制漿中段廢水成分復(fù)雜、色度較高、可生化性較差，一般采用物化法和生化處理相結(jié)合的工藝對(duì)其進(jìn)行處理。生化處理中，活性污泥法由于運(yùn)行方式靈活、費(fèi)用低、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然而，制漿中段廢水的可生化性差，常規(guī)的好氧活性污泥法不能有效去除廢水中的有機(jī)物。

　　在傳統(tǒng)的活性污泥中加入優(yōu)勢(shì)菌，能增強(qiáng)或改善污泥對(duì)特定污染物的降解能力，形成一個(gè)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，從而縮短曝氣時(shí)間，增強(qiáng)處理效果，使出水水質(zhì)保持穩(wěn)定。黨亞攀等將篩選出的缺陷短波單胞菌投加到好氧活性污泥系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，制漿中段廢水的COD_Cr去除率提高了15%以上。熊蔚等將篩選出的6株優(yōu)勢(shì)菌用于處理焦化廢水，廢水處理效果顯著提高。優(yōu)勢(shì)菌在處理垃圾滲濾液、石化廢水等難降解有機(jī)廢水時(shí)也有良好的處理效果。優(yōu)勢(shì)菌的存在提高了特定污染物的去除效果?；旌蟽?yōu)勢(shì)菌(優(yōu)勢(shì)菌群)相對(duì)于單一的優(yōu)勢(shì)菌，具有功能齊全、處理效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。孫友友等把篩選出的多個(gè)純種菌株混合組成的復(fù)合菌群投加到好氧活性污泥系統(tǒng)中處理造紙廢水，處理效果大大改善。這些研究表明，優(yōu)勢(shì)菌的加入能促進(jìn)活性污泥處理廢水的效果，尤其是優(yōu)勢(shì)菌群的加入會(huì)使廢水處理效果更明顯。但要充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)菌群在活性污泥系統(tǒng)中的促進(jìn)作用，菌群中各菌種的合適比例非常重要。

　　本課題組在前期工作中通過(guò)白水馴化獲得了3株優(yōu)勢(shì)菌，分別為B.subtilis、B.cereus和V.pantothenticus，并發(fā)現(xiàn)按35%∶50%∶15%(質(zhì)量比，下同)比例構(gòu)建的優(yōu)勢(shì)菌群對(duì)造紙白水有良好的處理效果。本研究將該菌群用于強(qiáng)化好氧活性污泥以處理制漿中段廢水，考察優(yōu)勢(shì)菌群在不同投加量條件下對(duì)活性污泥處理廢水效果和對(duì)污泥理化特性的影響，以期為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。

　　一、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　實(shí)驗(yàn)用水取自山東某造紙廠制漿中段廢水，制漿原料為楊木片，采用硫酸鹽法制漿。廢水呈淺棕黃色，pH值為6~7，COD_Cr約為800mg/L?；钚晕勰嗳∽岳畲搴訌U水處理廠二沉池。

　　1.2 分析方法

　　COD_Cr采用COD測(cè)定儀(DR1010，美國(guó)HACH公司)進(jìn)行測(cè)定;混合液懸浮固體(MLSS)采用重量法測(cè)定;用硫酸法提取胞外多聚物，胞外多糖(PS)含量采用苯酚-硫酸法測(cè)定。污泥體積指數(shù)(SVI)值采用下述方法計(jì)算。

　　SV₃₀的測(cè)定：反應(yīng)器停止曝氣后，用玻璃棒攪拌均勻，將水樣倒入100mL量筒內(nèi)，沉淀30min后，讀取污泥界面所在的刻度，記作mL/L。

　　MLSS的測(cè)定：將定性濾紙放在烘箱中，溫度調(diào)至105℃進(jìn)行烘干直至質(zhì)量恒定，記錄質(zhì)量m₀，g_。從反應(yīng)器中取混合污泥100mL，用濾紙過(guò)濾，將過(guò)濾后的濾紙放入105℃的烘箱中烘干，記錄質(zhì)量m₁，g_。MLSS(g/L)=(m₁−m₀)/V。

　　SVI(mL/g)=SV₃₀/MLSS。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　向4個(gè)接種污泥量均為3g/L的燒杯中，分別加入0.1、0.3、0.5和0.9g/L由B.Subtilis∶B.Cereus∶V.panto⁃thenticus=35%∶50%∶15%比例組成的優(yōu)勢(shì)菌群，采用制漿中段廢水對(duì)污泥進(jìn)行馴化，并以不投加優(yōu)勢(shì)菌群的體系作為空白對(duì)照組。馴化過(guò)程經(jīng)歷了5個(gè)階段，制漿中段廢水與營(yíng)養(yǎng)液體積比分別為2∶8、4∶6、6∶4、8∶2和10∶0，每個(gè)階段所經(jīng)歷的時(shí)間分別為8、21、12、12和7天。營(yíng)養(yǎng)液組成如表1所示。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1 馴化過(guò)程

