探究醫(yī)藥廢水活性的影響因素

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1高質(zhì)量濃度Cl-對(duì)好氧細(xì)菌影響的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先培養(yǎng)好氧污泥,然后,每天向1#培養(yǎng)池滴加污水和NaCl混合液,向2#培養(yǎng)池滴加廢水作為空白試驗(yàn)。兩個(gè)培養(yǎng)池各自勻速進(jìn)水12h,間隔12h后再繼續(xù)滴加,如此循環(huán)操作,同時(shí)保證每天的進(jìn)水量與出水量相等。每天測(cè)量?jī)蓚€(gè)培養(yǎng)池的DO、SV30%、COD、Cl-,觀察生物鏡相,累計(jì)記錄20d的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整理,確定處理高氯廢水時(shí)好氧細(xì)菌所能承受的Cl-質(zhì)量濃度臨界值。

2試驗(yàn)

儀器與材料25L污泥桶2個(gè),500mL燒杯2個(gè),曝氣管1組,XSP-BM-2CA生物顯微鏡,載玻片和蓋玻片若干,LDO便攜式溶解氧分析儀,便攜式電子天平,100mL的量筒3支,帶250mL錐形瓶的全玻璃回流裝置(取樣量在30mL以上,采用500mL錐形瓶的全玻璃回流裝置),DW-5K調(diào)溫電熱器,50mL棕色酸式滴定管,250mL錐形瓶,50mL容量瓶,10mL和20mL移液管等。廢水中的Cl-對(duì)COD值測(cè)定的準(zhǔn)確性有一定的影響,為了消除Cl-的干擾,提高COD值測(cè)定的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確度,本文采用屏蔽Cl-的國(guó)標(biāo)法,即汞鹽法(硫酸汞絡(luò)合法)測(cè)定COD值。試驗(yàn)步驟，操作控制參數(shù)曝氣裝置的曝氣量控制在6·4mg/L;每桶每天進(jìn)水量1·8L/d,出水量1·8L/d;污泥體積每桶12·5L;廢水pH值調(diào)為中性;向其中一桶分20d投加NaCl,每天投加NaCl10·5g,充分?jǐn)嚢?設(shè)兩個(gè)滴加裝置,控制每天持續(xù)滴加12h,每天上午10:00出水,10:30進(jìn)水。COD值測(cè)定所需試劑的制備參考文獻(xiàn),制備重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(K2Cr2O7)的方法為:稱取優(yōu)質(zhì)純重鉻酸鉀(預(yù)先在120℃烘干2h)12·258g溶于水中,移入1000mL容量瓶中,稀釋至標(biāo)準(zhǔn)線,搖勻。試亞鐵靈指示液:稱取1·485g鄰菲啉(C12H8N2·H2O)、0·695g硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)溶于水中,稀釋至100mL,儲(chǔ)于棕色瓶?jī)?nèi)。硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液((NH4)2Fe(SO4)2·6H2O):將39·5g硫酸亞鐵銨溶于水中,邊攪拌邊緩慢加入20mL濃硫酸,冷卻后移入1000mL容量瓶中,加水稀釋至標(biāo)線,搖勻。臨用前,用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定。準(zhǔn)確吸取10·00mL重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液于500mL錐形瓶中,加水稀釋至110mL,緩慢加入30mL濃硫酸,混勻。冷卻后,加入3滴試亞鐵靈指示液(約0·15mL),用硫酸亞鐵銨溶液滴定,溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色至紅褐色時(shí)停止滴定。硫酸-硫酸銀溶液:于500mL濃硫酸中加入5g硫酸銀,放置1~2d,不時(shí)搖動(dòng)使其溶解。Cl-質(zhì)量濃度測(cè)定所需試劑的制備所需試劑參照文獻(xiàn)制備。硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液:稱取2·395g硝酸銀,將其溶于蒸餾水并稀釋至1000mL,貯存于棕色瓶中。鉻酸鉀指示液:將10g鉻酸鉀溶于少量水中,滴加上述硝酸銀至有紅色沉淀生成,搖勻。靜置12h后過(guò)濾,并用水將濾液稀釋至100mL。酚酞指示液:稱取0·5g酚酞,將其溶于50mL95%的乙醇中,加入50mL水,再滴加0·05mol/L氫氧化鈉溶液,使溶液呈現(xiàn)微紅色。硫酸溶液(1/2H2SO4):0·05mol/L。0·2%(g/mL)氫氧化鈉溶液:稱取0·2g氫氧化鈉,溶于水中并稀釋至100mL。氫氧化鋁(Al(OH)3)懸浮液:溶解125g硫酸鋁鉀(KAl(SO4)2·12H2O)或硫酸鋁銨(NH4Al(SO4)2·12H2O)于1L蒸餾水中,加熱至60℃,然后邊攪拌邊緩緩加入55mL氨水。放置約1h后移至一個(gè)大瓶中,用傾斜法反復(fù)洗滌沉淀物,直到洗濾液不含氯離子為止。加熱至懸浮液體積為1L。COD值與Cl-值測(cè)定方法采用國(guó)標(biāo)汞鹽法測(cè)定COD值,采用國(guó)標(biāo)硝酸銀法測(cè)Cl-質(zhì)量濃度。

