优势光合细菌处理炼焦废水的研究

文章编号:049026756(2005)0521001204收稿日期:2004212220;修回日期:2005207205基金项目:陕西省2002国际合作计划项目(2002KW 226)作者简介:崔双科(1971-),男,工程师,现在陕西省现代建筑设计研究院环保所从事环境保护方面工作.优势光合细菌处理炼焦废水的研究崔双科1,郭战英1,于　翔2(1,陕西省现代建筑设计研究院　西安710048;2,西安工程科技学院环境与化学工程学院　西安710048)摘要:研究了从炼焦废水生物处理系统中分离出的PSB 菌对炼焦有机废水的静态处理及动态处理试验,同时对PSB 降解有机污染物的机理进行了探讨.结果表明,在p H 为7及有氧条件下,PSB 对炼焦有机废水有较好的处理效果,其有机物去除效率基本都在90%以上,脱酚效率达96%以上,氰化物去除率高达92%,氨氮去除效果在68%以上.关键词:光合细菌　炼焦废水　降解中图分类号:X 703 文献标识码:A1　前言光合细菌(photosynthetic bacteria 简称PSB )是进行不放氧光合作用的一大类细菌总称,由于光合细菌能忍受高浓度有机物,具有去除和分解有机物的能力,因此,人们研究利用光合细菌这一独特的生理性质来处理高浓度有机废水.光合细菌的独特结构和可随生长条件的变化而灵活地改变物质能量代谢形式,是其能在有机废水处理中大显身手的根本原因.研究表明,PSB 既不像好氧的活性污泥法那样受污水中溶解氧浓度的限制,可利用光能进行高效的能量代谢;又不像严格的厌氧处理那样对氧存在的高敏感性,它可在有氧条件下分解有机物,通过氧化磷酸取得能量.PSB 处理有机废水有以下几方面的优点:第一、BOD 负荷可高达2～7kg/m 3・d ,且可承受BOD 负荷的大幅变动;第二、基建费用、占地面积、设备投资、动力消耗、处理成本均比活性污泥法低;第三、管理方便,在10～40℃范围内均可运行;第四、除氮除油效果好,耐盐能力高(耐NaCl20%),对氰、酚等毒物有一定的忍受和分解能力;第五、能处理含环状化合物的有机合成废水[6].2　PSB 处理有机废水的静态研究 目前常用于有机废水处理的光和细菌主要有红螺菌科的胶质红假单孢菌(Rhodopseudom nas gelati 2nosa )、球形红假单孢菌(R ・sphaeroi der ).2.1　实验材料及PSB 特性PSB 分离于炼焦废水处理系统的厌氧处理单元,分离用培养基为:有机物1.5～2g ,(N H 4)2SO 41g ,NaCl 2g ,NaCO 35g ,K 2HPO 40.5g ,MgSO 4・7H 2O 0.2g ,蒸馏水1000mL ,p H 7.0,在厌氧光照,温度28～30℃条件下培养(以下各试验均在该温度条件下进行[1]).分离出的PSB 成革兰氏阴性反应,呈单个细胞卵园和球形,菌落为玫瑰红色,湿润光滑,易于用接种针挑起,生理生化性质还有待于进一步鉴定.菌体液体培养物为深红色,液体培养后的菌悬液含单个菌量为2.6～2.8亿个/mL ,对菌悬液进行离心浓缩,浓缩物为深红色粘稠状,该种PSB 能够忍受高浓度有机物,具有去除和分解有机物的能力.2005年10月第42卷第5期四川大学学报(自然科学版)Journal of Sichuan University (Natural Science Edition )Oct.2005Vol.42No.52001四川大学学报(自然科学版) 第42卷2.2　仪器设备及测定方法 BOD采用五日生化需氧量法.仪器有5B26型COD速测仪、P YX2DHS250×65型恒温培养箱、SPX2 2502G型光照培养箱、培养瓶、500mL三角瓶、800型离心机等.3　PSB处理炼焦废水的静态研究 将浓缩后的光合细菌菌悬液20mL与100mL不同的炼焦废水混合置于光照培养箱中密封,在光照条件下慢速震荡,30天后取出,在冰箱内放置2天,离心分离取其上清液测定主要指标,结果如表1:表1　PSB对炼焦废水的处理结果Tab.1　The experiment result is PSB in coking wastewater treatment废水主要指标原水(mg/L)出水(mg/L)去除率(%)炼焦废水1COD270031598炼焦废水2COD265025097.9炼焦废水3COD315052696从表1可以看出,炼焦废水经过光合细菌处理以后,其有机物去除率都在90%以上,从处理结果来看,PSB处理炼焦废水未能达到排放要求,还需要进一步进行好氧生物处理.4　PSB处理炼焦废水的动态研究 为了对PSB处理炼焦废水有进一步的研究,特进行了PSB处理炼焦废水的动态试验.