豆制抗鹽菌在PCB回用濃水處理中的研究

蔡升云　陳可　丁建華

摘要 [目的]探討豆制抗鹽菌處理PCB回用濃水的可行性。[方法]利用豆制抗鹽菌處理PCB回用濃水，研究pH、停留時間、進水流量、電導率、溫度以及銅離子濃度等對處理效果的影響。[結果]該微生物接種時間短，停留時間為6 h，抗負荷能力比傳統嗜鹽菌強；在電導率6 000～14 000 μS/cm條件下，溫度在10 ℃左右時，其活性依然較強。[結論]該研究可為豆制抗鹽菌處理PCB回用濃水提供參考。

關鍵詞 豆制抗鹽菌；PCB回用濃水；去除率

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼

A 文章編號 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行業是一個高污染行業，有一次性污染，也有二次性污染。廢水雖經無害化處理，可以達到國家排放標準，但排放水中仍含有Cu+、Ni2+、Pb2+等重金屬離子和各種有機物等。如按國家規定廢水排放標準來計算，每年將有1.34萬～1.62萬kg的Cu+、Ni2+， Pb2+等排入環境中，造成生態環境的破壞和危害人們的健康。PCB行業實行循環經濟模式，推行清潔生產，采用先進的生產工藝和管理經驗，可提高生產過程中資源的利用率，減少廢水和廢棄物的產生。開展廢水的重復使用采用RO回用技術，不僅提高廢水的重復利用率節約水資源，而且可減輕PCB行業的環境污染。但PCB廢水經過RO處理回用后的濃水已經超出國家排放標準， RO濃水（廢水回用，經處理后達國家一級排放標準）經過4倍濃縮后，部分污染因子仍然超標，濃水COD一般在120～180 mg/L，重金屬離子一般為0.5～2.0 mg/L，因此必須經過處理后才能排放。

1 國內外反滲透濃水處理現狀

反滲透處理過程中產生大量的濃水和反沖洗水，目前大多數工藝不經過處理直接排放，造成水資源和能源的浪費，同時對周圍的環境造成污染。為了降低RO工藝的濃水排放量，提高產水率，國內外的科研人員進行了大量的研究[1-6]，但效果都不理想。

目前國內外對濃水問題的解決方案主要有以下幾種：一是濃水經多介質過濾器后排放，最終仍造成污染[7]；二是對排放水集中回收處理，利用混凝沉淀后排放；三是根據生產工藝狀況及對水質的要求綜合利用，主要是熱電廠作為沖灰水池補水進沖灰水池，用于沖灰沖渣[8]。部分企業將濃水進入反滲透原水箱進行再次反滲透處理[9]。第一種方案沒有處理濃水而直接排放，第二種方案處理后重金屬可以達標排放，但是COD仍然不能達標，第三種方案未處理污染物而實行閉路循環，導致RO系統內污染物濃度和鹽分越來越高。在熱電廠等企業中，其回用濃水中硬度較高，可以利用氧化鋁進行軟化處理，有效地降低易結垢的鈣鎂離子[10]，但PCB回用濃水需處理后達標才可排放。

由于PCB回用濃水的電導率在10 000 μS/cm左右，COD在120～180 mg/L，高電導率、難降解、有機物低的濃水不適合微生物生長，因此目前還沒有相關資料介紹生化處理PCB回用濃水。筆者采用耐高鹽和適于低濃度難降解有機物的納豆菌作微生物，處理PCB回用濃水。

2 豆制抗鹽菌的作用機理及主要特點

孢子型豆制抗鹽菌是具有耐酸、耐熱特性的有益菌。該微生物在好氧狀態下，利用水中的有機污染物作為食物源合成新的細胞用以去除有機物，沉淀在池底的污染物由與該微生物所共生的兼氧性及厭氧性菌群加以氧化、硝化、反硝化達到凈化的作用。

2.1 有機物質酸化

水體中有機物在好氧條件下被納豆菌分解吸收增殖成新的細胞，而一部分分解速度較慢的有機物，在豆制抗鹽菌素中酵素的作用下，較快地酸化水解成低分子量有機物，被微生物吸收利用，從而減少沉積在池底的污泥量。另外，水解后的低分子量有機物可快速地被豆制抗鹽菌及水體中其他的好氧微生物分解。

