維生素對(duì)活性污泥法處理工業(yè)廢水的研究進(jìn)展

*張逸飛

(鄭州市第十一中學(xué) 河南 450000)

維生素對(duì)活性污泥法處理工業(yè)廢水的研究進(jìn)展

*張逸飛

(鄭州市第十一中學(xué) 河南 450000)

工業(yè)廢水具有一定的難降解性,本文綜述了添加維生素B、C、E對(duì)微生物的生長(zhǎng)、繁殖和新陳代謝等方面的影響,進(jìn)而討論三種不同的維生素單獨(dú)添加和混合添加時(shí)對(duì)活性污泥法處理工業(yè)廢水中污染物的去除率的影響.添加不同濃度的B類(lèi)維生素所產(chǎn)生的效應(yīng)(例如: COD的去除效果以及微生物的呼吸活性)也不相同.并根據(jù)總結(jié)的結(jié)果對(duì)下一階段的研究方向進(jìn)行了展望.

B類(lèi)維生素;維生素C;維生素E;工業(yè)廢水;活性污泥

1.引言

活性污泥法是污水處理技術(shù)中最經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、普遍的方法,其中在廢水處理中起著主體作用的活性污泥受到了人們的普遍關(guān)注.近年來(lái),國(guó)內(nèi)外的研究者從調(diào)節(jié)生物處理系統(tǒng)所需微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡的角度出發(fā),對(duì)微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)工業(yè)廢水處理的影響做了大量研究.而在這些微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之中,維生素作為微生物生長(zhǎng)所不可或缺的生長(zhǎng)因子,對(duì)微生物的生長(zhǎng)起著一定的促進(jìn)作用.研究表明,有多種維生素可以促進(jìn)微生物的生長(zhǎng),如維生素B3、維生素C、維生素E等.

粱威等進(jìn)行維生素B1對(duì)毛紡廢水處理效果影響的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)中研究了不同濃度的維生素對(duì)于微生物的影響.如圖1所示,隨著維生素含量的增加,系統(tǒng)COD的去除率也不斷增加,但當(dāng)濃度達(dá)到1.0mg/L后,COD去除率隨投加量的增加而減少.所以,一定量的維生素B1對(duì)于活性污泥的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用,但過(guò)量的維生素可對(duì)污泥的活性起著抑制作用.由此推論可知,通過(guò)控制維生素的添加量來(lái)促進(jìn)活性污泥的生長(zhǎng)具有一定的可行性.

圖1 維生素B1對(duì)系統(tǒng)COD去除的影響

本文綜述了B類(lèi)維生素,維生素E,維生素C,三類(lèi)維生素對(duì)活性污泥處理工業(yè)廢水的影響.

2.B類(lèi)維生素對(duì)活性污泥處理工業(yè)廢水的影響

B類(lèi)維生素主要包括B1、B3、B5、B12、B6、B9.B類(lèi)維生素對(duì)于微生物的生長(zhǎng)起著重要的促進(jìn)作用,為了研究其具體對(duì)于微生物活性的作用.霍培書(shū)等研究了B類(lèi)維生素對(duì)活性污泥處理廢水的影響,在12℃的條件下向有效反應(yīng)器容積為5L,污泥含量約為1600mg/L的人工合成工業(yè)廢水中添加不同的B類(lèi)維生素,并在一定時(shí)間后檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo).結(jié)果表明:添加不同的B類(lèi)維生素對(duì)活性污泥法處理廢水的效果也不同,如單獨(dú)添加維生素B3,維生素B5后活性污泥生物系統(tǒng)處理污水的效率得到了提升,促進(jìn)了COD、TP、TN的去除.其中維生素B5可使COD去除率提高2.63%,添加維生素B3后實(shí)驗(yàn)組出水的TP濃度較對(duì)照組低0.390mg/L,單獨(dú)添加維生素B5后的出水TN平均值比對(duì)照組低0.960mg/L.而一些B類(lèi)維生素對(duì)于TP和MLSS的去除影響并不顯著,如維生素B7.但是維生素B2等則不影響活性污泥對(duì)污水的處理.再向系統(tǒng)中添加維生素B2后,實(shí)驗(yàn)組的COD去除率與空白對(duì)照組相比并無(wú)大的變化,從中看出并不是所有維生素都對(duì)活性污泥處理廢水起到促進(jìn)作用.

