生物促生剂强化处理印染废水的中试研究

王慧荣，李明智，张宇，梅荣武，韦彦斐，任旭峰，张敏东，张刚，李欲如

（1.浙江省环境保护科学设计研究院工程技术研究中心，浙江杭州310007；2.浙江省环境污染控制技术研究重点实验室，浙江杭州310007；3.浙江环科环境研究院有限公司，浙江杭州310007）

生物促生剂强化处理印染废水的中试研究

王慧荣1，2，3，李明智1，2，3，张宇1，2，3，梅荣武1，2，3，韦彦斐1，2，3，任旭峰1，2，3，张敏东1，2，3，张刚1，2，3，李欲如1，2，3

（1.浙江省环境保护科学设计研究院工程技术研究中心，浙江杭州310007；2.浙江省环境污染控制技术研究重点实验室，浙江杭州310007；3.浙江环科环境研究院有限公司，浙江杭州310007）

采用A/O工艺和接触氧化法，投加生物促生剂强化处理印染废水。研究了投加促生剂前后COD、氨氮、微生物数量、污水中成分的变化。结果表明投加0.10%促生剂，COD基本维持在100～200 mg/L，去除率提高到85%左右，氨氮稳定在10～15 mg/L，去除率提高到75%～80%，微生物数量维持在4.5×108～4.8×108CFU/mL。当促生剂的投加量增加到0.15%时，出水COD基本保持在100 mg/L以下，去除率在90%左右，载体上微生物数量维持在5.2×108CFU/mL。出水中主要物质有2种，邻苯二甲酸二异丁酯仍然是主要残留物质，但浓度比投加前降低了很多。

印染废水；生物促生剂；强化处理

印染行业作为我国最具优势的传统支柱行业之一，是工业用水和废水排放的大户，属于重点污染行业。印染废水的典型特征是水量水质变化大、成分复杂、有机物含量高、盐分高、色度深、可生化性差，属于难处理的工业废水。印染废水的处理方法有物化、生化、膜处理等，但是随着新排放标准的实施，已有的处理方法很难达到要求。目前存在的问题是通过生化处理后出水中B/C已经很低，无法再有生化效果。笔者通过在印染废水中的好氧池内投加生物促生剂，一方面提高废水中的BOD、另一方面可以调节好氧池内的微生物菌群的数量和种类，提高微生物对COD的降解效果。笔者以某污水处理厂的A/O工艺为主体，研究了生物促生剂对废水处理的效果，考察了投加生物促生剂前后，废水COD、氨氮、污水处理系统中微生物数量的变化及投加前后废水成分的变化。

1　材料与方法

1.1材料

（1）生物促生剂。生物促生剂购自碧沃丰生物科技股份公司，主要成分为酶、维生素、微量元素、氨基酸、矿物质、多糖等。

（2）污水水质。某污水处理厂，主要处理的污水为周边印染企业排放的污水，污水厂的现有处理工艺为A2/O，调节池水质COD为1 000 mg/L左右，氨氮为40～60 mg/L，生化出水COD为350 mg/L左右，氨氮为15 mg/L左右，B/C为0.24，达不到国家要求的《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准。

1.1.1中试装置

试验装置由初沉池、A/O池、二沉池、曝气风机、加药系统组成，材质为PVC材料。初沉池为底部是椎体的圆柱形竖流沉淀池，尺寸D为0.7 m，高度为2.0m，通过重力排泥。厌氧池尺寸0.6m×1.7m×1.2m，有效容积约为1m3。好氧池尺寸1.2m×1.7m×1.2 m，内均分为2格，有效容积约为2 m3，配涡轮风机1台，池底装有微孔曝气盘。二沉池为底部是椎体的圆柱形竖流沉淀池，尺寸D为0.7 m，高度为1.7 m，污泥回流泵2台。此外，配备玻璃转子流量计、塑料管、球阀，球形聚氨酯载体等，工艺流程如图1所示。