　　COD_Cr去除率的變化采用制漿中段廢水對(duì)污泥進(jìn)行馴化的過(guò)程中，COD_Cr去除率的變化如圖1所示。

　　由圖1可知，在整個(gè)馴化過(guò)程中，投加優(yōu)勢(shì)菌群體系的COD_Cr去除率明顯高于不加優(yōu)勢(shì)菌群的空白體系;投加優(yōu)勢(shì)菌群可以強(qiáng)化好氧活性污泥處理廢水過(guò)程，因此其對(duì)廢水的處理效果有所提升。當(dāng)優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L時(shí)，COD_Cr的去除率達(dá)到最大，廢水處理效果最好。投加0.1g/L和0.5g/L優(yōu)勢(shì)菌群體系的廢水處理效果相近，投加0.9g/L優(yōu)勢(shì)菌群體系的處理效果最差，但也高于空白體系。各優(yōu)勢(shì)菌群體系COD_Cr去除率的變化趨勢(shì)基本相同。在馴化第一階段，COD_Cr的去除率波動(dòng)較小。之后每進(jìn)入下一馴化階段，COD_Cr的去除率先下降，之后又提高，這可能是由于提高廢水的比例，對(duì)活性污泥產(chǎn)生了一定的沖擊，但活性污泥能夠較好地適應(yīng)。將制漿中段廢水與營(yíng)養(yǎng)液的體積比例提高到8∶2后，COD_Cr去除率下降幅度較大，可能是因?yàn)榇藭r(shí)廢水所占比例已經(jīng)遠(yuǎn)高于營(yíng)養(yǎng)液所占比例，產(chǎn)生較高的沖擊負(fù)荷，導(dǎo)致COD_Cr去除率降低，但活性污泥仍然能較快地適應(yīng)此配比下的廢水，表明馴化階段基本完成。在整個(gè)馴化過(guò)程中，投加0.3g/L的優(yōu)勢(shì)菌群體系的COD_Cr去除率均為最大，而投加0.9g/L的優(yōu)勢(shì)菌群體系中COD_Cr的去除率僅高于空白體系，這說(shuō)明優(yōu)勢(shì)菌群的投加對(duì)活性污泥系統(tǒng)有影響，但并不是投加量越高，處理效果越好。投加量過(guò)多時(shí)，體系中菌密度過(guò)大，單個(gè)菌表面產(chǎn)生的活性物質(zhì)變少，而活性物質(zhì)可促進(jìn)菌體對(duì)有機(jī)物的吸收。因此，投菌量超過(guò)一定范圍，不利于廢水中污染物的降解。馴化過(guò)程結(jié)束后，投加優(yōu)勢(shì)菌群的體系中，COD_Cr去除率分別達(dá)到69.2%(0.1g/L)、72.9%(0.3g/L)、70.0%(0.5g/L)和60.7%(0.9g/L)，空白體系COD_Cr去除率僅為51.8%。

　　2.2 污泥指標(biāo)的變化

　　MLSS是污泥理化特性的一個(gè)重要指標(biāo)。在制漿中段廢水馴化前后，分別測(cè)定了反應(yīng)體系的MLSS，結(jié)果如圖2(a)所示。SVI可反映污泥的沉降性能，馴化前后的SVI值如圖2(b)所示。

　　馴化前，空白體系與投加優(yōu)勢(shì)菌群體系中的MLSS分別為5.4(空白)、6.1(0.1g/L)、4.9(0.3g/L)、6.3(0.5g/L)和7.2g/L(0.9g/L)。馴化后，各體系的MLSS分別為7.1(空白)、9.3(0.1g/L)、8.6(0.3g/L)、10.4(0.5g/L)和10.0g/L(0.9g/L)。由圖2(a)可知，優(yōu)勢(shì)菌群體系中，MLSS馴化前后的增幅均高于空白組。這一結(jié)果表明，優(yōu)勢(shì)菌群的存在使體系具有較強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力，促進(jìn)了好氧活性污泥系統(tǒng)中微生物的增殖。

　　由圖2(b)可知，各體系的好氧活性污泥SVI值均在55~100之間，處在正常范圍內(nèi)。馴化過(guò)程中，隨著制漿中段廢水負(fù)荷的提高，有毒有害物質(zhì)的濃度不斷提高，空白體系中活性污泥的SVI值提高，沉降性下降;在馴化后，投加優(yōu)勢(shì)菌群體系的好氧活性污泥SVI值均下降，污泥沉降性保持在較好的范圍內(nèi)(SVI值=55~65mL/g)，投加優(yōu)勢(shì)菌群各體系的好氧活性污泥沉降性均優(yōu)于空白體系;其中優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L的體系中好氧活性污泥沉降性最好，投加量為0.1和0.5g/L的體系次之，投加量為0.9g/L體系的好氧活性污泥沉降性最差。這一結(jié)果與2.1中優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L時(shí)，體系對(duì)COD_Cr去除效果最好的結(jié)果相一致。

