試論降解煙堿的厭氧活性污泥培養(yǎng)馴化

王合利 司麗麗

摘 要：在煙堿廢水處理方面，可以采用活性污泥培養(yǎng)馴化技術(shù)實(shí)現(xiàn)煙堿生物降解。基于這種認(rèn)識(shí)，本文開展了降解煙堿的厭氧活性污泥培養(yǎng)馴化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過70d間歇進(jìn)水馴化和56d持續(xù)進(jìn)水馴化后可以得到以活性炭為核心的大量厭氧活性污泥，使煙堿日均降解量達(dá)到250mg，并且COD去除率達(dá)到63%，得到氨氮濃度和pH值穩(wěn)定的出水。

關(guān)鍵詞：煙堿；厭氧活性污泥；日均降解量

1 實(shí)驗(yàn)條件與方法

1.1實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)采用某造紙法煙草薄片生產(chǎn)企業(yè)的煙堿廢水，土壤樣品來自堆放煙草廢棄物30a的地表以下20-30cm層土壤。實(shí)驗(yàn)儀器采用容積2L的SBR反應(yīng)器和帶水浴外筒、容積7.4L的UASB厭氧反應(yīng)器，配備BT100-2J蠕動(dòng)泵。在水質(zhì)監(jiān)測上，采用EXO2型號(hào)監(jiān)測儀，并采用高效液相色譜儀、紫外可見光光度計(jì)和光學(xué)顯微鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)進(jìn)水采用煙堿廢水與人工配水混合液，人工配水中包含無機(jī)元素和葡萄糖，能夠?qū)Φ春土自催M(jìn)行補(bǔ)充，促使厭氧活性污泥對煙堿選擇性得到增強(qiáng)。先利用工業(yè)氮充氣5min，使溶解于廢水中的氧氣被驅(qū)走。利用泵，可以將廢水從反應(yīng)器底部泵入，自下向上流過反應(yīng)器，經(jīng)過水、氣、泥混合后循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器，最終由反應(yīng)器排出全部出水。在每個(gè)周期，需要在進(jìn)水中添加一定量煙堿。反應(yīng)器進(jìn)水過程中，COD濃度控制為1000mg/L，氮元素和磷元素分別為25mg/L和5mg/L，鈣元素和鎂元素均為100mg/L，煙堿濃度為100mg/L，pH值控制為7。而反應(yīng)池溫度為35℃，氧化還原電位不超過-200mV。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用自然培菌法，對樣品土壤中富含的煙堿耐受微生物進(jìn)行富集培養(yǎng)，脅迫馴化得到能夠降解煙堿的厭氧活性污泥。在實(shí)際操作中，需要將土壤加入煙堿廢水中，使厭氧煙堿的耐受微生物得到繁殖和富集。在反應(yīng)器中，需要加入土壤混合液和混合煙堿廢水，然后進(jìn)行1g粉末活性炭的添加。充入氮?dú)夂?，能夠使泥水均勻混合。每靜置5d后，排出反應(yīng)器中1/4上清液，補(bǔ)充同體積混合廢水，直至出水煙堿濃度穩(wěn)定，可以對進(jìn)水煙堿濃度進(jìn)行調(diào)整，提高至200mg/L，直至濃度再次穩(wěn)定，可將進(jìn)水煙堿濃度提高至500mg/L。逐步提高煙堿濃度，是為了使降解微生物適應(yīng)新水質(zhì)，能夠較好應(yīng)對高負(fù)荷煙堿沖擊，繼而使系統(tǒng)降解效果保持穩(wěn)定。經(jīng)過長時(shí)間循環(huán)，考慮到馴化期間厭氧活性污泥培養(yǎng)會(huì)受到有毒有害物質(zhì)影響，需要在70d后利用厭氧反應(yīng)器進(jìn)行持續(xù)馴化，將之前反應(yīng)器中的污泥和混合廢水投入到厭氧反應(yīng)器中，將進(jìn)水煙堿濃度控制為100mg/L。停留48h后，可以對出水煙堿濃度進(jìn)行測試，直至煙堿降解量穩(wěn)定可結(jié)束污泥培養(yǎng)馴化。針對得到的出水上清液，在離心后利用0.22μm濾膜進(jìn)行過濾后，可以利用高效液相色譜儀測定煙堿濃度，流動(dòng)相甲醇和0.1%三乙胺水體積比為50：50，采用C18色譜柱，柱溫35℃，流速1min/mL，進(jìn)樣量5μL，波長254nm。采用顯微鏡，可以進(jìn)行污泥形態(tài)觀測。采用分光光度法，可以進(jìn)行COD測定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1煙堿降解量分析

