豆制抗盐菌在PCB回用浓水处理中的研究

蔡升云　陈可　丁建华

摘要 [目的]探讨豆制抗盐菌处理PCB回用浓水的可行性。[方法]利用豆制抗盐菌处理PCB回用浓水，研究pH、停留时间、进水流量、电导率、温度以及铜离子浓度等对处理效果的影响。[结果]该微生物接种时间短，停留时间为6 h，抗负荷能力比传统嗜盐菌强；在电导率6 000～14 000 μS/cm条件下，温度在10 ℃左右时，其活性依然较强。[结论]该研究可为豆制抗盐菌处理PCB回用浓水提供参考。

关键词 豆制抗盐菌；PCB回用浓水；去除率

中图分类号 S181.3 文献标識码

A 文章编号 0517-6611（2015）15-202-03

Study on Treatment of PCB Recycling Concentrated Water by Beanmade Antisalt Bacteria

CAI Shengyun， CHEN Ke， DING Jianhua

（Shenzhen Environmental Engineering Technology Center Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong 518048）

Abstract [Objective] The research aimed to explore the feasibility of PCB recycling concentrated water by beanmade antisalt bacteria.[Method] The beanmade antisalt bacteria were used to treat PCB recycling concentrated water， and the influences of pH， hydraulic retention time， influent flow， conductivity， temperature and copper ion concentration on treatment effect were studied.[Result] The microorganism had shorter inoculation time.The hydraulic retention time was 6 h， and its antiload capacity was stronger than that of traditional halophile.When conductivity was 6 000-14 000 μS/cm， and temperature was about 10 ℃， its activity was still stronger.[Conclusion] The research could provide reference for beanmade antisalt bacteria treating PCB recycling concentrated water.

Key words Beanmade antisalt bacteria； PCB recycling concentrated water； Removal rate

PCB行业是一个高污染行业，有一次性污染，也有二次性污染。废水虽经无害化处理，可以达到国家排放标准，但排放水中仍含有Cu+、Ni2+、Pb2+等重金属离子和各种有机物等。如按国家规定废水排放标准来计算，每年将有1.34万～1.62万kg的Cu+、Ni2+， Pb2+等排入环境中，造成生态环境的破坏和危害人们的健康。PCB行业实行循环经济模式，推行清洁生产，采用先进的生产工艺和管理经验，可提高生产过程中资源的利用率，减少废水和废弃物的产生。开展废水的重复使用采用RO回用技术，不仅提高废水的重复利用率节约水资源，而且可减轻PCB行业的环境污染。但PCB废水经过RO处理回用后的浓水已经超出国家排放标准， RO浓水（废水回用，经处理后达国家一级排放标准）经过4倍浓缩后，部分污染因子仍然超标，浓水COD一般在120～180 mg/L，重金属离子一般为0.5～2.0 mg/L，因此必须经过处理后才能排放。

1 国内外反渗透浓水处理现状

反渗透处理过程中产生大量的浓水和反冲洗水，目前大多数工艺不经过处理直接排放，造成水资源和能源的浪费，同时对周围的环境造成污染。为了降低RO工艺的浓水排放量，提高产水率，国内外的科研人员进行了大量的研究[1-6]，但效果都不理想。

目前国内外对浓水问题的解决方案主要有以下几种：一是浓水经多介质过滤器后排放，最终仍造成污染[7]；二是对排放水集中回收处理，利用混凝沉淀后排放；三是根据生产工艺状况及对水质的要求综合利用，主要是热电厂作为冲灰水池补水进冲灰水池，用于冲灰冲渣[8]。部分企业将浓水进入反渗透原水箱进行再次反渗透处理[9]。第一种方案没有处理浓水而直接排放，第二种方案处理后重金属可以达标排放，但是COD仍然不能达标，第三种方案未处理污染物而实行闭路循环，导致RO系统内污染物浓度和盐分越来越高。在热电厂等企业中，其回用浓水中硬度较高，可以利用氧化铝进行软化处理，有效地降低易结垢的钙镁离子[10]，但PCB回用浓水需处理后达标才可排放。