　　馴化前后PS含量的變化如圖2(c)所示。由圖2(c)可以看出，馴化后各體系PS含量均比馴化前低，且投加優(yōu)勢(shì)菌群的各體系PS含量在馴化前后均小于空白組，優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L的體系中，PS含量在馴化前后均為最低。研究表明，隨著PS含量的提高，污泥的親水性能隨之增大，絮凝性能下降。因此，投加優(yōu)勢(shì)菌群0.3g/L體系的污泥絮凝性最好，這與MLSS和SVI值實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

　　2.3 處理周期的確定

　　COD_Cr去除率隨時(shí)間的變化如圖3所示。

　　由圖3可知，出水COD_Cr去除率達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)(隨處理時(shí)間增加，COD_Cr去除率不再變化)，空白組所需處理時(shí)間為9h，優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3和0.5g/L的體系，所需處理時(shí)間均為8h，比空白體系縮短1h;優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.1和0.9g/L的體系，所需處理時(shí)間為9h。加入優(yōu)勢(shì)菌群后，能夠縮短水力停留時(shí)間；優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L的體系，隨處理時(shí)間的增加，COD_Cr去除率均為最高，增加優(yōu)勢(shì)菌群投加量，處理效果反而會(huì)下降。尤其是優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.9g/L時(shí)，COD_Cr去除率下降尤為明顯，可能的原因是，優(yōu)勢(shì)菌群投加量較高時(shí)，抑制了單個(gè)菌表面所能產(chǎn)生的活性物質(zhì)，且投加的優(yōu)勢(shì)菌群及其他游離菌易隨出水流失，引起污泥絮凝結(jié)構(gòu)破壞。

　　2.4 降解動(dòng)力學(xué)研究

　　在pH值為7的條件下，分別對(duì)空白體系和投加優(yōu)勢(shì)菌群體系(0.1、0.3、0.5和0.9g/L)的反應(yīng)器進(jìn)行降解動(dòng)力學(xué)研究，并與空白組進(jìn)行比較。假設(shè)該降解體系符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程：

　　−dCOD/dt=kCOD

　　經(jīng)積分后得到：lnCODt=−kt+lnCOD0

　　其中，t為反應(yīng)時(shí)間，k為降解速率常數(shù)，COD0為廢水初始COD_Cr濃度，CODt為廢水在t時(shí)刻的COD_Cr濃度。

　　對(duì)5個(gè)體系降解制漿中段廢水動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，做lnCODt~t的關(guān)系圖，得到降解動(dòng)力學(xué)擬合曲線，如圖4所示。各體系的降解動(dòng)力學(xué)方程及降解速率常數(shù)見(jiàn)表2。

　　由圖4和表2可知，投加優(yōu)勢(shì)菌群各體系的降解動(dòng)力學(xué)方程，R2均接近0.9000，所以擬合線性關(guān)系良好，符合假設(shè)，即好氧活性污泥處理制漿中段廢水服從一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)模型。優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L體系的降解速率常數(shù)最大，降解速率最快，0.5與0.1g/L體系的降解速率常數(shù)略小于優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L的體系，與之前確定處理周期實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相吻合，再一次說(shuō)明了投加優(yōu)勢(shì)菌群的體系COD_Cr去除率要高于空白體系。投加優(yōu)勢(shì)菌群為0.9g/L的體系降解速率常數(shù)最低，這表明優(yōu)勢(shì)菌的投加量是有閾值的，超過(guò)這個(gè)閾值反而會(huì)影響COD_Cr的去除效果。這一結(jié)果也與馴化過(guò)程中各體系對(duì)COD_Cr去除率的結(jié)果一致。

　　三、結(jié)論

　　本課題用實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的優(yōu)勢(shì)菌群B.subtilis∶B.cere⁃us∶V.pantothenticus=35%∶50%∶15%(質(zhì)量比)強(qiáng)化好氧活性污泥處理制漿中段廢水，研究了優(yōu)勢(shì)菌群投加量對(duì)廢水處理效果的影響，主要結(jié)論如下。

　　3.1 采用制漿中段廢水對(duì)污泥進(jìn)行馴化的過(guò)程中，投加優(yōu)勢(shì)菌群體系的COD_Cr去除率、MLSS和SVI值等污泥理化指標(biāo)均優(yōu)于空白體系，但污泥絮凝性變差。優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L體系的廢水處理效果最好，理化特性較優(yōu)，馴化結(jié)束后，該投加量體系的COD_Cr去除率可達(dá)72.9%。

　　3.2 投加優(yōu)勢(shì)菌群能縮短廢水處理周期，優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L時(shí)，廢水處理周期為8h，比空白體系縮短1h。

　　3.3 好氧活性污泥處理制漿中段廢水反應(yīng)體系符合一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)模型，優(yōu)勢(shì)菌群投加量為0.3g/L的體系降解速率常數(shù)最大。( >

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