化還原反應電子傳遞體系中重要的電子載體,Fe不足時,會影響酶的合成,阻礙微生物生長代謝過程,還會導致糖酵解過程的變化。因此,在PSB處理制糖廢水時,投加Fe是一種較好的改進措施,其最佳投加濃度為1.5mmol/L。

本文作者：盧玉鳳1張光明1,2作者單位：1哈爾濱工業大學市政環境工程學院中國人民大學環境學院