由于PCB回用浓水的电导率在10 000 μS/cm左右，COD在120～180 mg/L，高电导率、难降解、有机物低的浓水不适合微生物生长，因此目前还没有相关资料介绍生化处理PCB回用浓水。笔者采用耐高盐和适于低浓度难降解有机物的纳豆菌作微生物，处理PCB回用浓水。

2 豆制抗盐菌的作用机理及主要特点

孢子型豆制抗盐菌是具有耐酸、耐热特性的有益菌。该微生物在好氧状态下，利用水中的有机污染物作为食物源合成新的细胞用以去除有机物，沉淀在池底的污染物由与该微生物所共生的兼氧性及厌氧性菌群加以氧化、硝化、反硝化达到净化的作用。

2.1 有机物质酸化

水体中有机物在好氧条件下被纳豆菌分解吸收增殖成新的细胞，而一部分分解速度较慢的有机物，在豆制抗盐菌素中酵素的作用下，较快地酸化水解成低分子量有机物，被微生物吸收利用，从而减少沉积在池底的污泥量。另外，水解后的低分子量有机物可快速地被豆制抗盐菌及水体中其他的好氧微生物分解。

2.2 硝化和反硝化反应

豆制抗盐菌素中配制了硝酸菌、亚硝酸及反硝化菌种，可将水体中氨氮物质加速硝化，同时反硝化细菌将硝态和亚硝态氮转化为氮气，避免氨氮及硝态和亚硝态氮的累积，最终形成一个食物链循环正常、具有足够自净能力的水体。

与普通微生物相比，该微生物具有以下优点：①豆制抗盐菌可以生活的温度为-1～-10 ℃（-10 ℃以下时处于休眠状态）；

②有效的净化温度带为：10～65 ℃（最适合的温度带25～60 ℃）；③酸碱度：pH 3～11（从强酸性到强碱性都可生存的微生物）；

④繁殖速度：4 h内10万倍以上的速度繁殖；

⑤生命特性：厌氧和好氧环境均具有活性；

⑥排除病原菌和腐蚀菌的特性；

⑦以固体形态存在，便于投加使用及保存。

豆制抗盐菌无论在空气还是在水中都可以生存，能有效分解水中大肠菌和腐蚀菌，使水质变得更干净。水温在-10 ℃以下时，其将处于休眠状态，虽然净化功能降低了，但依然存活，在低温下可长期保存，使用起来方便。在处理过程中，豆制抗盐菌可降低污泥的數量，减少固体污染物。

3 工艺流程及设备

设计思路：回用浓水加碱调整pH至8.5～9.5后，去除水中的铜、镍等重金属离子，在混凝剂和助凝剂的作用下经过沉淀池沉淀去除，沉淀出水调节pH至7～8进入水解酸化池，经水解酸化后再进入纳豆菌接触氧化池，出水经沉淀后排放。其具体的工艺流程如图1所示：

4 结果与分析

4.1 培菌阶段对COD去除率的影响

从图2a可知，在培菌阶段厌氧池内COD去除率从第1天的54%下降到第7天的13.31%，并且在1～3 d内下降速度较快，主要是由于微生物由从第7天开始趋于平稳，去除率在10%左右。好氧池内第1天到第3天去除率变化不大，主要是接种阶段，从第3天开始去除率变化较快，到第6天时去除率增大到52.17%，之后去除率变化不大（图2b）。由于回用浓水COD为难降解有机物且浓度较低，致使其去除率较低，但出水可稳定在50～80 mg/L。

4.2 停留时间对COD去除率的影响

由图3可知，COD去除率随着时间的增加而增大，在2～5 h内增幅较大，去除率由20%增大到45%。当停留时间超过6 h之后，去除率不再增大，出水可达到40～70 mg/L，此时增大停留时间只会增加运行成本和基建成本。

4.3 进水流量对COD去除率的影响

进水流速与停留时间有直接关系，进水流量越大停留时间越短，微生物对有机物的降解会越不彻底，使有机物不能充分分解而排除。从图4可知，在流速为0.1～0.6 m3/h时，豆制抗盐菌对PCB回用浓水有较好的去除效果，说明该微生物对水流有较好的抗冲击负荷能力。

