摘要 :在SBR中利用污水厂活性污泥历经34d快速培养出能高效降解喹啉的好氧颗粒污泥(AGS),其平均粒径为0.83mm,MLSS为3.25g/L,SVI 30 为36.92mL/g,对喹啉的去除率为91.18%,并具有良好的同步脱氮除磷性能。在AGS的驯化期间,首次加入20mg/L喹啉后,会在短期内造成出水水质与污泥性能的恶化,不过,在AGS强大的耐受性下,污泥各项指标均能快速恢复。当喹啉浓度提高至40mg/L时,短期内去除效能会有所下降,但污泥表现出了良好的抗性,并随着颗粒化的加深对喹啉的去除性能进一步提高。喹啉会刺激污泥微生物分泌大量紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS),并以蛋白质(PN)为主,从而形成保护屏障以抵御外界胁迫作用。微生物高通量测序结果表明,成熟的AGS中具有反硝化及分泌EPS能力的 Thauera、Zoogloea 等功能菌群丰度较高,并且 Acidovorax、Paracoccus 等喹啉高效降解菌群得到了富集,从而形成了更加稳定的生态位。
王佳璇 ,博士,讲师,主要研究方向为纳滤膜法水处理理论与应用、污水生物处理与资源化利用。
喹啉分子式为C 9 H 7 N,结构上可看作萘分子中的一个碳被氮所取代,也称为氮杂环化合物,其具有强烈刺激性气味、无色、能与醇和醚混溶、稳定性较高等特点,主要来源于煤焦油、骨焦油、矿物油当中。工业的快速发展,使得喹啉广泛存在于制药废水、染料废水和煤化工废水中,因此喹啉及其衍生物具有一定代表性 。据报道,焦化废水中的喹啉类物质浓度为42.57mg/L,占进水浓度的13.47%,仅次于苯酚类物质 。喹啉废水具有难降解性和生物毒性,排放到自然水体中后对环境和人体健康具有潜在风险 。传统喹啉废水处理方法有物理法和化学法,但处理成本较高,并会产生有害副产物且不能完全矿化 。而生物法是一种环境友好且经济的降解喹啉方法,并且还具有成本优势 。好氧颗粒污泥(AGS)是微生物自凝聚形成的一种结构紧密的颗粒状污泥,层状结构和胞外聚合物(EPS)使其具有较高的抗毒性和降解能力,同时,AGS还具有沉降性能良好、微生物种群多样、生物量高、能够进行同步脱氮除磷等优点 。因此,其在降解有毒有害物质方面具有应用潜力 。目前,已有研究将AGS应用于2-氯苯酚废水、吡啶废水等的处理中,并取得了良好的处理效果 。但有关AGS处理喹啉废水还鲜见报道。
以模拟喹啉废水为处理对象,取城市污水处理厂的活性污泥,在序批式反应器( SBR)中驯化培养能够降解喹啉的AGS,同时考察喹啉对污泥颗粒化进程、污泥特性、污染物去除效果、EPS分泌特性以及微生物群落结构的影响,以期为拓展AGS技术在工业废水处理领域的应用范围提供技术支持。
材料与方法
结果与讨论
2.1 污泥变化特性
污泥形貌变化如图 1所示,其中a、b、c为污泥的数码相机照片,标尺为5mm;d、e、f为污泥的显微镜照片,标尺为100μm;a、d为第5天样品,b、e为第46天样品,c、f为第75天样品。初始污泥呈黄褐色絮状,结构松散,絮凝性较差。经过初期培养,污泥活性得以提升,并逐渐颗粒化,其边界、结构逐渐明显,为喹啉的加入做好了准备。当加入喹啉后,污泥结构并未受到显著影响,颗粒化进程继续推进,污泥的平均粒径也随着时间的推移开始快速增大,当实验进行到第34天时,污泥基本实现颗粒化,并且随着培养的进行,颗粒粒径在持续增长,成熟AGS呈黄褐色椭球状结构。培养至最后,平均粒径约0.83mm,颗粒形貌完整,表面光滑致密,边界规则,污泥内部出现黑色内核,表明颗粒具有一定的缺氧-厌氧环境。根据现有研究报道,Liang等 在 SBR中添加强化降解菌与聚集能力强的菌属,经过42d驯化培养出降解吡啶的AGS。Tomar等 在 SBR中也经过40d以上的驯化,才培养出降解苯酚的AGS。可见,在存在难降解有机物的条件下,污泥的颗粒化历程普遍较长,而本研究中仅用时34d左右就培养出降解喹啉的AGS,具有一定的优势。
图 1 污泥形貌变化
MLSS与SVI 30 的变化如图2所示。在未加喹啉时污泥处于适应期,且初始污泥的沉降性能较差,SVI 30 为101.52mL/g,在沉降时间梯度递减的方式下,保证了MLSS基本稳定,同时,通过生物筛选过程,SVI 30 下降明显,在该阶段末期反应器内已出现一定量的小颗粒。在投加20mg/L的喹啉后,MLSS迅速下降至1.85g/L,SVI 30 升高并且在第29天时达到最大值102.41mL/g,说明喹啉的投加对污泥微生物造成显著抑制,并影响污泥的沉降性能。经过驯化后,污泥逐渐适应了喹啉,反应器内再次出现颗粒,生物量得到大量增长,粒径也同步增大,沉降性随之提高。这可能是因为受到喹啉胁迫后,反应器内游离态细菌受应激作用而趋于聚集,使污泥变得更加紧密,进而污泥量和沉降性能大幅提高。当喹啉浓度增加至40mg/L时,污泥浓度和沉降性能并未受到明显影响,并且污泥浓度与沉降性在不断提升,这得益于AGS的层状结构以及强大的耐受性。当反应进行到最后,MLSS为3.25g/L,SVI 30 为36.92mL/g。体现出AGS生长良好,相比絮状污泥对喹啉具有更高的承受能力。
图2 反应器中MLSS与SVI 30 的变化
图 3 运行期间COD与喹啉去除效果的变化
图 4 运行期间污染物去除效果的变化
图 5 反应器中LB-EPS与TB-EPS组分变化
图 6 反应器中 LB-EPS与TB-EPS三维荧光光谱图
表 1 反应器中LB-EPS与TB-EPS荧光物质强度
表 2 微生物样本的Alpha多样性指数
图 7 反应器在不同时期纲水平以及属水平的相对丰度变化
结论
本文的完整版刊登在《中国给水排水》2022年第9期,作者及单位如下:
高效降解喹啉好氧颗粒污泥的快速形成及性能研究
王佳璇 1,2,3 ,李政阳 1 ,刘喆 4 ,宁方志 4 ,刘永军 4
( 1.西安科技大学 建筑与土木工程学院,陕西 西安 710054;2.西安科技大学 矿业工程博士后流动站,陕西 西安 710054;3.陕西陕北矿业有限责任公司,陕西 榆林 719000;4.西安建筑科技大学 环境与市政工程学院,陕西 西安 710055)
0人已收藏
0人已打赏
免费0人已点赞
分享
阅读下一篇
【干货】污水消毒知识大盘点,建议收藏!一、消毒剂的选择应考虑哪些因素? 废水经一级或二级处理后,水质改善,细菌含量也大幅度减少,但其绝对值仍很可观,并有存在病原菌的可能。因此,废水排入水体前应进行消毒处理。
回帖成功
经验值 +10
全部回复(0)
只看楼主 我来说两句抢沙发