生物技术处理低浓度甲醇废水的研究

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摘要:针对含甲醇工业废水的回用处理,通过试验对采用生物技术处理甲醇废水进行了效果分析,并相应的考察了系统运行参数,对生物菌除甲醇等有机物的机理进行了探讨。分析结果表明,生物活性炭技术对甲醇废水的处理效果良好,这就为甲醇废水的处理研究提供了一条崭新的路径。

Abstract: Based on methanol reuse of industrial wastewater treatment and through the analysis of a small test on the use of biotechnology dealing with the effects of methanol and water,the corresponding influences of system operation parameters and bacteria on the biological mechanism of methanol addition and other organic matter were discussed. The results show that the BAC technology works well in methanol wastewater treatment,which provides a new path for methanol wastewater study.

关键词:微污染甲醇废水;甲基营养菌;BAC;生物降解

Key words: micro-polluted methanol wastewater;methyl nutrition bacteria;BAC;biodegradable

中图分类号:[TU992.3]文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)12-0226-01

1处理方法的确定

1.1 生物活性炭的形成。要将微污染甲醇废水有效处理,需找到一种既适合企业生产特点,又适合污染水水质特点的一套处理工艺和技术。以生物吸附氧化甲醇等有机物的处理方式是指驯化和培养一些能够以甲醇做为能源和碳源底物而生长的生物菌,采用投菌方式,使其固定在一种滤料表面,利用滤料及生物菌的吸附性能,截流水中甲醇等有机物,并将其氧化分解成生物的自身营养,从而达到处理废水目的。

将甲醇作为能源和碳源的生物菌是一些在能量代谢中利用C1化合物产生还原力的细菌,即甲基营养菌,属革兰氏阴性菌。其所利用的含甲基(-CH3)的一碳化合物有:甲烷、甲醇、甲酸和甲基胺(CH3NH2)等,同时根据甲基营养菌对C1化合物的利用功能,又将其分为两个亚群:①专性甲基营养菌,此类细菌均能利用甲烷进行生长,其他物质如甲醇和二甲醚仅起维持生长作用。②兼性甲基营养菌,这类细菌可利用许多碳源(包括一碳甲基化合物)进行生长,其中大多数兼性甲基营养菌能够利用甲醇和甲基胺,但它们又都不利用甲烷。

而要处理甲醇废水,就必须选择兼性甲基营养菌,又因废水中还有其它有机物,所以应该是混合菌。

驯化方式是:首先用富营养基培养细菌,再逐渐递减培养基的用量和成分,最后直至在基质中仅含有甲醇而细菌仍生长良好。

固定化微生物(Immodilized Microde)是指将微生物限定或定位于选定的空间内,保持需要的催化活性,在可能或必要的情况下保持微生物的活性,使其可反复、连续地使用。在得到除甲醇的高效生物菌后,应寻找一种载体以保证反应器内有足够的生物量。理想的固定化生物载体应该为:对生物细胞无毒;性质稳定不易分解;吸附好强度高等。颗粒活性炭(GAC)具有比表面积大、孔隙结构发达、机械物理性能优良,特别是它的吸附能力,能够有效地有吸附有机物,因此是最为理想的生物载体。通过物理吸附方式人工固定化就成为生物活性炭(BAC)。

1.2 实验参数的确定。采用实验室配置甲醇废水的方式对废水进行模拟,考虑到单一成分的原水不利于生物菌活性的发挥,选城市自来水为溶剂配制甲醇废水;配置一曝气器为生物菌供氧,数据确定如下:①实验水量:控制在Q=0.1L/min,左右,考虑到生物菌的适应期和确定生物菌的去除效率,实验水量应有一个逐渐升高的过程,并最终至一极限浓度。②接触时间:t=0.5-1h,取线速度V=1m/h。③接触面积:F=Q/V,F=0.006/1=0.006m2。④滤柱直径:d=4F/=8.7cm,选10cm。⑤吸附高度:He=Qt/F=100cm。⑥用流量来调节接触时间,量筒秒测流量。

2除甲醇效果的分析

2.1 分析测定。完成驯化后,我们对生物炭滤柱处理甲醇废水进行了为期一个月的出水监测,进水流速定为0.84m/h,停留时间保持在60min。考虑到生物菌需逐步适应较高浓度的甲醇,配制原水中甲醇量也是由低到高的顺序,依次控制在20mg/L、30mg/L、35mg/L、40mg/L这五个浓度上。

2.2 参数的确定。外部条件中影响除甲醇效率的因素较多,由分析数据表上可以看到滤速提到1.7m/h、停留时间为30min时,生物菌对甲醇去除率降为39%。因此确定适合的流速对生物活性炭的使用具有极大的重要性。通过实验摸索得出90%以上高去除率时的最佳滤速在0.8-1.0m/h之间。

确定最佳滤速后的试验期间,生物活性炭始终保持着高强的活性和对甲醇去除效率,进一步分析说明甲醇的去除,并不是简单的被滤层截留分离,而是被生物菌氧化分解掉,成为其自身营养。活性炭也因生物的降解作用,清洁了表面的孔隙,继续保持高的吸附性。所以要确定生物活性炭滤层的反洗周期,实际上就是确定生物菌的老化、失活周期。根据甲基营养菌的生长特性可知其活性周期要远长于普通活性炭的反洗周期,而且当菌体老化失活时它与活性炭之间的结合变得疏松,我们测定当反洗强度在6L/m2・s、反洗10min时,出水就可以很快恢复到最佳。

此外,甲基营养菌属好氧菌,保证固定在活性炭表面的甲基营养菌有充足的溶解氧也是确保活性炭试验滤柱出水稳定的重要前提,在试验过程中设有一台曝气器对甲醇废水进行不间断地曝气充氧。

3生物活性炭降解机理初探

生物活性炭(BAC)对甲醇及其它有机物的去除实际上包括两个过程,一是活性炭对甲醇的吸附;二是生物菌的降解作用。正是二者有机的结合,既延长了活性炭的使用寿命,又保证了生物菌对甲醇的充分利用。

4结论

4.1 甲基营养菌大多为好氧菌,因此,曝气充氧是不可缺少的环节,溶解氧浓度的高低对生物菌的降解作用的发挥有着明显的影响。

4.2 以高浓度的菌量接种滤层,用固定化技术人工创造出适宜细菌生长繁殖的条件,加速生物滤膜的形成。

4.3 活性炭作为生物的载体,其高强的吸附作用是保证生物菌对甲醇去除和满足工艺要求的前提。

4.4 生物反应器要求反应的强度不必过大,只须冲掉老化失活的菌体即可,反洗周期长,在保证生物菌高活性下,出水效果将十分稳定。

参考文献:

[1]兰淑澄.活性炭水处理技术[M].北京:中国环境科学出版社,1992.

[2]任南琪,等.水污染控制微生物学[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1993.

[3] 金志刚,等.污染物生物降解[M].上海:华东理工大学出版社,1997.