大豆為碳源厭氧法處理酸性硫酸鹽廢水的研究

郭穎超

（承德華勘五一四地礦測(cè)試研究有限公司 承德 067000）

0 引言

傳統(tǒng)的處理酸性硫酸鹽廢水的方法有很多，例如濕地法，中和法，硫化物法等[1-2]，這些方法都存在一定的局限性，如占地面積大，用堿量大，硫化劑價(jià)格高等。厭氧微生物法是近些年來(lái)一種新興的技術(shù)，具有工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，可以以廢治廢，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)[3]。因此，厭氧微生物法受到了環(huán)境工作者的高度重視。據(jù)報(bào)道，目前可被SRB利用的碳源已經(jīng)超過(guò)了100種，但是找到一種既能為SRB提供能量和電子供體，又能在高酸度條件下去除的廉價(jià)碳源使該技術(shù)能在工業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，成為我們研究的目的。

1.1 試驗(yàn)裝置

AMMBR反應(yīng)器。

1.2 AMMBR反應(yīng)器的工作原理

AMMBR反應(yīng)器置于恒溫水浴中，溫度保持（35±1）℃，以間歇方式攪拌，每30min攪拌一次，每次攪拌持續(xù)15min。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，進(jìn)水溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵進(jìn)入到厭氧反應(yīng)器中，進(jìn)水流量由蠕動(dòng)泵來(lái)控制，進(jìn)入的溶液在厭氧反應(yīng)器的最底端，通過(guò)潛入泵的攪拌作用與厭氧反應(yīng)器中的SRB發(fā)生反應(yīng)，SRB處理后的廢水由出水口排出，代謝產(chǎn)生的H2S等氣體由排氣口，通過(guò)穩(wěn)壓瓶被鋅氨絡(luò)合溶液吸收，剩余氣體通過(guò)濕式氣體流量計(jì)后排放掉。

1.3 AMMBR反應(yīng)器的啟動(dòng)

試驗(yàn)所用底泥取自長(zhǎng)春某公司污水處理廠的好氧污泥池。向厭氧反應(yīng)器中投加3L好氧活性污泥后，隔絕空氣厭氧改性培養(yǎng)。開(kāi)始時(shí)以S負(fù)荷為1.0kg/(m3·d)～2.0kg/(m3·d)、COD 為 2.0kg/(m3·d)～4.0kg/(m3·d)連續(xù)進(jìn)水，水力停留時(shí)間為28h，經(jīng)過(guò)15天的連續(xù)運(yùn)行，厭氧反應(yīng)器的COD去除率逐漸降低，而去除率越來(lái)越高，表明厭氧反應(yīng)器已經(jīng)具有一定還原的能力。從反應(yīng)器的出氣口聞到臭雞蛋氣味的氣體，表明有H2S氣體產(chǎn)生，標(biāo)志快速啟動(dòng)成功。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 靜態(tài)試驗(yàn)方法

采用硫酸鹽還原菌的專屬培養(yǎng)基[7]富集培養(yǎng)AMMBR出水中的硫酸鹽還原菌，作為靜態(tài)試驗(yàn)的菌種來(lái)源。試驗(yàn)采用50mL的比色管，每管按接種菌液：培養(yǎng)基（v/v）=1：9或接種菌液：培養(yǎng)基（v/v）=2：8加入培養(yǎng)基，NaOH溶液和HCl溶液調(diào)節(jié)pH到7.0，培養(yǎng)基中碳源為大豆，經(jīng)高溫滅菌30分鐘，冷卻后，接入富集的SRB的菌液。用塞子蓋住，搖勻，用封口膜封口，達(dá)到完全厭氧環(huán)境，然后放入恒溫培養(yǎng)箱中，35℃靜置培養(yǎng)，相同條件下每組平行做3瓶，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值。

1.4.2 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)方法

利用AMMBR反應(yīng)器，前期實(shí)驗(yàn)確定35℃為最佳溫度條件，碳源為發(fā)酵大豆，通過(guò)改變進(jìn)水的pH、硫酸根濃度、COD/S、水力停留時(shí)間、鐵離子濃度、亞鐵離子濃度等條件來(lái)研究大豆為碳源時(shí)出水pH、硫酸根濃度、COD去除率、氧化還原電位、鐵離子濃度、亞鐵離子濃度、硫酸鹽還原菌濃度等項(xiàng)目，從而得到酸性硫酸鹽水的最佳工藝條件。

