培养方式对活性污泥处理法烟草废水的影响

吴 攀， 夏 敏， 皮科武， 杨美晨， 陈抒雨， 杨 雄

(湖北工业大学资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430068)



培养方式对活性污泥处理法烟草废水的影响

吴 攀， 夏 敏， 皮科武， 杨美晨， 陈抒雨， 杨 雄

(湖北工业大学资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430068)

通过密闭和敞开方式，探索城市污水处理厂活性污泥处理不同烟碱浓度烟草加工废水的影响。实验结果表明：当烟草废水COD在2 000～10 000 mg/L，即烟碱浓度在85～420 mg/L时，在敞开培养5 d后，COD去除率均可达70%以上，烟碱去除率达到100%。而密闭培养过程中，COD去除率在28%～78%，且烟碱不能完全降解。实验同时发现，敞开条件下，当烟碱浓度超过165 mg/L时，对活性污泥处理有一定的抑制作用。

活性污泥； 烟草废水； COD去除率； 烟碱

中国是世界上最大的烟草生产和消费国，共种植烟草112.3万 hm，年产烟叶约256万t，卷烟总产量占世界总产量的30%，同时烟草消费总量也占世界的1/3，均居世界首位。烟草生产产生的大量烟草废水中COD含量高，污染物成分复杂[1]，并含有能抑制生物生长活性的物质如烟碱、焦油及酚等，造成该类废水处理难度大[2]。目前处理该类废水的方法主要有经厌氧工艺后，选择曝气生物滤池、生物接触氧化或膜-生物反应器[3]等继续处理。上述方法均取得了较好效果，但由于烟碱等物质对微生物的生存存在毒害作用[4]，降低了生物法处理高浓度烟草废水的负荷，直接增加了废水处理成本。

本实验分别在敞开和密闭的条件考察下活性污泥处理不同烟碱浓度的烟草废水，通过研究培养液溶液pH值、活性污泥体积指数(SVI)等参数的变化，探索活性污泥对烟草加工废水中烟碱及化学需氧量 (COD) 去除的作用过程。

1 材料与仪器

Ag2SO4，HgSO4、K2Cr2O7、邻苯二甲酸氢钾及99%烟碱标品，均为分析纯。活性污泥取自武汉市某城市污水处理厂。烟草废水原液由武汉市某卷烟厂车间收集，按1 mg废渣加入自来水20 L配比，在常温下用超声波振动2 h。提取液经滤纸过滤去除杂质后，主要指标为：COD 20 000 mg/L，烟碱浓度为840 mg/L。

SHZ-82A气浴恒温振荡器，PHS-3C pH计，DIS-1A型数控多功能消解仪，Starter 300D溶解氧测定仪，Agilent LC1200高效液相色谱，Kromasil C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)。

2 实验方法与分析

2.1 实验过程与方法设计

取100 mL锥形瓶5个，将原废水稀释后与活性污泥按体积比1∶1进行 配置，得到100 mL烟碱浓度分别为20、85、165、250、420 mg/L的混合液，并在30 ℃，200 r/min 下，分别采用敞开锥形瓶口振荡和用胶布封住锥形瓶口然后振荡培养反应，每24 h测定废水总烟碱含量、废水COD值、活性污泥指数 (SVI)、溶液溶解氧 (DO)及溶液pH值。

2.2 测试方法与计算

采用高效液相色谱测定废水中烟碱含量，方法见文献[5]，其流速为0.8 mL/min，进样量20 μL。溶液pH值用pH仪器测定，溶解氧(DO)用溶解氧仪进行测定。烟碱去除率

COD采用快速加热回流消解法进行测定[6]，COD去除率

式中：C0为处理前烟碱浓度，mg/L；Ce为处理后烟碱浓度，mg/L；CODo为处理前废水中COD含量，mg/L；CODe为处理后废水中COD含量，mg/L。

SVI是反应活性污泥沉降浓缩性的重要指标。SVI过低，活性污泥颗粒细小紧密，缺乏活性；SVI过高，表明活性污泥难于沉淀分离。

式中：V为100 mL水样静置30 min后的污泥体积，mL；M为100 mL水样的污泥干重，g。

3 实验结果与分析

3.1 活性污泥生长环境及SVI变化

由图1可知在敞开和密闭条件下，SVI值均在50～120 mL/g内，表明用活性污泥处理不同烟碱浓度的烟草废水时，活性污泥均能保持较高活性，且易于沉降分离，对污泥的活性无显著的影响，且无论是敞开还是密闭时均在第3天达到SVII的最大值。

