活性污泥法降解EDTA废水的最佳条件

王银有,王振红

活性污泥法降解EDTA废水的最佳条件

王银有1,王振红2

(1.厦门泉舜生物科技有限公司,厦门361012;2.漳州师范学院化学与环境科学系,漳州363000)

在以EDTA作为单一碳源,以及葡萄糖、磷酸氢二钠、尿素作为营养盐条件下,测试了活性污泥降解EDTA的最佳条件。结果表明,在EDTA为0.001 mol/L,污泥沉降比(SV%)为35%的常温常压条件下,p H为6、7、8时,EDTA的降解率分别为64.24%、78.80%、73.24%;在p H=7,20%～50%之间的污泥沉降比对0.001 mol/L的EDTA的降解率在58.63%～81.69%之间,以SV%在40%时为最高。在p H为7,SV%为40%时对初始浓度为50～374 mg/L的EDTA的降解率在75.64%～85.94%之间,以300 mg/L的EDTA为最高。

EDTA;活性污泥法;好氧生物降解

EDTA全名乙二胺四乙酸(ethvlenedi-aminetetraethyleneacid),是一种氨羧络合剂,具有广泛的配位性能,几乎能与所有的金属离子形成稳定的螯合物,形成具有稳定性较强的配合物[1-2]。EDTA用途很广,可用作染色助剂,纤维处理助剂,化妆品添加剂,血液抗凝剂,洗涤剂,稳定剂等。EDTA本身对生物无毒性,但若排人水体,可溶解已沉积的有毒重金属,使有毒重金属元素重新进入水体,将给环境带来严重的危害[1-3]。可见,EDTA的大量使用将严重影响水质安全,很有必要开展EDTA去除的相关研究。

目前可行的EDTA处理方法主要有:物理法、化学法、生物法,其中应用较为广泛的有活性污泥法[1-4]。使用活性污泥法降解 EDTA,加入葡萄糖,磷酸氢二钠,尿素作为营养盐可以加快和提高活性污泥中微生物的生长,提高EDTA的降解速度和降解程度,同时,活性污泥的主要影响因素有p H、EDTA浓度、微生物量等[4]。目前针对 EDTA活性污泥降解的最佳处理条件研究还较为薄弱。因此,本文将详细考察pH、EDTA浓度、活性污泥量对EDTA降解的影响,拟提出EDTA活性污泥降解的最佳处理条件,以期提高污水处理厂EDTA去除水平。

1 材料与方法

1.1 试剂和仪器

乙二胺四乙酸二钠(EDTA),硝酸铋,二甲基酚橙,NaOH,HCl等试剂为分析纯,以纯水配制溶液。TG16G高速离心机(湖南凯达科技有限公司)、BS124S电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)、PA6-4程控混凝实验搅拌仪(武仪恒岭科技有限公司)

1.2 活性污泥的培养

污泥取自福建漳州某污水处理厂。采用异步培养法,取少量的接种污泥于三个培养池中(体积均为1L的烧杯),分别加入葡萄糖、磷酸氢二钠、尿素作为营养盐,使COD:N:P=100:5:1。打开曝气装置,开始培养。开始时,间歇曝气,每曝气8小时停两小时。每天测定两个池中的SV%,p H值。控制p H值分别为6、7和8,酸性、中性和碱性池SV%变化如图1所示。

图1 不同p H下培养期SV%的变化趋势

图2 不同p H下驯化期SV%的变化趋势

培养初期,SV%值较小,污泥结构松散。当培养到第六天(图1),污泥沉降比SV%达到35%左右,活性污泥形成大颗粒絮体,而且结构紧密,沉降性能好,预示活性污泥已经培养成熟[4-5]。

1.3 活性污泥的驯化

每天定量加入表1所示的EDTA溶液,开始驯化。每天分别向三个池中定量加入葡萄糖2 g,并根据COD来确定加入的磷酸氢二钠、尿素,确保微生物的生长所需。测定三个池中的SV%、p H值,控制p H值分别为6、7和8。

