硫酸根对有机废水厌氧生物处理的影响

|l 环 境 科 学 l3卷 5期 硫酸根对有机废水厌氧生物处理的影响 一 i； 刘 燕 (华东化工学院，上{茸 2oo23D ■要 利用连续流上捕式 氧污泥床在控制和不控制 H s 浓度两种情况下，考察 so：一对有机物匮氧生物处理的影 响．试啦表明，硫酸根本身对厌氧处理没有毒害作用，它对厌氧处理过程的破坏主要是其还原产物 H S造成的．在 用 Fe 控制 H S的情况下，硫酸根的存在和敢度大小对出水 TOC、TOC击棘卑、产气盐、气化率无不利影响，但 水、糖蜜酒精废水、土霉素废水、麦迪霉素废 水和味精废水等不易处理，许多人 认 为 这 是 s0j一起了抑制作用 ．然而 sOi一对厌氧生 物处理的影响至今还没有成熟 的、公 认 的 结 论 ，有必要进行深人细致的研究并寻找控制 方法．本文通过 UASB反应器的动态试验，在 控制和不控制 s 浓度两种条件下，研究了 硫酸根对厌氧生物处理过程的影响，以找出含 sOj一的有机废水厌氧生物处理失败的原因、控 制对策及 sO{一本身对有机废水厌氧生物处理 的影响． 一 、 试验方法与材料 1．试验装置 试验装置见圈1．其中 UASB的反应体积 为 5．69L，三相分离器部分 2．03L，反应器置于 恒温箱内(35±I oC)． 2基质 为了排除不明因素的干扰 ，样水在实验室 用自来水配制，碳源采用葡萄糖或可溶性淀粉， 磷源采用 KH P 0J． 在考察硫酸棍综合 影 响 时 ，氮源和硫酸根来源于硫酸铵．控制硫化氢 浓度考察 sol一本身的影响时 ，氮源采用谷氨 酸钠．sol一和用于控制 H,S浓度的 Fc“ 来 源于 FeSO ·7H2O． 3．分析项目和方法 TOC 用 TOC一500型仪器 ，s0j一用重量 雀水捅 宙 l 试验装置 法 ，硫化物用碘量法 ，有机酸用 103型气相 色谱议；气体产量用 BSD一05型湿式流量计；气 体成分用 1O0型气相色谱仪． =、试 验 结 果 1．H S是造成 s0{一对厌氧生物处理过程 收稿日期：1991年 日月 27日 帆哆 一 举 受 酸 肪 脂 如 水 废 的 一局 很 量 占 一 O S 种 多 维普资讯 http://www.cqvip.com lj卷 5期 环 蕾 科 学 日期L月，目) 图 3 产气最和 cH·％ 的变化 1．出永 II s 2．进水 sot- 3．CIt．含量(予 4．产气量 破坏的主要原因． 图 2、3表示 当进水 TOC一 200Omg／L，流 量为 600ml／h，停留时间 9．48h时 ，一个正常 运行的 UASB反应器在不控制 H s浓度情况 下 ，500mg／L sO：一加入前后出水 TOC浓度、 TOC去除率、出求 H S浓度、产气量、CH ( ) 含量等参数的变化情况．样水加 (NH．) sO．届 24小时 ，有机物去除率由 90弼陡然降至 4O强， 产气量由 2SLid降至小于 10，0L／d，CH．含量 由 66％降至 5O％．同时 ，出水 H：s从零上升 到 135．3mg／L．出水硫化氢浓度迅速上升表明 硫酸还原菌的生长繁殖相当快，能在较短时间 内大量繁殖并利用发酵阶段的中间产物为电子 供体还原 s0i一为 H s．有机物去除率的下降 表明反应器中起主要作用的微生物活性 下 降， 降解有机物的能力降低 ，使稳定的处理过程受 到一定程度的破坏． 产气量和气体中 c 成 分的减少表明甲烷菌已受到严重影响．从产气 量下降 2／S而有机物去除率减少 仅 约 55昂 可 知，甲烷菌受到的影响较大．出水 pH值从 7．0 下降至 5．0和有机酸及挥发酸浓度的上 升 (见 表 1)同样表明，甲烷菌特别是利用乙酸的甲烷 菌首先受到抑制，但此时反应器尚有一定的降 解有机物和产甲烷能力．随着试验的进行，处 理效率继续下降，有机物去除率降至 33％，产 气量下降到 4．1 L／d，甲烷含量降至 37％． 即 使加人 NaOH 和 NalCO~使进水 pH 值升至 9，有机物去除率及产气量也未上升．在样水中 加入 sO{一500mg／L后 6周，TOC去除率下 降至 5％以下，产气率下降到O．3L／d／L，可以 说反应器中的生物作用基本上已停顿 ，且难以 恢复．而用 Fe 控制硫化氢的浓度考察 sO；一 对厌氧反应的影响时，未采取其它控制措施，硫 酸根浓度高达 1 000mg／L， 厌氧反应器仍正常 进行，有机物去除率和产气量未受影响 (图 5、 图 6)． 