图1　工艺流程

1.1.2填料

载体为方块聚氨酯载体，在厌氧池和好氧池各装2/3体积的载体，采用接触氧化法。

1.1.3分析指标

COD采用重铬酸钾法；BOD5采用五日生化法；氨氮采用纳氏试剂分光光度法；DO采用溶解氧测定仪。菌浓采用平板稀释菌落计数法。

1.1.4微生物菌群数量的计算

从好氧池球形载体中取1块20cm×20cm×20 cm的聚氨酯载体，放在100 mL无菌生理盐水中置于20kHz的超声波清洗仪上，冰水浴中超声振荡30min，取1 mL带菌的水，用无菌水做梯度稀释，涂布LB平板，35℃下倒置培养3 d，平板菌落计数，每个梯度做3个重复，计算平均值。

1.1.5水样定性分析的预处理

取50 mL出水水样，采用乙酸乙酯：石油醚（体积比1∶1）与水样按体积比1∶1比例萃取3次，将有机相合并，液氮吹扫干，然后用1 mL乙酸乙酯：石油醚（1∶1）溶解后进行GC-MS分析。

1.1.6GC-MS定性分析方法

毛细管柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度为250℃；程序升温：50℃（静置1 min），以8℃/min升高到180℃（静置2min），再以10℃/min升高到250℃（静置3 min）；分流比为20∶1；载气为He，流速1 mL/min。源温为230℃；检测器增益值为1；传输杆温度为230℃；电子轰击能量为70 eV；溶剂延迟为0.1 min。质谱条件为Scan；m/z为29～300；采集速率为2.68次/s。

1.2试验方法

1.2.1未投加促生剂的运行方法

在厌氧池和好氧池内装1/3体积的企业好氧池活性污泥，进水为企业调节池废水，投加0.01 g/L葡萄糖，好氧池DO 1～2 mg/L，开启污泥回流泵打内循环，当COD下降到400 mg/L左右时，再进水12 h，流量140 L/h，投加0.01 g/L葡萄糖，继续打内循环，当COD下降到400 mg/L左右时，开始连续进水，起初HRT为48 h，投加0.01 g/L葡萄糖，好氧池DO 2～3 mg/L，连续进水4 d后，改为HRT为36 h，连续进水4 d。之后连续进水保持HRT为24 h，流量140 L/h，好氧池DO为3～3.5 mg/L，污泥外回流140 L/h。挂膜好以后连续进水1个月，测定COD、氨氮，分析污水中的残留成分，同时取4次样品计算好氧池中污泥的微生物数量。

1.2.2投加促生剂的运行方法

开始投加促生剂的量为0.10%，好氧池DO为3～3.5 mg/L，HRT为24 h，140 L/h，污泥外回流140 L/h，连续进水1个月，测定COD、氨氮，中间取4次样品测定好氧池中污泥的微生物数量。之后将促生剂的量加大为0.15%，运行方式同0.10%。

2　试验结果与讨论

2.1投加促生剂前后对COD的去除效果

试验分3个阶段开展，第一阶段为未投加促生剂的对照，膜挂好之后运行1个月。未投加促生剂和投加不同剂量的促生剂对废水COD处理的效果如图2所示。

图2　投加促生剂前后对COD的去除效果的影响

由图2可见，未投加促生剂时，出水COD基本在300 mg/L上下波动，COD去除率在60%～70%之间波动，COD和COD去除率的波动都较大。投加0.10%促生剂运行1个月，在最初的10 d，出水COD和去除率变化不大，但是半个月之后COD出现下降，去除率开始上升。20 d之后，COD基本维持在100～200 mg/L之间，COD去除率也提高到了85%左右，可见投加生物促生剂对去除COD有一定的促进作用，且出水COD和去除率相对比较稳定，没有特别大的波动。当促生剂的投加量增加到0.15%时，出水COD基本保持在100 mg/L以下，偶尔会有波动到100 mg/L以上，COD去除率基本在90%左右，且比较稳定。与投加量为0.10%相比，出水COD去除率提高了5%左右。