表1 不同驯化时间下EDTA的添加量

驯化初期可以观察到污泥沉降比SV%有一个明显的下降趋势(图2),由于在同一条件下活性污泥SV%与污泥中微生物的量成正比[6],说明微生物由于加入EDTA,受到了一定的冲击,影响它们的生长。随着EDTA的继续投加,SV%升高并保持在一定数值范围,此时驯化过程完毕[4-5]。

1.4 最佳处理条件确定

1.4.1 p H值

在SV%=35%的常温常压条件下,停止对驯化污泥的曝气,静置一段时间后去除一部分上清液,分别都投0.001 M EDTA于酸性、中性和碱性池中,加入自来水到1 L线定容。加入2 g葡萄糖和适量磷酸氢二钠、尿素于三个池中,搅拌均匀。分别调节p H为6、7和8,观察污泥形态,确保污泥正常生长。每隔24 h取上清液污泥,离心分离20分钟后,用硝酸铋滴定法标定反应后EDTA浓度。取25 mL 1×10-4mol/L或 10-5mol/L硝酸铋溶液于250 mL锥形瓶中,加3滴二甲基酚橙指示剂,滴加EDTA,当溶液由紫红色恰变为黄色时,即为Bi3+的终点,根据消耗的EDTA体积,计算EDTA含量,平行测定三次取平均值。

1.4.2 污泥量

在上述实验最佳p H条件下,选取污泥SV分别为20%、25%、30%、35%、40%、50%进行实验,实验步骤和1.4.1相同。

1.4.3 EDTA初始浓度

在上述最佳p H、最佳污泥投加量条件下,选取EDTA废水初始浓度为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、374 mg/L进行实验,步骤同1.4.1。

1.5 试样分析

EDTA采用硝酸铋滴定法[6]。EDTA降解率=(EDTA初始-EDTA末)/EDTA初始×100%。COD采用重铬酸钾法测定[7]。

2 结果与讨论

2.1 pH值对EDTA降解率的影响

本实验以0.001 M EDTA溶液为研究对象,考察污泥SV%=35%的常温常压条件下,不同p H (6、7、8)时,活性污泥对EDTA的降解效果,实验结果如图3所示。

图3 p H=6、7、8条件下EDTA降解率

由图3可得:在污泥SV%=35%的常温常压条件下,EDTA的降解率在三种p H下都较高,经过7 d的降解,降解率分别为 64.24%、78.80%、73.24%。其中实验初期,p H=7条件下的降解率远高于p H=6、p H=8条件,但碱性条件下的活性污泥,EDTA的降解率在一个很短的时间内出现一个突跃,说明碱性条件下的活性污泥对EDTA的降解还是具有优势的,而酸性条件下,EDTA的降解率较为平稳,在某些特殊情况中可以加以利用。由于p H=7条件下,EDTA的降解率最高,所以后续实验均在最佳p H(p H=7)条件下进行。

2.2 活性污泥量对EDTA降解率的影响

在最佳p H的常温常压条件下,配制0.001 M EDTA溶液作为研究对象,考察不同SV%(20%、25%、30%、35%、40%、50%)时,活性污泥对 EDTA的降解效果。实验结果如图4、图5所示。

由图4可见,当污泥SV%=20%、25%、30%时,降解初期速度较慢,但在中期降解速度迅速、平稳提高,而SV%=35%、40%、50%是,前期降解率在一个很短的时间内出现一个突跃,随后进入缓慢阶段。这可能是当污泥量较少时,微生物也较少不足以降解大量EDTA,但是在较长一段时间内可以维持较稳定的速度降解;而污泥量较多时,足量的微生物在短时间内迅速降解大半的EDTA,但后期由于作为单一碳源的EDTA不足,从而抑制了微生物的活性,进入一个缓慢期。由于SV%时的降解率最高,所以后续实验在最佳污泥量SV%=40%条件下进行。