由此可见，sOi一的还原产物 H2S是 破坏厌氧反应正常运行的主要原因． 表 - so]一对有机酸和挥发酸的影响 sot一 挥发 酸 有机酸 乙酸 丙酸 丁醢 c l (mg／ (mg／ (mg／ f g， ( g／ (rag／ L) L) L) L) L) L D 142 84．4 "．1 24．3 l7．2 9．8 I ，．0 500 1628 603．1 87．B B8．3 l ，．D 2．控制 H S浓度时 sO：一 对厌氧反应的 影响 为了控制 H,S的浓度，在样水中投加Fe ， 其摩尔浓度大于或等于生成的 H s，这一阶段 试验中出水 H S浓度均小于 lmg／L．图 4—7 表示 H S 浓度控制试验结果 ，试验条件为进 水 TOC一 1100mg／L，停留时间 11．4h．从图 十一7可以看出，出水 TOC浓度随样永中 sO{一 浓度的增大而减小，相应的 TOC去除率随样 水中 sOj一浓度的增大而略有增大 (线性相关 系数分别为 0．9494，0．9498，出水 TOC 浓度低 于 1 05mg／L，TOC去除率高于90％)． 产气 量和气化率与样水中 sOj一浓度大小无关 (产 气量维持 1 3．0L／d，气化率维持在 l_04 L／g左 右)．气体中 cH．含量逐渐降低而lc 含量逐 【1、l。曼8 维普资讯 http://www.cqvip.com ·52· 环 境 科 举 OO e 鬟 音 0']00 300 500 700 900'一 寸 恤 {L 一产气量 i 气化嚣 ● 』4 0 0 ． 10 ．05 00 暮 辟 SO 一(mg／L) 图 6 sOi一与气体中 CH．％ 和 CO ％ 的差系 O 75 0．B5 毫 茫o|55 S 0 45 0 20O 400 600 50O l000 s0i_【mg／L) 0．40 0．35童 0．25{L 0．20 0．i5_J 圈 7 SO,'-泼度与 cH．产率和 CO 产率的蓑系 渐升高(线性相关系数分别为0．9736，0 96301)． CH．产率逐渐下降而 cq 产率逐渐上升(线性 相关系数分别为 0．9303。o．96oD． 三、分 析 与 讨 论 进水中 so；一浓度大小对 TOC 的去除率 没有不利影响，对产气量和气化率也没有不利 影响，却影响气体中 CH+和 CO2t含量．即随 l，进 5期 着样水中 soj一浓度的增高，气体中 CH+含量 及 C 产率呈线性减小，而 cq 含量及 co, 产率呈线性增加．这是由有机物的厌氧生物降 解过程、 soj一 的氧化还原特性及硫陂还原菌 在厌氧生物处理过程中的，乍用造成的．试以葡 萄糖经 EMP途径酵解的最重要中间产物—— 丙酮酸为侧讨论之． 无 so{一存在时，丙酮酸的产氢产乙酸过 程为： CH ~COCOOH + H 2O 专= CH OO H + Co + H 2 (1) △Gf一 一8t．7kit反应 有 so{一存在时，丙酮酸的产氧产乙酸过 程 为： CH；COCOOH + soj一 4 1 专= cH3COOH + C02+— SP (2) 4 AGt一 一II1．2kj／反应 因此当有 so{一和硫酸还原菌存在时 ，反 应沿式 (2)途径进行，但并不影响碳的转化形 式，生成相同数量的乙酸和 cq．而多数硫酸 还原菌不能分解乙酸 ，它们在处理系统中只 是一种产氢产乙酸菌，不能参与产甲烷阶段的 反应，不存在直接竞争有机底物从而抑制 甲烷 菌生长的问题．本试验中，还原 so{一的脱硫 弧菌与甲烷八叠球菌和巴氏甲烷球菌在 UASB 反应器内大量存在，即是证据．所以 soj一对 出永 TOC浓度、TOC 去除草没有不利影响． 但从(2)式可以看出，当 sol一存在时，无 H 产 生，从而甲烷菌不能将 COz经 H 还原生成 cH．，使气体中 CH+含量和产率降低而 cQ 含 量和产率逐渐增加，但对总的产气量、产气率无 影响． 四、 结 论 I．soi一本身对厌氧生物处理没有毒 害 怍 用，它对跃氧处理过程的破坏主要是其还原产 物 H S造成的． 2 ．硫酸还原菌属于一种产氢产乙酸菌，它 (下转第24贾) 维普资讯 http://www.cqvip.com 衰7 处强暴靛中分离备类细菌对 4种染料脱色的株数 环 境 科 学 分离 出 阳离子红 活性红棕 酸性红 B 阳离子兰 细菌名称 KB。