2.2投加促生剂前后对氨氮的去除效果

未投加促生剂和投加不同剂量的促生剂对废水氨氮处理的效果如图3所示。

图3　投加促生剂前后对氨氮去除效果的影响

由图3可见，未投加促生剂时，出水氨氮在20 mg/L左右，氨氮去除率在60%左右。在投加0.10%促生剂运行的1个月里，投加初期氨氮有下降的趋势，半个月后基本稳定在10～15 mg/L，氨氮去除率也提高到了75%～80%。当促生剂投加量为0.15%时，氨氮稍有降低，基本稳定在10 mg/L左右，氨氮去除率比投加量为0.10%时提高了5%左右。

2.3投加促生剂前后微生物数量的变化

投加促生剂前后载体上微生物的数量变化如图4所示。

图4　对微生物数量的影响

由图4可见，在未投加促生剂时，载体上附着的微生物数量基本保持在4×107～8×107CFU/mL，而投加了促生剂后微生物的数量明显增加，当投加量为0.10%时，运行5 d取样检测时微生物数量在3.2×108CFU/mL，之后的3次检测微生物数量基本维持在4.5×108～4.8×108CFU/mL。当促生剂投加量增加到0.15%时，微生物数量与0.10%时相比，数量有所增加，基本维持在5.2×108CFU/mL，微生物的数量是对照试验的6～13倍。说明投加促生剂确实有促进废水中微生物菌群的增加。

2.4投加促生剂前后出水GC-MS的分析结果

考察投加促生剂前后，出水水样GC-MS定性分析的结果，结果表明：投加前主要为5种物质，分别是：2，4-二硝基苯甲酸、N，N-二甲基对苯二胺、2-苯氨基乙醇、邻苯二甲酸二异丁酯、2-乙基吖啶橙，其中邻苯二甲酸二异丁酯浓度最高；而投加了促生剂后，出水中主要物质只有2种，且邻苯二甲酸二异丁酯的浓度比投加前降低了很多。说明投加促生剂确实有促进污染物降解的效果。

3　讨论

通过投加生物促生剂前、后对COD、氨氮、微生物数量和废水中残留有机成分的定性分析，可以看出生物促生剂确实可提高对污水的处理效果。分析原因由于生物促生剂的主要成分是多种酶、微量元素、矿物质、氨基酸和维生素，这些都属于天然营养物质。酶属于蛋白质，具有高效、专一等特点，在污水处理系统中既可以对污水中的有机污染物进行降解，也可以为微生物的生长提供天然易利用的营养物质。某些金属离子是微生物的活性中心，酶活的发挥需要其作激活剂，其中以含锌、铁、铜的酶最多，如细胞色素C就是铁金属酶，细胞色素氧化酶除含有铁离子还含有铜离子，还有些酶的活性发挥需要钼、锰等其他金属离子。细胞色素氧化酶是细胞色素呼吸酶系统的最终呼吸酶，为细菌的生命活动提供能量〔1〕。其中细胞色素存在于所有的需氧生物中，广泛参与动、植物，酵母以及好氧菌、厌氧菌等的氧化还原反应〔2-4〕。微量元素中如镁、锌等也是某些微生物酶的活性中心，所以这些微量元素的存在可以促进微生物酶活力的提高。污水处理系统生态圈里有多种能分解有机物的微生物，有些微生物能发挥较好的处理效果，投加促生剂后菌群数量也会有所增加，还有些微生物在污水处理系统中数量极少，需要微量元素或者某种营养物质作为其生长激活剂，才能增值发挥降解功能，促生剂的某些营养成分正好可以激活某些功能性微生物，所以促生剂的投加改善了原有污水处理系统中污泥的菌群数量和活力，提高污水处理的负荷。随着分子生物学的发展，人们发现越来越多的微生物种类，其中在活性污泥中可培养的微生物数量仅占1%～15%左右〔5〕。许多重要的微生物还不能识别，而这些微生物以前从未培养过，缺乏再现环境条件的方法和培养基质，造成了大多数微生物难以被标准实验室方法复苏和培养，成为未培养微生物或不可培养微生物〔6〕。生物促生剂的投加可以激活某些未培养微生物，而这些微生物中含有的各种氧化酶可以对污水中的有机污染物进行降解，所以生物促生剂的投加可以提高污水处理的效果。