Jasonbarnett等人也得到了相同的結(jié)論,在添加了維生素B6后COD的去除率提高了8%.相比于維生素B6,維生素B3對(duì)于COD的去除率影響更大,比空白對(duì)照組提高了21%.除了對(duì)于化學(xué)需氧量的影響,添加B類(lèi)維生素對(duì)混合液懸浮固體濃度(MLSS)也有一定的影響.研究者在添加了適量的維生素B3和維生素B6后,MLSS指數(shù)變?yōu)?1mg/L和12mg/L同比增長(zhǎng)252%和232%.

在眾多B類(lèi)維生素中,煙酸(維生素B3)是眾多研究者所研究的焦點(diǎn).煙酸作為合成輔酶的原料,也是許多微生物生長(zhǎng)所必須的維生素之一,另外在生物的氧化過(guò)程中微生物脫氫酶是維生素降解有機(jī)污染物獲得能量的必須酶,其活性在很大程度上反應(yīng)了微生物的代謝活性.煙酸是脫氫酶兩個(gè)輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的衍生物(NADP)的前體,從理論上,煙酸的投加可以提高脫氫酶活性,已有研究表明一定量的煙酸能夠提高工業(yè)廢水處理中污泥的代謝活性.

王慧等研究了通過(guò)添加煙酸對(duì)于活性污泥處理系統(tǒng)處理毛紡廢水的影響,在兩個(gè)相同的活性污泥系統(tǒng)內(nèi),一個(gè)反應(yīng)器投加煙酸,另一個(gè)做空白對(duì)照,每天記錄污水處理效果,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,研究者將這兩個(gè)系統(tǒng)中COD測(cè)定的數(shù)值繪制成圖像,如圖2所示.由圖可知投加組的COD去除率明顯高于對(duì)照組,投加組的平均去除率大約為對(duì)照組的1.3倍.運(yùn)行16天后對(duì)于污泥處理系統(tǒng)停止投加煙酸,研究煙酸的可持續(xù)作用時(shí)間,繼續(xù)觀察14天后,發(fā)現(xiàn)雖已經(jīng)停止投加煙酸,但投加組較優(yōu)的處理能力和較高的微生物酶活性仍持續(xù)了一段時(shí)間后才回落,可見(jiàn)煙酸對(duì)于活性污泥的影響之大.而對(duì)于脫氫酶的活性正如研究者所設(shè)想的在添加了煙酸之后,脫氫酶的活性得到了提高,約為對(duì)照組的1.34倍,而當(dāng)停止投加煙酸后其活性雖然下降但仍高于對(duì)照組,約為對(duì)照組的1.16倍.

圖2 系統(tǒng)COD去除率變化

由上述研究成果可見(jiàn),添加了B類(lèi)維生素后對(duì)活性污泥的生長(zhǎng)、繁殖和新陳代謝有著促進(jìn)作用,從而提高微生物對(duì)于污水的處理效果.但投加了煙酸之后,迅速優(yōu)化了菌群結(jié)構(gòu),增加了污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性.這也是B類(lèi)維生素作為現(xiàn)階段用途最廣泛的一種提高污泥活性的維生素的原因之一.

3.維生素C對(duì)活性污泥處理工業(yè)廢水的影響

維生素C是人體保持健康的不可或缺的營(yíng)養(yǎng)之一,對(duì)于人體的生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用,近年來(lái),維生素C作為一種添加劑應(yīng)用于水處理也被科研人員所研究.雷洋等研究者,在維生素C促進(jìn)鐵鹽活化過(guò)硫酸鹽有機(jī)污染物的研究中,通過(guò)添加維生素C來(lái)加快有機(jī)物降解的過(guò)程,研究者發(fā)現(xiàn)相比于其它系統(tǒng),三價(jià)鐵離子與維生素C和過(guò)硫酸鹽PS的組合能夠快速降解污染物.其原因是因?yàn)榫S生素C作為一種還原劑,將Fe3+還原成Fe2+,從而發(fā)生如下反應(yīng):

除此之外,由于維生素C本身也可以直接和過(guò)硫酸鹽反應(yīng),生成的可直接或間接攻擊污染物達(dá)到降解的目的.而過(guò)硫酸鹽、維生素C和三價(jià)鐵離子這三種物質(zhì)組合處理有機(jī)污染物,可以達(dá)到充分降解的目的,從而獲得最高的污染物去除率和經(jīng)濟(jì)效益.基于這個(gè)研究成果,雷洋等人發(fā)明了一種新型有機(jī)廢水催化氧化方法.由于這種方法只需友好的加入維生素C,并不需要添加其它試劑或消耗其它能源,從而降低了處理成本,而且含鐵催化劑可重復(fù)利用,應(yīng)用前景廣闊.