2.2 硝化和反硝化反應

豆制抗鹽菌素中配制了硝酸菌、亞硝酸及反硝化菌種，可將水體中氨氮物質加速硝化，同時反硝化細菌將硝態和亞硝態氮轉化為氮氣，避免氨氮及硝態和亞硝態氮的累積，最終形成一個食物鏈循環正常、具有足夠自凈能力的水體。

與普通微生物相比，該微生物具有以下優點：①豆制抗鹽菌可以生活的溫度為-1～-10 ℃（-10 ℃以下時處于休眠狀態）；

②有效的凈化溫度帶為：10～65 ℃（最適合的溫度帶25～60 ℃）；③酸堿度：pH 3～11（從強酸性到強堿性都可生存的微生物）；

④繁殖速度：4 h內10萬倍以上的速度繁殖；

⑤生命特性：厭氧和好氧環境均具有活性；

⑥排除病原菌和腐蝕菌的特性；

⑦以固體形態存在，便于投加使用及保存。

豆制抗鹽菌無論在空氣還是在水中都可以生存，能有效分解水中大腸菌和腐蝕菌，使水質變得更干凈。水溫在-10 ℃以下時，其將處于休眠狀態，雖然凈化功能降低了，但依然存活，在低溫下可長期保存，使用起來方便。在處理過程中，豆制抗鹽菌可降低污泥的數量，減少固體污染物。

3 工藝流程及設備

設計思路：回用濃水加堿調整pH至8.5～9.5后，去除水中的銅、鎳等重金屬離子，在混凝劑和助凝劑的作用下經過沉淀池沉淀去除，沉淀出水調節pH至7～8進入水解酸化池，經水解酸化后再進入納豆菌接觸氧化池，出水經沉淀后排放。其具體的工藝流程如圖1所示：

4 結果與分析

4.1 培菌階段對COD去除率的影響

從圖2a可知，在培菌階段厭氧池內COD去除率從第1天的54%下降到第7天的13.31%，并且在1～3 d內下降速度較快，主要是由于微生物由從第7天開始趨于平穩，去除率在10%左右。好氧池內第1天到第3天去除率變化不大，主要是接種階段，從第3天開始去除率變化較快，到第6天時去除率增大到52.17%，之后去除率變化不大（圖2b）。由于回用濃水COD為難降解有機物且濃度較低，致使其去除率較低，但出水可穩定在50～80 mg/L。

4.2 停留時間對COD去除率的影響

由圖3可知，COD去除率隨著時間的增加而增大，在2～5 h內增幅較大，去除率由20%增大到45%。當停留時間超過6 h之后，去除率不再增大，出水可達到40～70 mg/L，此時增大停留時間只會增加運行成本和基建成本。

4.3 進水流量對COD去除率的影響

進水流速與停留時間有直接關系，進水流量越大停留時間越短，微生物對有機物的降解會越不徹底，使有機物不能充分分解而排除。從圖4可知，在流速為0.1～0.6 m3/h時，豆制抗鹽菌對PCB回用濃水有較好的去除效果，說明該微生物對水流有較好的抗沖擊負荷能力。

4.4 電導率對COD去除率的影響

含鹽廢水主要毒物是無機毒物，即高濃度的無機鹽。有毒物質對廢水生物處理的影響與毒物的類型和濃度有關，一般隨著濃度升高可分為刺激作用、抑制作用和毒害作用三大類。激發抑制濃度：100～200 mg/L；中等抑制濃度：3 500～5 000 mg/L；強制抑制濃度：8 000 mg/L。當鈉離子濃度為2 000 mg/L時，有明顯的毒性；高濃度無機鹽對廢水生物處理的毒害作用主要是通過升高環境滲透壓破壞微生物的細胞膜和菌體內的酶，從而破壞微生物的生理活動。該工藝采用的豆制抗鹽菌可以在3%～15%的鹽度中繁殖生長，并能降解低濃度難降解有機物，在PCB回用濃水電導率達到14 000 μS/cm（鹽度在9 g/L）以上時，其出水可穩定在70 mg/L左右。