焦化废水因含多环芳烃及杂环芳烃,经生物处理后,二沉池出水COD不能达标排放[2,3].并且这类物质对常规生物处理系统中的微生物具有生物陌生性及毒性,很难在短时间内被活性污泥中的微生物利用而进入物质循环,有时还会使处理系统出现故障,使微生物受抑制,数量减少或大量中毒死亡,致使系统出水水质恶化.该研究采用的PSB就是在焦化废水的生物处理中分离出的优势菌种,对焦化废水中的特殊成分有很好的适应性和耐受性,研究以COD为控制指标. 由于PSB细胞内具有进行光合作用的载色体,可进行光合磷酸化和光氧化还原反应.在好氧黑暗条件下,这种载色体消失,它通过三羧酸循环来进行有机酸代谢.在厌氧光照条件下,这一循环受阻,便迅速改变代谢方式并将有机酸异化与同化的氧化还原反应和光氧化还原反应紧密地结合起来.因此要严格控制DO和光照,既要避免DO过高异氧菌大量生长,又要防止绝对厌氧使其它厌氧菌大量繁殖而失去PSB 的优势和处理效果.我们所采用的条件可确保PSB的绝对优势.由于炼焦废水中含磷较低,试验过程中加入适当的磷酸盐.4.1　p H对PSB去除COD的影响 炼焦废水p H:7～8.5,为了使实验与实际更加符合,试验时将废水的p H范围调至7～9进行动态试验,进水COD=2700mg/L,图1表示了在不同的p H条件下COD随时间的下降规律,在23h以前,p H为7和8的处理结果基本一致,下降较平缓,p H为9的呈上升趋势,PSB处于不适应阶段,出水上清液中有大量的PSB菌体存在,导致出水的COD有上升的趋势.23～25h COD下降较快,说明PSB已适应了该p H 条件,当p H为8和9时,25h以后的出水较稳定,出水维持在1000mg/L左右,但p H=7时,25h以后出水的COD呈下降趋势,说明进水p H为7是PSB处理焦化废水的最佳p H条件.4.2　光照方式和DO对PSB去除COD的影响 由于PSB的生长不受氧浓度的限制,在黑暗和有光的条件下都能生存,能够随着生长条件的变化而改变代谢类型,所以笔者做了光照方式和DO对PSB去除COD影响的试验,从图2可以看出27h以后的处理效果:兼氧、半明半暗>好氧黑暗>厌氧光照,对于好氧黑暗、DO>1mg/L和兼氧、半明半暗、DO< 1mg/L来说,处理效果基本一致.厌氧光照条件下的处理效果较差,其主要原因是在厌氧光照的条件下PSB 生长较快且较活跃,难以分离,致使出水COD 大于好氧黑暗、DO >1mg/L 和兼氧、半明半暗、DO <1mg/L.从图2可以看出,适宜在厌氧光照条件下繁殖PSB 以维持系统生物量,宜在有氧的条件处理废水,但从试验过程来看PSB 处理炼焦废水所需要的溶解氧远低于活性污泥法及生物膜法,可以降低处理系统能耗;但从图1、图2的结果看,最终处理还是不彻底.图1　p H 对COD 去除率的影响Fig.1The effect of p H on COD 图2　光照方式、DO 对COD 去除的影响Fig.2　The effect of different light strengthand Do on removal efficientcy of COD4.3　PSB 对炼焦废水中酚的去除 近几年来人们在研究PSB 降解有机物机理时发现,PSB 凭其特有的生理特性,能在厌氧和好氧条件降解多种芳香化合物(如:芳香羧酸、硝基苯酚、偶氮苯类等)、氰化物及氨氮,为此我们还进行了在兼氧、半明半暗、DO <1mg/L 的条件下PSB 降解炼焦废水中挥发酚、氰化物、氨氮的研究,其结果如表2:表2　PSB 对炼焦废水中挥发酚、氰化物、氨氮的处理结果Tab.2　The result is PSB treatment phenol ,cyanide and NH 3-N in coking wastewater指标p H 挥发酚(mg/L )氰化物(mg/L )氨氮(mg/L )硫化物(mg/L )进水9.2138.86 5.641354.6215.60出水7.3 4.540.41421.85 6.80从表2可以看出PSB 处理炼焦废水脱酚率效果达96%以上,去除氰化物高达92%,氨氮去除效果在68%以上,处理效果良好.5　PSB 处理有机污染物机理的研究[5] PSB 是一种细菌微生物,广泛存在于水中,一般情况下废水中溶解性的有机污染物被微生物吸附和吸收,渗透过细胞膜,在细胞内酶的作用下分解.