在T.Stephenson的研究之中通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)維生素A,維生素E適用于大部分的微生物,可以通過(guò)添加這類(lèi)維生素可提高廢水的處理效率和能量的利用率.而維生素C則多可用于乳酸螺旋桿菌,在生長(zhǎng)和酸化的過(guò)程去改變微生物對(duì)于污水的處理.

謝月瑩等人研究了維生素C對(duì)于活性污泥的影響,當(dāng)單獨(dú)添加不同濃度的維生素C,如圖3所示.當(dāng)維生素C的濃度為20mg/L時(shí),活性污泥的活性比對(duì)照組提高了7%,而當(dāng)濃度達(dá)到100mg/L時(shí),其活性低于對(duì)照組的2.2%,當(dāng)達(dá)到200mg/L時(shí)其活性低于對(duì)照組的33.5%.可見(jiàn)低濃度的維生素C對(duì)含辛基酚的廢水起著一定的拮抗作用,而高濃度的則會(huì)增強(qiáng)其抑制作用.其原因是因?yàn)榫S生素C中含有烯醇式羥基可與氫氧根等反應(yīng)還原生成硫自由基.而當(dāng)產(chǎn)生A.(半脫氫抗壞血酸負(fù)離子自由基)并不能及時(shí)清除時(shí),就會(huì)把微生物體內(nèi)的不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化,對(duì)機(jī)體造成傷害,從而抑制污泥活性.

圖3 維生素C對(duì)辛基酚抑制效應(yīng)的影響

4.維生素E對(duì)活性污泥的影響

維生素E是所有具有a-生育酚活性的生育酚和三烯生育酚及其衍生物的總稱(chēng).維生素E不溶于水,呈脂溶性;室溫下為油狀液體,橙黃或淡黃色;對(duì)熱、酸等環(huán)境比較穩(wěn)定,遇堿不穩(wěn)定,可發(fā)生氧化;在無(wú)氧條件下較穩(wěn)定;酯化維生素E較游離維生素E穩(wěn)定.而在Halil Hasar的研究中,添加維生素C和維生素E后對(duì)于廢水的處理也是有益的.研究者向廢水中添加了維生素C、E和A經(jīng)過(guò)了六個(gè)月的實(shí)驗(yàn)觀察及出水污染物濃度測(cè)定.發(fā)現(xiàn)廢水的處理效率分別提高了16.2%、22.7%和20.5%.所以研究者得出結(jié)論,相比于維生素A和維生素C,維生素E的處理效果最優(yōu),效果最明顯.而此次研究也發(fā)現(xiàn)維生素C相比于維生素E和維生素A是比較不穩(wěn)定的.所以對(duì)于維生素C的研究還需要更進(jìn)一步的探索.

謝月瑩等人研究了維生素E對(duì)于含辛基酚的工業(yè)廢水抑制效應(yīng)的影響,如圖4所示,當(dāng)單獨(dú)添加維生素E時(shí),50mg/L的維生素E將活性污泥的活性提高了28.6%,當(dāng)濃度為200mg/L時(shí)其活性相比于對(duì)照組增長(zhǎng)至56.6%.相比于維生素C,維生素E對(duì)于辛基酚的抑制效應(yīng)存在著明顯的拮抗作用,而且高濃度的維生素E并未對(duì)污泥產(chǎn)生危害,這是因?yàn)榫S生素E與維生素C的抗氧化機(jī)理不同,它是通過(guò)向脂氧自由基提供氫離子,使脂質(zhì)過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷,從而達(dá)到去除污染物的作用.

