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生物活性炭纖維( BACF)法處理棉漿黑液的研究

2016-06-01 11:23:35 安裝信息網(wǎng)

張越鋒1，2，呂玲玲2，駱俊樂1，吳瑛1，2

（1．塔里木大學南疆化工重點實驗室，新疆阿拉爾843300；2．新疆兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室——省部共建國家重點實驗室培育基地，新疆阿拉爾843300）

摘要：將分離自新疆某棉漿廠生物水處理系統(tǒng)中的嗜堿細菌與高性能材料活性炭纖維結合制成生物活性炭纖維( BACF)水處理系統(tǒng)，對棉漿黑液進行了處理。通過不斷增加棉漿黑液的污染物濃度的方法，考察了該水處理系統(tǒng)的處理能力，研究表明，該系統(tǒng)可以有效降低棉漿黑液的COD c r、懸浮物(SS)、堿度(pH)，經(jīng)過不同時間處理均可使不同初始污染濃度的棉漿黑液達到印染廢水排放標準。

關鍵詞：生物活性炭纖維；污水處理；活性微生物

中圖分類號：S562 文章編號：0253 -4320(2016)04 -0141 -03

DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 04. 034

棉漿粕是一種高純度纖維素，廣泛應用于造紙、醫(yī)藥、航天等領域，具有重要的經(jīng)濟價值。然而，目前棉漿粕生產(chǎn)工藝幾乎全部采用的是堿性蒸煮工藝，該工藝過程會產(chǎn)生大量破性棉漿黑液，黑液中含有大量有機污染物和懸浮物（木質素、纖維素、半纖維素及其在高溫、強堿條件下的分解產(chǎn)物等），具有色度高、堿性高、污染負荷大、難降解等特點，隨著水資源的日益匱乏和環(huán)保要求的不斷增強，棉漿黑液的深度處理便成為人們普遍關注問題之一。目前對棉漿廢水的處理多采用多種方法的耦合工藝，如生物一接觸氧化法、生化一物化組合工藝、催化一電化學反應器處理法、日光輻照H2O2-草酸鐵氧化法等，然而上述工藝仍然具有一定的局限，一是很難實現(xiàn)對棉漿污水的深度處理，二是資金投入大很難實現(xiàn)市場化。本研究將棉漿廠水處理系統(tǒng)中的微生物進行了分離、纖維素分解能力篩選和馴化等過程，然后與吸附性和生物相容性均優(yōu)越的活性炭纖維絲相結合，制成生物活性炭纖維( BACF)水處理裝置，對棉漿廢水進行深度處理研究，該工藝可以有效地解決微生物針對性不強、污泥老化和污泥膨脹等問題，具有綠色、效率高以及投資省的特點。

1實驗材料

1.1材料

棉漿廢水（取自新疆某棉漿廠）水質如下：色度（倍）為32 768；COD c r=16 666 mg/L；pH=12�；钚蕴坷w維（SY-ACF-1003C，購自南通森友炭纖維有限公司）。纖維素分解菌株（分離自新疆某棉漿廠污水處理系統(tǒng)）信息如表1。

1.2主要儀器

SHB-Ⅲ循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限公司；SB -648曝氣泵，中山市松寶電器有限公司；BT100-2J型蠕動泵，保定蘭格恒流泵有限公司；PHS-3C精密pH計，上海虹益儀表有限公司；KBM-A數(shù)顯恒溫磁力攪拌電熱套，金壇市醫(yī)療儀器廠。

2實驗方法

2.1實驗裝置及流程

按照30 cm x30 cm×100 cm的規(guī)格制作一透明容器，容器設有曝氣裝置、進口閥、出口閥、流量計等裝置，容器有效容積為76 cm×30 cm×30 cm=68.4 L。將活性炭纖維絲（SY -ACF -1003C）用丙酮回流活化后束狀固定于纖維帶上，并置于容器中。實驗開始后通過循環(huán)掛膜法將微生物附著到活性炭纖維表面制備出BACF水處理裝置。裝置示意圖如圖1所示。