R 2GL RED 菌株数 2GL 芽孢轩商属 42 12 23 {1 39 旺文氏宙属 14 9 I2 I3 假单胞菌蓐 36 28 5i 3 j6 黄单胞菌属 I9 I， 1l l 8 l8 葡萄球菌属 2 21 l2 22 I6 气单胞菌属 3O 6 24 2{ 24 船单 咆菌 属 I4 i 2 6 i2 l1 最杆菌属 lI 7 7 ii 7 志贺舀菌属 1B 13 b 】0 IO ’ 琼脂平皿上的菌落和电镜的细菌形； 观寮 表明 ，分离菌和接人菌的鉴定结果及形态也是 ． 非常一致的．例如 ，接人菌 T一36和分离菌E 屙属邻单胞菌属，菌稿均为半透明，匮形肉红 色凸起状。接人菌 S-62与分离菌G也同属金 黄 葡萄球菌属． 由此可见，处理系统经近半年自q运行，投入 的 脱色菌仍存在于反应器中，并占有优势． 三、 小 结 1．应用高效脱色菌和 PVA 降解菌接人厌 氧一好氧处理系统，处理印染废水撮嗅快、去除 FVA、CODer、BOD，、色度的活性亮，并能保持 ● ll卷 5期 处理效果的稳定性，可作为印染废水处理的种 子． 2．从运行期间细菌的种群看，高效菌接种 的处理系统，染料脱色菌、PVA 降解菌以及厌 氧菌和好氧菌总量等主要功能细菌数量多于活 性污泥接种的处理系统．生物膜中的生物量高 于沉泥或悬浮物 ．反应器中分离出的细菌种属， 大部分与搓入的高效菌类同，并占有优势，对染 料的脱色效果亦相同． 致谢 =田试验中得到北京第二印染厂、纺 织部设计院和天津大学的大力支持和帮助，在 此表示真诚的感谢． 参 考 文 献 -I 天痒第二 印染厂 等．箍生物学通掇．1976s3(2)．22 。 2 贵州省环保所赦生物组．环境科学．1981 sz(●)：lo 3 钟秀清等．帮生物学杂志．1955~ ，)：8 1 贾省芬等．微生物学通报．1990~1 6)=35， 5 刘志培等．赦生物学报． 1989t29(6)：413 6’Ysng Hul—F蛐 g et a1．1ou r=aL 口， r^fm·- { sff _“J(Oh抽·)．199lt3c1)=95 7 中眉医学科学哼芒卫生所．东质分析方法． 北京：人民出 版社，19741 288 8 中国科学院藏生物所细苗分类担． 一 般细酋常用鉴定方 法．北京：科学出敝牡y1978：tit 9 许光辉．土壤徽生物分析力法手册，北京：表逝出版社， ’1955： 92 (上接第 s2页) 与利用己酸的甲烷菌是互生关系而不是竞争关 系． ． 3．能形成难溶硫化 物 的 金 属 盐 有 抑 制 sOi一影响的作用． 在用 Fc 控制 H,S条件 下 ，s0j一不影响有机物中碳的转化 ，对 TOC 去除率无不利影响；sol一对产气量、气化率无 影响，但它却造成无氧呼吸取代部分发酵，影响 一 部分 c 的生成． 参 考 文 棘 I 秦群踩等．环境 污染与防治．1986(6)：18 2 国家环保局科技灶，清华大学环境工程系． 我匿几种工 业座水治理技术研究 (第三分册 ．北京：化学工业出版 ，195~：59-- 1．34 ‘ ， 郜元景编著．污水厌氧生物处理．北京： 中国建筑工业 出版社，1988：117 ‘ W infre M R ind Zeikuu J G．A??lied＆ Bnrlro~- 擀·# Micrablola~y．1977．33(2)：275 ， K r^hadk·f P P Jesn M·re Aud~~ ●t ●1，． 口 " Rcsea ．^1987．21(9)：l06l 5 M-ro uki Yodz e【B1．， Wascr #Jfarf^ ． 1987_21 (12)：1347 7 AⅢd -On G K．Donnelly et a1．．PrOC#$'t Bio~／~m；- ‘，r ．1982．1T(I)；2e 8 羹圉公共卫生协去等编著，柬仁元等译． 承和鹰水标准 辁验祛．北京：中国建筑工业出版扯，1985：402--403 9 污染谅窥一监弱分析方法编写． 污染罱l统一监铡分析方 珐 (鹰水部分)．北京： 中国标准出版扯，1987： 1 I2一 l17 10 R．E．布坎南 ，N．E．吉本斯等编，中科院散生物所《伯 杰细菌塞定手毋’翻译组译．伯杰瓤甚錾定手毋． 第^ 扳，北京：科学出版牡，1984：57'一，8l，792一，¨ 维普资讯 http://www.cqvip.com