3測(cè)定

用兩量筒分別取出100mL污泥水樣,觀察上清液的濁度,是否有漂泥現(xiàn)象,觀察后拍樣。用溶解氧儀分別測(cè)兩桶污泥的DO質(zhì)量濃度,測(cè)出4組數(shù)值后取平均值,計(jì)算DO質(zhì)量濃度。取1滴水樣至載玻片上,加上蓋玻片后放到生物顯微鏡下觀察好氧污泥中細(xì)菌的種類、數(shù)量及生命活動(dòng)狀態(tài),然后取40倍微生物鏡相。

4數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)分析20d的試驗(yàn)觀察記錄與數(shù)據(jù)處理結(jié)果。Cl-質(zhì)量濃度對(duì)COD值、DO質(zhì)量濃度的影響加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關(guān)系和不加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關(guān)系。在加NaCl的試驗(yàn)中,COD值總體變化趨勢(shì)呈4個(gè)階段。第一階段是NaCl投加的初級(jí)階段,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為1919~3175mg/L時(shí),相應(yīng)的COD值在456~653mg/L范圍內(nèi)不斷增加。這種增加現(xiàn)象是因?yàn)槲勰嘀械募?xì)菌開始對(duì)于不斷增加的Cl-質(zhì)量濃度表現(xiàn)出耐受性,即處于馴化期。第二階段,隨著Cl-質(zhì)量濃度的不斷增加,污泥菌種逐漸恢復(fù)生物活性,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為3175~4294mg/L時(shí),相應(yīng)的COD值在653~472mg/L范圍內(nèi)不斷降低,說(shuō)明污泥細(xì)菌處理有機(jī)物的效果越來(lái)越好。第三階段,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為4294~5146mg/L時(shí),相應(yīng)的COD值在472~460mg/L范圍內(nèi)較為穩(wěn)定,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為4898mg/L時(shí),COD值最低,為456mg/L,即此為好氧細(xì)菌處理效果最好的階段。第四階段,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為5146~7911mg/L時(shí),相應(yīng)的COD值在460~831mg/L范圍內(nèi)不斷增加。這是因?yàn)槲鬯械腃l-質(zhì)量濃度已經(jīng)超出了好氧細(xì)菌的承受能力,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度達(dá)5000mg/L以上時(shí),好氧細(xì)菌體內(nèi)水分子大量滲到體外,細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離,細(xì)菌降解能力與活性均不斷下降,直至出現(xiàn)細(xì)菌死亡,即生物衰亡期。在空白對(duì)照試驗(yàn)中,Cl-質(zhì)量濃度幾乎保持在1900~2000mg/L,相應(yīng)的COD值在440mg/L左右浮動(dòng)。這說(shuō)明在常溫、中性及各項(xiàng)指標(biāo)不發(fā)生變化的條件下,穩(wěn)定的Cl-質(zhì)量濃度對(duì)廢水COD值幾乎沒(méi)有影響。加NaCl的試驗(yàn)中,隨著Cl-質(zhì)量濃度的增加,DO質(zhì)量濃度總體變化趨勢(shì)為穩(wěn)定—減少—增加3個(gè)階段。第一個(gè)階段,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為1919~3656mg/L時(shí),相應(yīng)的DO質(zhì)量濃度保持在6·4mg/L左右,其中,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為3175mg/L時(shí),DO質(zhì)量濃度升高,說(shuō)明此時(shí)好氧細(xì)菌已經(jīng)對(duì)不斷增加的Cl-呈現(xiàn)出一定的耐受性。第二個(gè)階段,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為3656~4898mg/L時(shí),相應(yīng)的DO質(zhì)量濃度在6·4~5·3mg/L范圍內(nèi)不斷下降,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為4898mg/L時(shí),曲線出現(xiàn)最低點(diǎn),即此時(shí)污泥好氧細(xì)菌單位時(shí)間的耗氧量最大,因此其降解有機(jī)物的能力最好。第三個(gè)階段,Cl-質(zhì)量濃度由4898mg/L繼續(xù)增加,相應(yīng)的DO質(zhì)量濃度也不斷升高,直至8·1mg/L,說(shuō)明Cl-質(zhì)量濃度的增加程度超過(guò)了好氧細(xì)菌自身的耐受極限,好氧細(xì)菌開始逐漸失去活性,大量死亡。由圖2可知,在空白對(duì)照試驗(yàn)中,DO質(zhì)量濃度由于Cl-質(zhì)量濃度較為穩(wěn)定而幾乎不發(fā)生變化,在6·4mg/L左右浮動(dòng)。這說(shuō)明試驗(yàn)中影響好氧細(xì)菌活性的變量是高質(zhì)量濃度的Cl-。