图4 不同污泥SV%条件下EDTA降解率

图5 EDTA降解率随污泥SV%变化图

由图5可见,随着活性污泥SV%的增大,EDTA的降解率逐渐加大;但是当SV%达到40%后, SV%增大EDTA降解率反而降低。这可能是由于随着SV%的增大,微生物的数量也增大,在EDTA浓度一定的情况下,EDTA的降解率也随着加大,但当污泥浓度过大时,就会抑制微生物的活性,从而使EDTA降解率降低。当活性污泥 SV%达到35%后,EDTA降解率达到相对稳定,再提高污泥SV%已经没有太大的提高,在实际处理中,使用污泥SV%为35%就可以达到较好的效果,不必再提高污泥使用量。

2.3 初始浓度对EDTA降解率的影响

在最佳p H、最佳污泥量的常温常压条件下,配制不同浓度(50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、374 mg/L)的 EDTA溶液,考察活性污泥对不同初始浓度EDTA的降解效果。实验结果如图6所示。

由图6可见,在降解第一天时,降解率随着浓度的升高而降低,这是由于微生物还没有适应较高浓度的EDTA;第二天微生物已经逐渐适应EDTA,降解率还有一定幅度的上升;第三天在300 mg/L内降解率达到相对稳定,降解缓慢甚至停止。EDTA初始浓度在374 mg/L内,对 EDTA的降解率影响不大,总降解率都较为接近。EDTA浓度为50 mg/L、300 mg/L、374 mg/L时,降解率较高,都高于80%,其中300 mg/L是最高。EDTA初始浓度为50 mg/L、100 mg/L时,初期在短时间内出现一个突跃,但随后EDTA的降解速度变慢甚至停止;而EDAT为150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300mg/L、374 mg/L时,EDTA降解维持较长时间的持续,这是由于EDTA浓度低时,驯化后的微生物在降解初期分解 EDTA,但由于作为单一碳源的EDTA不足,所以在中后期,降解几乎停止。

图6 不同EDTA初始浓度条件下EDTA降解率

3 结论

1)实验表明,在 EDTA浓度为0.001 mol/L、污泥SV%=35%的常温常压条件下:p H=6、7、8时,EDTA的降解率分别为 64.24%、78.8%、73.24%,即最佳降解p H为7;

2)在EDTA浓度为0.001 mol/L、最佳p H的常温常压条件下:当污泥SV%为20～50%时,EDTA的降解率为58.63%～81.69,其中EDTA的最佳降解污泥量为污泥SV%=40%时;

3)在最佳pH、最佳污泥量的常温常压条件下:当EDTA初始浓度为50～374 mg/L时,EDTA的降解率为75.64%～85.94%,其中EDTA降解的最佳初始浓度约为300 mg/L。

从上可见,活性污泥法降解EDTA的最佳条件为:p H=7、污泥SV%=40%、EDTA初始浓度约300 mg/L。

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[7] 国家环保总局.水和废水监测分析方法[M].北京:环境科学出版社,1989.

Optimal Degradation Conditions of Aactivated Sludge Process for EDTA Wastewater

WANG Yin-you,WANG Zhen-hong

(1.Quanshun Biotechnological Corp.,Xiamen 361012,China;2.Department of Chemistry and Environment Sciences, Zhangzhou Normal University,Zhangzhou 363000,China)

An experiment of EDTA degradation was performed by using activated sludge with addition of Na2HPO3and glucose.The results showed that the degradation efficiency(DE)of EDTA were 64.24%,78.80%and 73.24%when the p H was 6,7 and 8,respectively.When the sludge settling ratio(SV)were from 20%to 50%and the p H was 7,the DE of EDTAcan reached to 58.63%～81.69%,the best EDTA DE was that when the SV is 40 percent.The EDTA DE reached to 75.64%～85.94%when the initial concentration of EDTA were from 50 to 374 mg/L.In brief,the optimal conditions of the EDTA biodegradation were:the value of p H 7,SV of 40%,and the initial concentration of EDTA of 300 mg/L.

EDTA;activated sludge;aerobic biodegradation

X132

A

1674-2842(2010)02-0004-04

2009-06-29

王银有(1979-),男,学士,福建漳浦人.

王振红(1979-),女,硕士,讲师,河北平山人,E-mail:zhhwang1979@163.com