2.2實驗方法

從新疆某棉漿廠的生物水處理系統(tǒng)中分離得到具有分解纖維素放線菌12株、細菌12株，從中選取了分解纖維素效果良好的5株細菌作為本實驗的活性菌株，通過液體培養(yǎng)獲得菌株濃度為9. 375×107個/L的種子液。將棉漿廢水經(jīng)過沉降后，與自來水按一定比例配制成一定COD濃度的稀釋液引入到BACF水處理裝置中，同時按COD:N：P（葡萄糖：氯化銨：磷酸二氫鈉）= 100:5：1的質量比補充營養(yǎng)物質，另加入少量(0.1～0.5g/L)硫酸鎂、氯化鐵、氯化鈣等無機鹽，最后將5株細菌種子液加入到馴化好活性污泥的棉漿廢水中。

實驗條件：微生物接種體積分數(shù)為0. 2%，溫度25℃，曝氣量為0.4 11(L-h)，不同處理時間，通過考察活性炭纖維絲的生物相容性以及不同處理時間下的污染物指標——化學需氧量( COD c r)、pH、固體懸浮物( SS)來評價本水處理系統(tǒng)對棉漿黑液的處理效果。

水質污染指標測定方法：化學需氧量COD c r，重鉻酸鹽法GB/T 11914-1989；固體懸浮物，重量法GB/T 11901-1989；pH，酸度計。

3結果與分析

3.1 活性炭纖維絲的生物相容性

通過顯微鏡觀察活性炭纖維絲表面的微生物附著程度可知活性炭纖維絲具有很好的生物相容性，且微生物附著量較大，可見經(jīng)過選育、馴化過的纖維素分解菌可以很好地適應污染物主要為纖維素、木質素的棉漿黑液環(huán)境，且與活性炭纖維絲結合良好。如圖2所示。

3.2 BACF系統(tǒng)對棉漿黑液COD c r處理效果

如圖3所示，當初始COD c r值為212 mg/L時，經(jīng)過13 d的處理降低至25 mg/L，去除率為88. 2%；當初始COD c r值為429 mg/L，經(jīng)過17 d的處理降至117 mg/L，去除率為72.7%；當初始COD c r升至2 055 mg/L時，經(jīng)過29 d的處理仍可以降至193 mg/L，去除率達90. 6%。可見采用該BACF水處理系統(tǒng)可以顯著降低棉漿廢水的COD c r值，對棉漿廢水的深度處理具有良好效果，出水水質均達到了印染廢水化學需氧量COD c r值的排放標準(COD c r<200 mg/L)，但也可以看出隨著初始COD c r的增加，處理時間也不斷增加。

3.3 BACF系統(tǒng)對棉漿黑液SS處理效果

如圖4所示，初始固體懸浮物SS值為15 mg/L時，經(jīng)過13 d的處理降低至2 mg/L，去除率為86.7%；當初始SS值為32 mg/L時，經(jīng)過17 d處理降低至15 mg/L，去除率為53%；當初始SS值為130 mg/L時，經(jīng)過29 d的處降低至24 mg/L，去除率為81.5%；可見BACF系統(tǒng)在顯著降低棉漿廢水的COD值的同時，可以顯著降低棉漿廢水中固體懸浮物，出水水質均達到了印染廢水固體懸浮物SS值的排放標準( SS <70 mg/L)。

3.4 BACF系統(tǒng)對棉漿黑液pH的處理效果

如圖5所示，當初始pH為7.73，經(jīng)過13 d的處理后pH降低至7.02；當初始pH為8.66，經(jīng)過17 d的處理后pH降低至7.82;當初始pH為9.32，經(jīng)過29 d的處理后pH降低至7.18�？梢姴捎肂ACF水處理系統(tǒng)在顯著降低棉漿廢水的COD值和固體懸浮物SS值的同時，也降低了整體的棉漿廢水pH，且均達到了印染廢水pH的排放標準（pH在6~9）。其原因可能是引入的嗜堿細菌在分解纖維素等污染物的同時代謝酸性物質而引起的。