在污泥馴化過程中，包含初期70d的反應(yīng)器間歇進(jìn)水階段和56d厭氧反應(yīng)器持續(xù)進(jìn)水階段，時(shí)長總計(jì)126d。從煙堿日均降解量變化情況來看，在前70d內(nèi)，隨著馴化時(shí)間的延長，煙堿日均降解量不斷提升。在進(jìn)水中鹽堿濃度不超過200mg/L的情況下，降解量逐步增大。而超過300mg/L后，前5d煙堿日均降解量有所下降。分析原因，與煙堿產(chǎn)生的毒性作用有關(guān)，以至于污泥活性受到了影響。在10d-20d內(nèi)，煙堿日均降解量將重新達(dá)到穩(wěn)定，維持在240mg/d-250mg/d范圍內(nèi)，能夠達(dá)到80%以上煙堿去除率。更換厭氧反應(yīng)器后，受水力負(fù)荷增大和污泥生長環(huán)境變化的影響，初期煙堿日均降解量有所降低，但隨后迅速上升。出現(xiàn)這一情況，與持續(xù)進(jìn)水能夠降低污泥代謝產(chǎn)物給污泥活性帶來的影響有關(guān)。

2.2活性污泥形態(tài)分析

從活性污泥形態(tài)觀測情況來看，在馴化時(shí)間只有10d條件下，微生物多附著在粉末活性炭上，能夠從一些活性炭上觀察到細(xì)菌和絲狀物體，經(jīng)分析后確認(rèn)為產(chǎn)甲烷絲菌。在馴化時(shí)間達(dá)到126d后，活性污泥量明顯增加，呈現(xiàn)出黑色絮狀，多為污泥和活性炭的結(jié)合體。在空氣中暴露反應(yīng)器可以發(fā)現(xiàn)，一些原生物能夠?qū)Φ蜐舛葻焿A進(jìn)行耐受，并且在空氣中依然活躍。

2.3出水情況分析

從厭氧反應(yīng)器出水情況來看，污泥馴化初期出水氨氮濃度和pH值發(fā)生了較大變化，在馴化時(shí)間不斷延長后趨于穩(wěn)定。其中，pH值整體呈先下降后提升趨勢，從6.5最終提升至7，中間波動(dòng)幅度較大。氨氮濃度經(jīng)歷了先提升后下降的趨勢，從5mg/L一度提高至20mg/L，最終下降至13mg/L。分析原因可以發(fā)現(xiàn)，煙堿屬于含氮雜環(huán)化合物，降解過程中煙堿中的吡咯環(huán)和吡啶環(huán)將被分解，形成小分子含氮化合物。與此同時(shí)，厭氧微生物較少利用氮元素，因此出水氨氮濃度比進(jìn)水要高。從COD去除情況來看，采用厭氧活性污泥在最初24h內(nèi)能夠去除41.5%的COD，隨后去除率則有所下降，在72h后達(dá)到4.5%，之后則逐步提升。出現(xiàn)這一情況，主要是由于進(jìn)水初期的混合廢水中含有煙堿和葡萄糖兩個(gè)碳源，葡萄糖代謝最快，能夠被微生物盡快利用，從而達(dá)到快速去除COD的效果。

3 結(jié)論

培養(yǎng)和馴化降解煙堿的厭氧活性污泥，需要經(jīng)過70d間歇進(jìn)水馴化和56d持續(xù)進(jìn)水馴化，最終使煙堿日均降解量達(dá)到250mg，去除率能夠達(dá)到80%左右。馴化得到的污泥以活性炭為核心，呈現(xiàn)出菌膠團(tuán)的形式，在廢水處理上能夠使出水氨氮濃度和pH值保持穩(wěn)定，并且達(dá)到63%的COD去除率。

參考文獻(xiàn)

[1]林玉科，張潔，吳志國，等，楊宗政.MBR污泥馴化和在高鹽廢水處理中的應(yīng)用[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2017，37（04）：86-92+99.

[2]趙爽，魯新，解玉紅.污泥馴化微生物降解煤產(chǎn)氣無機(jī)營養(yǎng)液的優(yōu)化[J].煤炭技術(shù)，2016，35（12）：306-308.

作者簡介：

王合利，男，1988.10.01，山東省新泰市人，本科，畢業(yè)于山東建筑大學(xué)生物工程專業(yè)，無職稱，研究方向，污水處理