它主要利用光能、低级有机物在厌氧光照或好氧黑暗的条件下进行合成与代谢,这一作用与PSB 的细胞结构和物质、能量代谢方式有关,它既能利用光能进行光合作用,同时也能利用低分子有机物作供氢体与碳源.在黑暗好氧条件下,PSB 和好氧微生物一样,通过三羧酸循环来进行有机物的代谢,在厌氧光照的条件下这一循环被抑制时,PSB 便迅速转换代谢类型,这是PSB 能处理高浓度有机废水的主要原因.在PSB 处理炼焦废水时,首先是异养微生物大量繁殖,将分子有机物分解成低级脂肪酸、氨基酸等,这时异养菌减少,PSB 迅速繁殖,将低级脂肪酸等分解至低浓度.3001第5期 崔双科等:优势光合细菌处理炼焦废水的研究4001四川大学学报(自然科学版) 第42卷6　结论1、从炼焦废水生物处理系统中分离出的PSB都有较好的处理效果,但最终处理还是不彻底,需要进一步进行好氧生物处理.2、PSB处理炼焦废水的最佳p H是7,当p H较高时会有一个适应过程.3、PSB在有氧条件下处理效果优于厌氧,可在厌氧条件下PSB繁殖较快.4、PSB对挥发酚、氰化物有较好的去除效果,对氨氮、硫化物的去除效果较差.参考文献[1]　俞毓馨,吴国庆,孟宪庭.环境工程微生物检测手册[M].北京:中国环境科学出版社.1990.[2]　聂麦茜,温晓玫,张志杰.优良菌对焦化废水的降解性能研究[J].环境工程,2002(5):9.[3]　《环境工程手册》编委会主编.水污染防治卷[M].北京:高等教育出版社,1996.[4]　郑爱榕,蔡阿根,许伟斌,等.光和细菌和螺旋藻对啤酒废水的精华与利用[J].环境科学学报,1999(1):24-27.[5]　张静来,王剑波,常冠钦等.冶金工业污水处理技术及工程实例[M].北京.化学工业出版社,2003.[6]　谢磊,杨润昌,胡勇有.PSB在有机废水处理中的应用[J].环境污染与防治,2000(4):36-38.[7]　Lowry O H,et al.Protein measurement with the Folin2Phenol regenol[J].J Biol chem,1951:193,265.Study on T reating Coking W aste w ater by Superior PSBCU I S huang2ke1,GU O Zhan2yi ng1,Y U Xiang2(1,Shaanxi Modern Architecture Desigh&Research Institute,Xi’an710048,China;2,Dept.of Environment and Chemistry Engineering,Xi’an Engineering and Technology Institute,Xi’an710048,China)Abstract:The static treatment of coking wastewater by photosynthetic bacteria(PSB)which is separated from biological treating of coking wastewater are studied.The mechanism of degrading organic pollutants by PSB is studied.The results shows that the effect to most of coking wastewater is better by PSB.The optimum con2 dition is p H=7and on the condition of oxygen,the removal rate of organic matter is above90%,the effect of phenol is above96%,the effect of cyanide is above92%and the effect of N H32N is above68%.K ey w ords:photosynthetic bacteria;coking wastewater;degradation。