圖4 維生素E對(duì)辛基酚的抑制效應(yīng)的影響

5.維生素C、E共同添加對(duì)活性污泥處理工業(yè)廢水的影響

不同種類(lèi)的維生素對(duì)活性污泥的生長(zhǎng)起著不同的促進(jìn)作用,若同時(shí)添加不同種類(lèi)的維生素是否對(duì)微生物的生長(zhǎng)起著協(xié)同的促進(jìn)作用?筆者根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研,同時(shí)添加維生素B、C、E對(duì)微生物的影響作用的相關(guān)文獻(xiàn)較少,但同時(shí)添加維生素C、E來(lái)促進(jìn)廢水的去除效果的文獻(xiàn)較多.作為天然強(qiáng)抗氧化劑的維生素C和維生素E,能夠有效清除體內(nèi)氧自由基,并可增強(qiáng)機(jī)體對(duì)外界的環(huán)境的抗應(yīng)激能力和免疫力.國(guó)內(nèi)外許多研究表明,當(dāng)遭受了某些外來(lái)物質(zhì)的毒害作用時(shí),維生素E和維生素C可對(duì)生物體起到保護(hù)作用.謝月瑩等人研究了維生素C,E對(duì)于辛基酚抑制效應(yīng)的拮抗作用,通過(guò)單獨(dú)添加以及混合添加兩種實(shí)驗(yàn)方法研究其對(duì)于活性污泥抑制作用的影響.

為研究維生素C和維生素E同時(shí)添加作用是否能起到一定的協(xié)同作用,結(jié)果如圖5所示,共同添加到系統(tǒng)中,維生素E的濃度保持在200mg/L,添加不同濃度的維生素C,檢測(cè)污泥活性抑制率,當(dāng)維生素C為30-50mg/L時(shí),對(duì)維生素E的促進(jìn)作用最強(qiáng),污泥活性提高到了55.0-55.6%.但當(dāng)維生素C的濃度達(dá)到100mg/L時(shí),相比于對(duì)照組,污泥活性降低了33%.這說(shuō)明當(dāng)維生素C的濃度超過(guò)一定限度時(shí),對(duì)系統(tǒng)活性污泥仍然存在著抑制作用.

圖5 維生素C、E聯(lián)合辛基酚抑制效應(yīng)的影響

6.結(jié)論與展望

(1)通過(guò)添加不同的B類(lèi)維生素可以改變活性污泥的COD去除率,某些B類(lèi)維生素起著促進(jìn)作用如B5或者B3.而添加某些B類(lèi)維生素則對(duì)于活性污泥的處理并無(wú)影響,如維生素B7.而當(dāng)添加維生素B7后可顯著提高活性污泥系統(tǒng)的MLSS處理指數(shù).

(2)單獨(dú)添加維生素C時(shí),低濃度的維生素C對(duì)于活性污泥的活性起著促進(jìn)作用,而當(dāng)超過(guò)一定范圍之后,高濃度的維生素C則會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥的生長(zhǎng)起著抑制作用,這不同于維生素E.目前研究顯示,高濃度的維生素E并不會(huì)對(duì)污泥活性起著抑制作用,但并不是濃度越高越好,當(dāng)達(dá)到一個(gè)極值之后,促進(jìn)作用會(huì)相對(duì)減弱.而把維生素C和維生素E混合添加到系統(tǒng)之中,可促進(jìn)污泥活性.

(3)微量元素除維生素B、C、E之外還有許許多多,仍有許多值得深入研究的地方,就目前而言,研究者多研究B類(lèi)維生素對(duì)于活性污泥的影響,其它的種類(lèi)研究較少,在下階段的研究過(guò)程中可把維生素A作為研究的一個(gè)入手點(diǎn),以便探索更經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用的活性污泥處理方法.

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張逸飛,男,鄭州市第十一中學(xué);研究方向:環(huán)境科學(xué)與工程.

Research Progress of Vitamin on Activated Sludge Process for Treatment of lndustrial wastewater

Zhang Yifei
(The No. eleven High School of Zhengzhou City, Henan, 450000)

Industrial wastewater is difficult to be degraded. In this paper, the effects of vitamin B,C,E on the growth, reproduction and metabolism of microorganisms are reviewed. And then the effects of the removal rate of pollutants in the activated sludge process through three different vitamins added separately and mixed. The effects of adding different concentrations of b vitamins ( e.g removal of COD and microbial respiratory activity ) are also different. According to the results, the research direction of the next phase is prospected.

B vitamins;vitamin C;vitamin E;industrial waste water;activated sludge

T

A