2 結(jié)果與討論

以大豆為碳源，探索厭氧微生物法處理酸性硫酸鹽廢水的可行性，該實(shí)驗(yàn)方法具有操作簡(jiǎn)便，試劑用量少，微生物負(fù)荷小，簡(jiǎn)單易行，試驗(yàn)用時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)。主要考察了不同的有機(jī)碳源對(duì)硫酸根去除率的對(duì)比。

2.1 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

圖1 發(fā)酵大豆，葡萄糖，乳酸鈉為碳源硫酸根去除率與時(shí)間的關(guān)系

2.2 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

從靜態(tài)的探索性試驗(yàn)中，我們可以看出，發(fā)酵大豆對(duì)硫酸根的去除率接近乳酸鈉，但價(jià)格比乳酸鈉要低。本試驗(yàn)以發(fā)酵大豆為碳源，運(yùn)用AMMBR反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。該反應(yīng)器容積為7.5L，具有廢水處理量大，微生物負(fù)荷高，循環(huán)性能好，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，更接近規(guī)模化等優(yōu)點(diǎn)，我們通過(guò)進(jìn)水pH，COD/，水力停留時(shí)間，硫酸根濃度，重金屬離子濃度等條件確定最適宜的工藝參數(shù)。

2.2.1 進(jìn)水pH試驗(yàn)

圖2 不同pH進(jìn)水對(duì)去除率的影響

酸性硫酸鹽廢水的pH一般在2.5～4.5之間，廢水的酸度影響硫酸根的去除，葡萄糖是硫酸鹽還原菌的常用碳源，本文為了探究硫酸鹽還原菌所能承受的最低進(jìn)水酸度，以發(fā)酵大豆和葡萄糖作對(duì)比，進(jìn)行了以下試驗(yàn)。

圖3 不同pH進(jìn)水對(duì)出水pH的影響

圖4 不同pH進(jìn)水對(duì)COD去除率的影響

圖5 不同的COD/對(duì)去除率的影響

2.2.3 水力停留時(shí)間（HRT）試驗(yàn)

水力停留時(shí)間（HRT）就是容器的容積與進(jìn)水流量之比，指待處理的廢水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，也就是廢水與生物反應(yīng)器內(nèi)微生物作用的平均反應(yīng)時(shí)間。如果反應(yīng)器的有效容積為V（立方米），則有，HRT=V/Q，Q=uA，V=HA，所以，HRT=H/u(h)，H指容器高度，u指進(jìn)水流量。

圖6 不同的HRT對(duì)去除率的影響

2.2.4 硫酸根濃度試驗(yàn)

圖7 不同硫酸根濃度對(duì)去除率的影響

2.2.5 Fe2+對(duì)硫酸根離子去除的影響

含重金屬離子的酸性硫酸鹽廢水中一般含有Fe2+、Fe3+、Pb2+等重金屬離子。這些重金屬離子的存在也影響硫酸鹽還原菌對(duì)的去除能力，從而影響重金屬離子與硫離子形成硫化物沉淀的能力。

圖8 不同F(xiàn)e2+濃度對(duì)去除率的影響

2.2.6 Fe3+對(duì)硫酸根離子去除的影響

圖9 不同F(xiàn)e3+濃度對(duì)去除率的影響

Fe3+的存在對(duì)硫酸鹽還原菌也有一定的影響。本試驗(yàn)考察了Fe3+對(duì)硫酸鹽還原菌去除硫酸根的影響。

3 結(jié)論

（1）以發(fā)酵大豆為碳源，最低進(jìn)水pH為1.5，最低出水pH為6.10，達(dá)到酸性進(jìn)水，中性出水，減少了用堿處理步驟，使工藝簡(jiǎn)化，處理成本降低。高于以葡萄糖為碳源的最高去除率。

（3）同乳酸鈉，葡萄糖相比較，大豆具有價(jià)格低廉，易于獲得，并且組成穩(wěn)定，是SRB的較適宜廉價(jià)碳源。