3.1Cl-質(zhì)量濃度對(duì)COD值與SV30%值的影響

加鹽廢水Cl-與COD、SV30%間的關(guān)系和不加鹽廢水Cl-與COD、SV30%之間的關(guān)系分別見(jiàn)圖3和4。由圖3可知,在加NaCl的試驗(yàn)中,隨Cl-質(zhì)量濃度的增加,SV30%值總體變化趨勢(shì)是先保持穩(wěn)定,然后持續(xù)降低。以Cl-質(zhì)量濃度值為4988mg/L時(shí)為分界點(diǎn),之后SV30%有明顯圖1加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關(guān)系Fig.1RelationbetweenCl-,CODandDOofsaltwastewater圖2不加NaCl廢水Cl-與COD、DO之間的關(guān)系Fig.2RelationbetweenCl-,CODandDOofwastewaterwithoutsalt的下降。同時(shí),試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)污泥出現(xiàn)松散漂泥、上清液渾濁現(xiàn)象,這主要是由于高質(zhì)量濃度Cl-產(chǎn)生的較高滲透壓促使大量的水分子從好氧細(xì)菌體內(nèi)滲透到體外,細(xì)胞失水而發(fā)生質(zhì)壁分離,好氧細(xì)菌開始大量死亡。由圖4可知,在空白對(duì)照試驗(yàn)中,在Cl-質(zhì)量濃度保持穩(wěn)定的前提下,SV30%保持相對(duì)穩(wěn)定,說(shuō)明當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度不變時(shí),SV30%也不發(fā)生變化。

3.2好氧細(xì)菌鏡像分析

微生物鏡相(放大40倍)顯示,在投加NaCl的試驗(yàn)中,細(xì)菌種類較多,鐘蟲的鏡像比較明顯。當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為2379mg/L(圖5)時(shí)。微生物處于馴化期,馴化期內(nèi)的草履蟲、鐘蟲為主要的好氧細(xì)菌,但鐘蟲數(shù)量并不是很多。當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度值為4898~5146mg/L時(shí),鐘蟲大量繁殖,草履蟲數(shù)量減少,線形蟲存在但不多,這個(gè)時(shí)期是污泥處理效果較好的階段。這一現(xiàn)象與加鹽試驗(yàn)中廢水Cl-與COD、DO之間的影響關(guān)系結(jié)論相吻合。當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度值增加到7731mg/L時(shí),線形蟲和草履蟲數(shù)量幾乎為0鐘蟲和豆形蟲數(shù)量也迅速減少。而空白試驗(yàn)中的菌種以線形蟲、草履蟲、鐘蟲為主,豆形蟲很少,菌種變化不明顯。

5結(jié)論

好氧微生物分別處于馴化期、恢復(fù)期、最佳穩(wěn)定期和生物衰亡期。其中,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度為4898mg/L時(shí),COD值最低,為456mg/L,即在該階段好氧細(xì)菌處理效果最好。同時(shí),微生物鏡相表明,馴化期內(nèi)草履蟲、鐘蟲居多;最佳穩(wěn)定期內(nèi)鐘蟲居多,草履蟲數(shù)量減少,線形蟲存在但不多;此后線形蟲和草履蟲的數(shù)量幾乎為0,鐘蟲和豆形蟲數(shù)量也迅速減少。因此,活性微生物處理醫(yī)藥行業(yè)高氯廢水的進(jìn)水臨界Cl-質(zhì)量濃度為4898mg/L。在投加NaCl的試驗(yàn)中,隨Cl-質(zhì)量濃度的增加,DO質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出穩(wěn)定—減少—增加3個(gè)階段。第一個(gè)階段,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度值為3175mg/L時(shí),DO質(zhì)量濃度升高,說(shuō)明此時(shí)好氧細(xì)菌已經(jīng)對(duì)不斷增加的Cl-質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出一定的耐受性。第二個(gè)階段,當(dāng)Cl-質(zhì)量濃度達(dá)到4898mg/L時(shí),DO質(zhì)量濃度為曲線的最低點(diǎn),即此時(shí)污泥好氧細(xì)菌單位時(shí)間的耗氧量最大,且降解有機(jī)物的能力最佳。在空白對(duì)照試驗(yàn)中,Cl-質(zhì)量濃度保持在1900~2000mg/L,相應(yīng)的COD值為(440±10)mg/L,DO質(zhì)量濃度為(6·4±1)mg/L,SV30%保持在(28±3)mg/L,說(shuō)明在常溫、中性條件下,穩(wěn)定的Cl-質(zhì)量濃度對(duì)廢水COD值幾乎沒(méi)有影響。

作者：趙曉亮 齊慶杰 趙國(guó)智 王而力 李健 單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)