丙烯酸废水厌氧生物毒性实验

2021-04-20张莹璐

化工设计通讯 2021年3期

张莹璐

（大同师范高等专科学校，山西大同 037009）

作为合成有机物的原料之一，丙烯酸废水中的有机废物种类复杂，处理流程复杂程度较高，常用的预处理方法便是在丙烯酸中添加厌氧微生物，借助生化处理方式来提升废水的生化性。从实际应用情况来看，厌氧微生物在处理过程中，其COD 处理效率会呈现出不断下降的情况，分析其原因主要是因为废水中某些污染物具备一定的生物毒性，会抑制厌氧生物活性，如何采取有效措施降低废水生物毒性，稳定厌氧微生物活性，成为非常重要的研究内容之一。

1 实验部分

1.1 实验材料

使用的废水来源于某化工厂废水排放口，废水的COD 浓度为12 800mg/L，同时其pH 为3.6；用于稀释废水的蒸馏水，其COD 浓度为0，同时其pH 为7，呈中性；厌氧污泥主要来源为化工厂厌氧处理池底部，初始状态为混合溶液，其密度为5.5g/L；用于中和废水酸性的碱性溶液，主要为NaHCO3溶液，浓度为3.0mol/L；供给厌氧生物正常新陈代谢的营养物质，主要以经济性较强的尿素为主。

1.2 实验装置

本次实验所采用的装置主要以全自动甲烷潜力测试系统AMPTS Ⅱ为主。该实验装置由厌氧消化单元、酸性气体吸收单元、气体计量单元和数据处理单元四部分组成[1]。其中，厌氧消化单元由恒温水浴及15个600mL 带有机械搅拌的玻璃发酵瓶组成；酸性气体吸收单元与15个玻璃发酵瓶逐一对应，采用80×m L× 3.0mol/L 的NaOH 溶液作为沼气中CO2及酸性气体吸收剂，并以百里香酚酞溶液作为pH 指示剂；气体计量单元采用气液置换法测定甲烷气体量（自动校正到标况下的体积，0℃，101.325kPa，干气），15个微量气体流量计与15个玻璃发酵瓶逐一对应，每当微量气体流量计内甲烷气体蓄积10mL 时，计量杆抬起1次，计量1次，产生信号并传输到数据处理单元，由AMPTS Ⅱ完成数据处理工作，得出可靠的实验结果[2]。

1.3 实验流程

在本次研究过程中，所采用的方法是将初始溶液进行稀释，并且在不同培养温度、pH、污泥浓度状态下，查看具体的毒性影响情况和COD 去除情况，从而为处理方式的优化奠定基础。在具体的实验中，其实验步骤如下：第一，进行不同COD 浓度丙烯酸溶液配制，具体做法是取5L 丙烯酸废水，向其中添加NaHCO3溶液，将溶液的酸性进行中和，溶液的pH 控制在7.3左右，随后向其中添加尿素进行搅拌，这也是后续厌氧微生物的营养物来源。同时还需要补充其他微量元素，如Zn2+、B3+、Mn2+等。第二，将混合后溶液分为13组，每组加入不同量蒸馏水进行稀释，以500mg/L 为一个梯度，配置500mg/L 到6 500mg/L 的稀释溶液，另外准备两组空白实验对照组，提高实验结果可靠性。第三，对污泥混合液进行洗涤，离心等处理，随后将其添加到试剂瓶当中，添加量控制在50g左右，放置在35℃恒温箱中进行保存，待发酵瓶中甲烷产生量小于总量的1%后，停止继续实验[3]。第四，参照上述方法设置不同温度、pH、污泥浓度等实验，汇总处理结果进行下一步处理。

1.4 分析方法

在该实验中，主要应用到了以下方法：①COD 的测定采用重铬酸钾法；②pH 的测定使用雷磁pHSJ-3F 玻璃电极法；③污泥浓度（MLSS）和污泥中活性成分（MLVSS）的测定使用重量法；④甲烷量的测定采用实验装置自带的排水法。对于数据分析结果，可以使用统计软件对其进行处理，分析P值是否满足P ＜0.05的条件，以此来判断数据自身的统计学意义[4]。