图1 活性污泥体积指数(SVI)随处理时间的变化

3.2 COD去除率的变化

由图2可知，当烟碱浓度大于165 mg/L时，随着时间的延长，敞开时活性污泥对COD的去除率大于密闭时，表明厌氧情况不利于高浓度烟草废水的处理，烟草废水中有机物的降解是一个好氧过程。敞开时COD的去除率呈现一直上升趋势，前3天COD去除率增加较快，但第3天后趋于平缓，可能是由于活性污泥自身代谢产物对降解有机物产生了抑制效果，主要表现为pH值的变化。由图3可知，当处理时间超过3 d之后，pH值均稳定在8.2左右。相比而言，密闭时废水COD去除率的变化则更复杂，主要表现为呈先增加后降低再增加的趋势。前2天COD的去除率显著增加，到达第3天的时候，COD去除率达到最大值，而第4天则突然下降。这主要是由于密闭条件下溶解氧一直处于消耗的过程。如由图3可知，在第1天和第3天时，溶解氧处于较高水平(大于0.1 mg/L)，在第4天时突然降到0.05 mg/L，溶解氧的降低使得大多数好氧气微生物死亡，有机物含量增加，从而使COD去除率降低，而第5天COD去除率显著回升，表明由无氧呼吸为主的有机物降解作为主导过程进行。当烟草废水稀释至烟碱浓度为165 mg/L时，敞开时在第5天COD的去除率达到了90%。

图2 COD去除率随处理时间的变化

图3 溶液pH值随处理时间变化

图4 密闭条件下溶解氧浓度随处理时间的变化

3.3 烟碱去除率的变化

由于烟碱对微生物存在一定的生物毒性，因此活性污泥降解烟碱有一定的难度。由图5可知，无论敞开和密闭条件，烟碱均能得到一定程度的降解，但是在敞开时，烟碱的去除率明显高于密闭时，在烟碱浓度为85 mg/L时，活性污泥处理1 d时烟碱的去除率就达到了100%。相对于COD去除率的变化，烟碱的去除率在密闭和敞开时也具有相同的规律，主要表现为：敞开时烟碱的去除率随着时间的延长持续增加，直到完全降解；密闭时前两天表现为烟碱的去除率先变大后变小，由活性污泥Andrews模型[8]可知这主要是由于活性污泥的对烟碱的吸附作用，使烟碱在较短时间内得到高效率的去除，而随着时间的延长，密闭时烟碱的去除效果不是很明显，废水中烟碱浓度为85 mg/L时5 d内只能去除50%的烟碱，当废水中烟碱浓度的增大，烟碱的去除效率逐渐下降。两种不同培养方式产生如此差异可能与该活性污泥中生物种类有关，该活性污泥中可能主要含有好氧性的活性污泥降解菌，当在密闭条件下培养时，好氧微生物死亡，厌氧微生物对烟碱的降解则成为主导过程，且该厌氧菌降解烟碱的效率较低。而在敞开条件下培养时，好氧微生物大量增殖，增加了烟碱的去除效率。废水中烟碱的浓度在165 mg/L之内时，烟碱的降解效率最大，培养第1天时去除率就大于84%。由图2和图5可知，在密闭时烟碱去除率和COD去除率无明显的相关性，而在敞开时则表现为正相关，说明敞开时烟碱的去除与COD的去除是一个同步进行的过程。

图5 烟碱去除率随处理时间的变化

4 结论

通过对活性污泥去除烟草废水中COD和烟碱的研究，表明敞开条件下更有利于烟草加工废水中COD和烟碱的去除。当废水中烟碱的浓度低于165 mg/L时，城市活性污泥在2天内便能快速降解烟碱，降解率可达100%，而废水中COD在第5天时能达到90%的去除率。对密闭和敞开两种条件下活性污泥生长环境及其SVI值测定表明：上述两种条件下均适合于活性污泥保持较高的生长活性。因此可利用城市活性污泥作为处理烟草加工废水的生物来源，通过对其培养与驯化，可达到对烟草加工废水中烟碱和COD较高的去除效果。

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[2] Bejankiwar, Rajesh S. Electrochemical treatment of cigarette industry wastewater: feasibility study[J]. Water Research,2002, 36(17): 4 386-4 390.

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[7] 王家玲. 环境微生物学[M]. 北京:高等教育出版社,2004:216-217.

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[责任编校： 张 众]

Effects of the different Activated Sludge Treatments of Tobacco Waste Water

WU Pan, XIA Min, PI Kewu, YANG Meichen, CHEN Shuyu ,YANG Xiong

(SchoolofResourceandEnvironmentalEngin.,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

In this paper, activated sludge was used to treat tobacco waste water of different nicotine concentrations in closed and open ways. The results indicated that when the COD of tobacco wastewater ranged from 2000-10000 mg/L namely nicotine concentrations in the range of 85-420 mg/L, after five days the removal of COD reached 70% as well as nicotine which was removed completely in the open way. On the contrary, in the closed way, the COD removal was in the range of 28-78% and most nicotine also existed in the solution. The results also proved that when nicotine concentration was greater than 165 mg/L, it could make less effective for treatment of tobacco waste water because of inhibition of activated sludge.

activated sludge; tobacco wastewater; COD removal; nicotine

2014-09-11

吴 攀(1993-)， 男， 湖北广水人，湖北工业大学本科生，研究方向为资源与环境工程

[作者简介] 皮科武(1975-)，男，湖南益阳人，湖北工业大学副教授，研究方向水处理新技术与清洁生产

1003-4684(2015)01-0090-03

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