圖4 進水流量對COD的影響

圖5 電導率對COD的影響

4.5 銅離子對COD去除率的影響

銅離子對微生物具有重要的毒害作用，當銅離子濃度超過一定濃度時，將會導致微生物變異或者死亡，所以進水中銅離子濃度必須控制在一定范圍之內。筆者研究了不同濃度的銅離子對微生物處理效果的影響。通過檢測發現（圖5），在檢測的濃度范圍2.5 mg/L之內，其微生物生長良好，去除效果一直穩定達標，說明該微生物抗重金屬作用比傳統微生物更強。

圖6 銅離子濃度對COD的影響

4.6 進水pH對COD去除率的影響

由圖7可知，當pH在7.0～8.5之間時，COD去除率較高，可維持在45%～50%之間，出水可穩定在50～70 mg/L之間。在研究的pH 6～9之間，其出水也可穩定達標，但微生物在7.0～8.5之間時活性更強，去除效果更好。

圖7 進水pH對COD的影響

4.7 進水溫度對COD去除率的影響

傳統好氧微生物在15～30 ℃之間活動旺盛，在穩定溫度為10 ℃左右時，微生物活性將大大降低，處理效果極差。但豆制抗鹽菌可在溫度為10 ℃左右時具有較好的處理效果；在8 ℃時可將有機物由進水的117.86 mg/L降解到78.91 mg/L（圖8）。

圖8 進水溫度對COD的影響

5 結論

（1）設計調節池不需要太大。普通嗜鹽菌鹽度變化對穩定的系統產生極大的影響，表現為處理效率的急劇下降和污泥的大量流失，在設計時應設立調節池足夠大以保證鹽度的相對穩定。但豆制抗鹽菌在鹽度4～10 g/L之間變化時，進水COD濃度在130.00～162.13 mg/L 時，出水濃度穩定在60～80 mg/L之間，去除率為50%左右。鹽度劇烈變化時，其去除效果相對穩定，所以調節池沒有普通嗜鹽菌的大。

安徽農業科學 2015年

（2）普通嗜鹽菌設計負荷要相對較少，鹽度可降低生物降解的速率，影響去除效果。但豆制抗鹽菌在設計流量為0.5 m3/h的條件下，進水流量達到0.9 m3/h，其出水仍可以達標，其抗負荷能力相對較強。

（3）普通嗜鹽菌的高鹽處理污泥絮凝性差，污泥流失嚴重。因此，在設計中應保證高的污泥濃度，要及時回流。但豆制抗鹽菌活性強，不需要高的污泥濃度，微生物主要附著在填料上。

（4）高鹽影響絮凝性，因此較長的停留時間有利于污泥的沉降。而豆制抗鹽菌的沉淀效果好。

（5）普通嗜鹽菌微生物在高鹽環境的適應表現為好氧呼吸速率加大，因此呼吸會造成額外的氧耗量，需要加大曝氣量提高水中溶解氧濃度利于微生物的新陳代謝作用。豆制抗鹽菌則不需要大曝氣量，溶解氧濃度在2 mg/L以上時已經可以滿足其對氧的要求。

參考文獻

[1]

趙世剛，石維平.反滲透濃水回用利用探討[J].工業用水與廢水，2005，36（3）：58-59.

[2] 馬健維，李揚，賈桂敏，等.反滲透回流工藝參數的確定[J].石化技術與應用，2006，24（5）：375-377.

[3] COZTILVES J M，LORA J，MENDOZA J A，et al.Modelling of alow-pressure reverse osmosis system with concentrate recirculation to obtain high recovery levels[J].Desalination， 2002，144：341-345.

[4] EIZANATI E，EIKHATIB M.Integrated membranebased desalination system [J].Desalination，2007，205：15-25.

[5] GILRON J， CHAIKIN D， DALTROPHE N.Demonstration of CAPS pretreatment of surface water for RO[J].Desalination，2000，127：271-282.

[6] KARAKULSKI K，GRYTA M.Water demineralisation by NF/MD integrated processes[J].Desalination，2005，177：109-119.

[7] 張勝，毛永，徐璇，等.反滲透濃水的回用[J].工業用水與廢水，2007，38（3）：56-57.

[8] 朱桂榮.反滲透濃水的再利用[J].河南化工，2004（7）：31-51.

[9] 孫容，李飛.反滲透濃水回用技術探討[J].電站輔機，2004，9（3）：51-53.

[10] 石維平.反滲透濃水綜合利用的探討與對策[J].有色冶金節能，2004，6（3）：15-16.