4.4 电导率对COD去除率的影响

含盐废水主要毒物是无机毒物，即高浓度的无机盐。有毒物质对废水生物处理的影响与毒物的类型和浓度有关，一般随着浓度升高可分为刺激作用、抑制作用和毒害作用三大类。激发抑制浓度：100～200 mg/L；中等抑制浓度：3 500～5 000 mg/L；强制抑制浓度：8 000 mg/L。当钠离子浓度为2 000 mg/L时，有明显的毒性；高浓度无机盐对废水生物处理的毒害作用主要是通过升高环境渗透压破坏微生物的细胞膜和菌体内的酶，从而破坏微生物的生理活动。该工艺采用的豆制抗盐菌可以在3%～15%的盐度中繁殖生长，并能降解低浓度难降解有机物，在PCB回用浓水电导率达到14 000 μS/cm（盐度在9 g/L）以上时，其出水可稳定在70 mg/L左右。

图4 进水流量对COD的影响

图5 电导率对COD的影响

4.5 铜离子对COD去除率的影响

铜离子对微生物具有重要的毒害作用，当铜离子浓度超过一定浓度时，将会导致微生物变异或者死亡，所以进水中铜离子浓度必须控制在一定范围之内。笔者研究了不同浓度的铜离子对微生物处理效果的影响。通过检测发现（图5），在检测的浓度范围2.5 mg/L之内，其微生物生长良好，去除效果一直稳定达标，说明该微生物抗重金属作用比传统微生物更强。

图6 铜离子浓度对COD的影响

4.6 进水pH对COD去除率的影响

由图7可知，当pH在7.0～8.5之间时，COD去除率较高，可维持在45%～50%之间，出水可稳定在50～70 mg/L之间。在研究的pH 6～9之间，其出水也可稳定达标，但微生物在7.0～8.5之间时活性更强，去除效果更好。

图7 进水pH对COD的影响

4.7 进水温度对COD去除率的影响

传统好氧微生物在15～30 ℃之间活动旺盛，在稳定温度为10 ℃左右时，微生物活性将大大降低，处理效果极差。但豆制抗盐菌可在温度为10 ℃左右时具有较好的处理效果；在8 ℃时可将有机物由进水的117.86 mg/L降解到78.91 mg/L（图8）。

图8 进水温度对COD的影响

5 结论

（1）设计调节池不需要太大。普通嗜盐菌盐度变化对稳定的系统产生极大的影响，表现为处理效率的急剧下降和污泥的大量流失，在设计时应设立调节池足够大以保证盐度的相对稳定。但豆制抗盐菌在盐度4～10 g/L之间变化时，进水COD浓度在130.00～162.13 mg/L 时，出水浓度稳定在60～80 mg/L之间，去除率为50%左右。盐度剧烈变化时，其去除效果相对稳定，所以调节池没有普通嗜盐菌的大。

安徽农业科学 2015年

（2）普通嗜盐菌设计负荷要相对较少，盐度可降低生物降解的速率，影响去除效果。但豆制抗盐菌在设计流量为0.5 m3/h的条件下，进水流量达到0.9 m3/h，其出水仍可以达标，其抗负荷能力相对较强。

（3）普通嗜盐菌的高盐处理污泥絮凝性差，污泥流失严重。因此，在设计中应保证高的污泥浓度，要及时回流。但豆制抗盐菌活性强，不需要高的污泥浓度，微生物主要附着在填料上。

（4）高盐影响絮凝性，因此较长的停留时间有利于污泥的沉降。而豆制抗盐菌的沉淀效果好。

（5）普通嗜盐菌微生物在高盐环境的适应表现为好氧呼吸速率加大，因此呼吸会造成额外的氧耗量，需要加大曝气量提高水中溶解氧浓度利于微生物的新陈代謝作用。豆制抗盐菌则不需要大曝气量，溶解氧浓度在2 mg/L以上时已经可以满足其对氧的要求。

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