固定化生物反应器在微污染水源水处理中的研究

更新时间:2011-01-08 14:32:21  来源: 工业360

核心提示:固定化微生物技术是通过化学或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内,使其保持活性并可反复利用的方法,其制备方法多种多样,常用的方法有:吸附法、包埋法和交联法三大类。

摘要:固定化生物陶粒工艺是一种有效去除水源水中污染物的方法,本文采用固定化生物陶粒反应器对龙虎泡原水进行处理,实验表明,固定化生物工艺对OC的去除率为25.6%,氨氮去除率为64.1%,浊度去除率为83.8%,对UV254的去除率为13.3%,其效果比单纯生物滤池及工程菌液对污染物的去除效果好,OC和氨氮的去除率是为其他两种工艺的两倍。固定化生物反应器对有机物的去除始终保持在很高的水平;对各层微生物的变化情况进行观测分析,指明微生物的衍替规律。最后对成熟滤料进行电镜扫描分析,指出微生物在载体上的生长状态。

关键词:固定化? 微生物? 处理效果? 生长规律

0 引言

固定化微生物技术是通过化学或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内,使其保持活性并可反复利用的方法,其制备方法多种多样,常用的方法有:吸附法、包埋法和交联法三大类。许多研究成果表明:固定化微生物技术在水处理领域中具有广阔的应用前景。

试验采用固定化生物陶粒反应器来处理龙虎泡水源水。陶粒本身具有较大的表面积,颗粒粗糙易挂膜,该反应器对水中有机物、氨氮、色、浊都有一定去除效果,是一种有效的去除水源水中微污染物质的工艺。

陶粒反应器中微生物作为去除水中有机物的的主要因素,固定化微生物能否较长时间保持强度和活性,及其在陶粒上的形态、数量及分布情况,都是需要解决的问题,分析陶粒反应器中微生物的生长规律,对反应器运行效果的影响,从微生物生态学角度为固定化生物反应器的运行提供理论依据。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置 本试验装置采用生物陶粒反应器,反应器以有机玻璃加工而成,柱体直径150mm,总高度为1.5m,柱体内陶粒填充高度为1.0m。试验过程中采用上向流方式,水源水从底部进入,顶部排水口流出,同时在底部以空气泵通过曝气头提供空气。试验装置如图1所示。

陶粒为某厂提供的页岩陶粒,直径为3-4mm,比重为2.4-2.6 g/cm3,比表面积为:7.707m2/g,孔隙率为55-65%,主要成分为:铝、硅、铁的各种氧化物,不会对水造成二次污染。

试验用生物固定化细菌,采用实验室已构建的适用于微污染水的优势工程菌群。

1.2 试验方法 试验采用的固定微生物的方式为吸附法。具体措施为:载体柱中装入适当的陶粒,经一定时间的浸泡和反复冲洗,为微生物的生长繁殖及稳定吸附创造良好的环境条件.然后采用循环式接种方式,即以已培养驯化好的高浓度的工程菌菌液浸泡液体8h后放出,间隔2h后再次接种,如此循环反复,经过3次循环反复之后,接入与流出载体的菌液浓度已相差不多,载体对工程菌的吸收量已接近饱和。通以龙虎泡原水,当生物陶粒反应器对OC的去除率达到15%左右,认为固定化成功,可以开始试验。

试验工况为:滤速为20L/h,气水比为1:1,试验进水OC值在:6.9-8.17mg/L,氨氮值4.098-6.022mg/L,浊度为4.07-4.24NTU,pH值为7.12-7.53,温度为18-20°C。

1.3 水质分析方法 试验期间,每间隔一定时间采样测定生物陶粒反应器进水出水的NH3-N、OC、浊度、紫外吸光度(UV254)等水质指标。

观察的是微生物形态采用的是扫描电镜、微生物数目是将为陶粒放入超声波振荡器内震荡20分钟后,采用梯度平板计数的方法。

2 试验结果与讨论

2.1 不同工艺对处理效果的影响 该试验重点研究了不同工艺对水中各污染物的去除情况,分别采用未经固定生物化的陶粒滤池反应器(所有参数与试验用反应器相同)及工程菌液(经折算与固定化生物反应器生物当量相同,曝气,反应时间30min)来处理龙虎泡原水,测定其处理效果,并与固定化生物陶粒反应器进行对比。

生物固定化陶粒工艺兼具两种工艺的优点,既有陶粒自身的吸附截流作用,又因为有一部分微生物固定在陶粒内部,对水中有机物有降解作用,同时因为陶粒自身孔隙结构,使被吸附的有机物可以有更长的时间被降解。陶粒反应器上下水力条件及污染物浓度的不同,微生物分布情况和所处条件不同,较容易形成不同微生物群落,继而处理不同性质的污染物。

2.2 固定化生物反应器的重复使用性 微生物在反应器中是否随时间流失及失活,是固定化生物反应器能否长时间稳定运行的主要影响因素,也是在实际工程应用中,该工艺能否投入使用的关键。

 图2是固定化生物反应器驯化完成后,3多个月时间里连续运行中各污染物的去除情况。从图中可以看出,反应器对氨氮和OC的去除效果并不随着时间的延长而变化,这是因为反应器内微生物一直保持较多的数量和较高的活性,这说明微生物经过固定化之后,总体生物活性和数目并不会有太大的变化,与单纯的工程菌液中微生物容易失活和死亡相比,固定化微生物因其始终得到营养进行繁殖,故而能保持良好的生长情况及活性。

3 结论

固定化生物工艺是一种新型有效的水处理手段,采用固定化生物陶粒反应器对龙虎泡原水进行处理并对污染物的去除效果,及微生物的生长规律进行分析,得到以下结论:①固定化生物技术对OC的去除率为25.6%,氨氮去除率为64.1%,对浊度的去除率为83.8%,对UV254的去除效果为13.3%,比单纯滤池及工程菌液对污染物的去除效果好,这是因为固定化微生物技术对有机物的去除容量是由吸附和生化二者叠加而成的。②分析反应器稳定运行3个多月的各污染物去除情况,指出反应器对氨氮和OC的去除效果并不随着时间的延长而变化,说明微生物经过固定化之后,与单纯的工程菌液中微生物容易失活和死亡相比,固定化微生物能保持良好的生长情况及活性,由此可以看出固定化生物反应器有着良好的重复使用性。③选取成熟滤料进行扫描电镜观察,直观反映微生物在陶粒内部和表面生长的情况,指出载体上的微生物是靠自身的能力固定在陶粒表面和孔隙内部的,通过吸收水中有机物,进行自身的生长繁殖,并指出载体表面和内部微生物的差异。

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