4　结论

采用A/O工艺和接触氧化法投加生物促生剂强化处理印染废水。研究了投加促生剂前后，COD、氨氮、微生物数量、污水中成分的变化。结果表明未投加促生剂时，COD基本在300 mg/L波动，COD去除率为60%～70%，氨氮为20 mg/L左右，氨氮去除率为60%左右。载体上附着的微生物数量基本保持在4×107～8×107CFU/mL，通过GC-MS半定性分析，主要分析出5种物质，其中邻苯二甲酸二异丁酯浓度最高。投加0.10%促生剂，COD基本维持在100～200 mg/L，COD去除率也提高到了85%左右，氨氮基本稳定在10～15 mg/L，氨氮去除率提高到了75%～80%，微生物数量基本维持在4.5×108～4.8×108CFU/mL。当促生剂的投加量增加到0.15%时，出水COD基本保持在100 mg/L以下，COD去除率基本在90%左右，载体上微生物数量基本维持在5.2×108CFU/mL。出水中主要物质有2种，且邻苯二甲酸二异丁酯的浓度比投加前降低了很多。可见投加生物促生剂强化处理印染废水对COD和氨氮都有一定的促进作用。

［1］刘源振.深海细菌Shewanella piezotolerans WP3细胞色素C相关基因的克隆和功能鉴定［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

［2］李连之，黄仲贤.细胞色素C氧化酶研究新进展［J］.无机化学学报，2001，17（6）：761-773.

［3］Yang Linwei，Jian Huahua，Wang Fengping.pSW2，A novel low temperature-inducible gene expression vector based on a filamentous phage of the deep-sea bacterium Shewanella piezotolerans WP3［J］. Appl.Environ.Microbiol.，2015，81（10）：906-915.

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［5］叶姜瑜，罗固源.未培养微生物的研究与微生物分析生态学的发展［J］.微生物学通报，2004，31（5）：111-115.

［6］牛丽纯，孙玉芳，赵天琦，等.未培养微生物的限制因素及培养方法研究进展［J］.微生物前沿，2014（3）：17-28.

Pilot scale research on the bio-energizer for the strengthened treatment of printing and dyeing wastewater

Wang Huirong1，2，3，Li Mingzhi1，2，3，Zhang Yu1，2，3，Mei Rongwu1，2，3，Wei Yanfei1，2，3，Ren Xufeng1，2，3，Zhang Mindong1，2，3，Zhang Gang1，2，3，Li Yuru1，2，3
（1.Project Technology Research Center，Environmental Protection Science Research and Design Institute of Zhejiang Province，Hangzhou 310007，China；2.Key Laboratory of Environment Pollution Control Technology of Zhejiang Province，Hangzhou 310007，China；3.Zhejiang Huanke Environmental Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310007，China）

Adopting A/O techniques and contact oxidation method，the strengthened treatment of printing and dyeing wastewater has been conducted by adding bio-energizer.The changes of COD，ammonia nitrogen，microorganism quantity and the wastewater ingredients before and after adding bio-energizer have been studied.The results show that，After adding 0.10%of bio-energizer，the effluent COD maintains at 100-200 mg/L，the removing rate is increased to 85%or so；ammonia nitrogen stays at 10-15 mg/L，the removing rate is increased to 75%-80%；and the microorganism quantity maintains at 4.5×108～4.8×108CFU/mL.When the bio-energizer dosage is increased to 0.15%，the effluent COD is basically maintains at 100 mg/L，the removing rate is about 90%，and the microorganism quantity on the carrier is about 5.2×108CFU/mL.There are only two kinds of substances in the effluent.Diisobutyl Phthalate is still the main residual substance，but its concentration has been reduced a lot，compared with what it was before adding bio-energizer.

printing and dyeing wastewater；bio-energizer；strengthened treatment

X703.1

A

1005-829X（2016）05-0040-04

浙江省属科研院所扶持专项条件建设（2015F10009）

王慧荣（1976—），硕士，高级工程师。E-mail：whuir@ 163.com。

2016-02-11（修改稿）