2 结果与讨论

2.1 培养温度带来的影响

在污泥浓度为6.3g/L，pH 为7.3的情况下，对于培养温度的影响进行讨论，温度为25℃、30℃、35℃、40℃和45℃，除温度条件属于变量条件外，其他条件保持一致，培养的时间为48h，根据产生的不饱和脂肪酸浓度和甲烷量来判断最恰当的培养温度。根据实验结果可以得知，在培养温度为35℃时，丙烯酸废水中的不饱和脂肪酸浓度达到了1 000mg/L，同时还产生了100mL 的甲烷气体。其他温度状态下的丙烯酸溶液，在30℃状态下，其不饱和脂肪酸产生量为820mg/L，同时产生了56mL 的甲烷气体，仅次于35℃产生量。而25℃情况下，混合溶液在初期经过了较强的停滞期后才开始进行新陈代谢，虽然代谢速度缓慢，但是还是处于持续反应的状态。而温度达到40℃及以上时，厌氧生物的停滞期限非常长，在25h 以后才开始了缓慢的反应。整体来看，厌氧生物对于废水毒性具备一定的耐受性，但是温度较低的情况下，耐受性也会受到一些影响，过高的温度也会导致微生物体内酶失活，这也是需要注意的问题之一[5]。

2.2 pH的影响

在污泥浓度为6.3g/L，温度为35℃的情况下，对于pH 的影响进行讨论，pH 为4、6、7、8和10，除pH 条件属于变量条件外，其他条件保持一致，培养的时间为48h，根据产生的不饱和脂肪酸浓度和甲烷量来判断最恰当的pH 范围。根据实验结果可以得知，在培养温度为35℃状态下，pH 值为4、6、7、8 和10 状态下产生的不饱和脂肪酸浓度分别为600mg/L、1 300mg/L、1 500mg/L、1 400mg/L 和700mg/L，并且在pH 为6、7、8时，还分别产生了70mL、100mL、75mL 的甲烷气体，由此可以看出，在pH 值接近中性时，厌氧生物的活性最高，COD的去除效率最高[6]。对于不同pH 值状态下的污染物毒性情况进行分析，在pH 为4时，厌氧微生物对于毒性的敏感性最强，同时微生物的活性也处于较低的状态；在pH 为10时，厌氧微生物对于毒性的敏感性最低，同时微生物的活性也处于最低的状态；而pH 为6或8时，微生物的敏感性处于较为稳定的状态，其中pH 为8时的活性更高一些；而pH 为7时，微生物的活性处于最高的状态，敏感性也最强。

2.3 污泥浓度带来的影响

在温度为35℃、pH 为4的状态下，对于污泥浓度影响性进行讨论，污泥浓度为1g/L、4g/L、6g/L、8g/L 和10g/L，除污泥浓度条件属于变量条件外，其他条件保持一致，培养的时间为48h，根据产生的不饱和脂肪酸浓度和甲烷量来判断最恰当的污泥浓度范围。根据实验结果可以得知，污泥浓度为1g/L、4g/L、6g/L、8g/L 和10g/L 状态下产生的不饱和脂肪酸浓度分别为600mg/L、800mg/L、1 300mg/L、1 500mg/L 和2 200mg/L，并且在污泥浓度超过4g/L 后，所产生的甲烷量也呈现出快速增加的趋势，这也意味着污泥浓度的增加也将快速提高COD去除效率[7]。在毒性分析过程中，污泥浓度越高，其活性和耐受性越强。不过从综合经济效益情况来看，利用现有条件进行污泥浓度为10g/L 的制备，需要消耗的成本相对较高，因此在实际应用中，需要优选6g/L 到8g/L 污泥浓度，提高反应过程的有序性。

2.4 稀释情况带来的影响

温度、污泥浓度、酸碱度都会对实验结果造成一定影响，而稀释情况也会带来相应的影响。从图1可以看出，COD浓度在3 000mg/L 以内时，其甲烷产生量一直处于较为稳定的状态，基本上维持在80mL 以上，但是在COD 浓度超过3 000mg/L 以后，甲烷产生量开始下降，尤其是浓度超过6 000mg/L 以后，甲烷生产率为零。由此可见，丙烯酸废水中COD 浓度越高，其对于厌氧微生物带来的毒性影响越高，微生物在此状态的活性也越低，因此在实际处理中，需要将废水COD 浓度控制在3 000mg/L 以内，搭配合适的温度、pH、污泥浓度，从而实现污染物高效处理的目的。