微量元素對工業(yè)廢水的促進[Word文檔]知識講解

1、此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除微量元素對工業(yè)廢水的促進本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。最新最全的 學術(shù)論文 期刊文獻 年終總結(jié) 年終報告 工作總結(jié) 個人總 結(jié) 述職報告 實習報告 單位總結(jié) 演講稿 微量元素對工業(yè)廢水的促進中國印染行業(yè)排放的廢水占工業(yè)廢水的比重很大，日排放量 約為3X1064X106m3,印染廢水具有難降解有機 污染物含量高、色度深和堿性大等特點，屬于難降解的工業(yè)廢 水。目前，對于印染廢水處理主要以好氧生物處理法為主，傳 統(tǒng)的活性污泥工藝由于較好的經(jīng)濟性而得到普遍使用。但是， 隨著印染技術(shù)的進步，新型染料和助劑等難生化降解的有機物 大量地進入印染廢水，致使廢水的

2、可生化性降低，廢水的生物 處理效率不高1。隨著工業(yè)廢水排放標準2逐漸提 高，很多污水廠面臨提標改造的問題。為此很多學者對提高廢 水的可生化性3和改進廢水處理工藝4等做了大量研 究。此外，印染廢水中缺乏活性污泥微生物代謝所必需的營養(yǎng) 物質(zhì)是生物處理效率不高的一個重要的原因5。營養(yǎng)元素 根據(jù)微生物需要量的多少，可分為宏量營養(yǎng)元素和微量營養(yǎng)元 素。大體上，微生物所需要的宏量營養(yǎng)元素包括C、H、O、 N、P和S,微量營養(yǎng)元素包括Zn、Cu、Mg、Fe等金 屬元素以及維生素等生長因子6oBruce等7分 析了添加C、N、P等宏量元素對于工業(yè)廢水生化處理過程中 活性污泥代謝活性及化學需氧量（CODCr）去

3、除率的影 響，結(jié)果表明當廢水中C：N：P的質(zhì)量份數(shù)比為10 0：2 0：1時，活性污泥的代謝活性最強,CODCr去除率也最 高。梁威等研究了煙酸8、硫胺素9等維生素對紡織 工業(yè)廢水處理的影響，結(jié)果表明煙酸和硫胺素的最佳投加質(zhì)量 濃度均為1mg/L，此時CODCr的降解速率分別提高了 60和120。但是過量添加的微量營養(yǎng)元素對活性污泥 的代謝活性會產(chǎn)生毒性抑制作用，降低廢水處理效率1 0?，F(xiàn)有研究大多集中于宏量營養(yǎng)元素和生長因子對廢水好 氧生物處理的影響。微量營養(yǎng)元素如Zn、Mo、Fc等作為 許多微生物細胞內(nèi)必不可少的酶激活劑和生長因子，會對活性 污泥的代謝活性產(chǎn)生重要的影響。印染廢水中缺乏哪些

4、活性污 泥微生物代謝所必需的微量營養(yǎng)元素以及各微量營養(yǎng)元素對廢 水處理效果還不清楚。為此，本文在分析好氧生物處理過程中 印染廢水缺乏的微生物代謝必需的微量金屬元素的基礎(chǔ)上，對 比這些微量金屬元素對于印染廢水處理效果的影響，確定處理 印染廢水時活性污泥所需各微量營養(yǎng)元素的最佳濃度，探討在 活性污泥系統(tǒng)中微量金屬元素之間的相互作用。1材料及方法1.1廢水和活性污泥試驗用廢水是根據(jù)印染工藝流程及印 染廢水處理技術(shù)規(guī)范11中的關(guān)于棉針織印染廢水主要水 質(zhì)特征在實驗室配制而成。印染廢水配制的主要材料如表1所 示，合成廢水的主要水質(zhì)指標如表2所示。其中BOD5為生 化需氧量,TN為總氮,TP為總磷?；钚晕?/p>

5、泥取自清華大學 污水處理站，在試驗前，活性污泥采用人工合成印染廢水進行 馴化12。1.2試驗系統(tǒng)采用序批式試驗來研究微量金屬營養(yǎng)元素對 印染廢水處理效果的影響，序批式反應器為容積為500mL 的錐形瓶，采用氣泵進行曝氣，工作反應周期為12h,其中 曝氣運行時間11h,沉淀時間1h。有機負荷為0 .12k g/（kg#8226; d）（有機負荷指1kg活性污泥1d承擔的有機污 染物的質(zhì)量），混合液體積為3 7 0 mL，活性污泥質(zhì)量濃度（MLSS ）為（1500±60）mg/L,pH 為8.56,溫度為2 5C,溶解氧質(zhì)量濃度（DO）為7.98mg /L（飽和溶解氧）。對照組采用相同的

6、試驗條件，但是不添 加微量金屬元素。主要微量金屬營養(yǎng)元素的添加形式為硫酸亞 鐵（FeSO4#8226; 7H2O）,硫酸鋁（A12（SO4）3）,氯化 鉆（CoC12#8226;6H2O),鉬酸鈉(NaMoO4#8226;2H2O),硫酸鋅(ZnSO4#8226; 7H2O)和氯化錳(MnC12 #8226; 4H2O)等。1.3試驗指標測定采用等離子體發(fā)射光譜儀(ICP A ES,ThermoIRIS,USA)測定印染廢水中存在 的微量金屬營養(yǎng)元素的種類和濃度?；钚晕勰辔⑸锏男玛惔?謝活性通過活性污泥的比好氧速率(specificoxy genuptakerate,SOUR)來表示，即單位

7、質(zhì) 量的活性污泥在單位時間內(nèi)消耗的氧氣質(zhì)量，mg/(g #8226; h)oSOUR是在無營養(yǎng)物存在的條件下測出的單 位活性污泥單位時間消耗的氧氣量，可以反應微生物的代謝活 性。溶解氧變化采用便攜式溶解氧測定儀(Multi342 OSETB,German y)測定，活性污泥質(zhì)量濃度(M LSS )采用重量法測定13 °CODCr、BOD5、 色度、pH、TN和TP等水質(zhì)指標均采用國家標準測定方法 測定14。2結(jié)果及分析2.1印染廢水中微量元素分析微生物生長代謝所需要的微 量金屬營養(yǎng)元素主要包括Mg、Zn、Co、Mo、Cu、F e、Mn、Ca、K、Na、Al等。在采用活性污泥法處理 工

8、業(yè)廢水時，活性污泥正常代謝所需要的各個微量營養(yǎng)元素的 質(zhì)量濃度范圍如表3所示15。研究采用等離子體發(fā)射光 譜儀測定了印染廢水中的金屬元素的種類和質(zhì)量濃度，將其與 活性污泥微生物代謝所需要的微量營養(yǎng)質(zhì)量濃度范圍進行對比 分析，如表3。從表3可以看出，采用傳統(tǒng)活性污泥工藝對印 染廢水進行處理時，廢水中缺乏Zn、Co、Mo、Fe、A 1和Mn等營養(yǎng)元素°Zn、Co、Mo、Fe和Al都是微 生物正常生長所必須的微量營養(yǎng)元素，缺乏這些元素可能會對 微生物的代謝活動產(chǎn)生不利影響，針對以上結(jié)果，確定在間歇 式反應器中添加這些微量金屬元素來研究其對印染廢水處理效 率及活性污泥微生物代謝活動的影響。2

9、.2微量元素對改善廢水CODCr去除效果的影響根據(jù) 2.1確定出采用傳統(tǒng)活性污泥工藝對棉針織印染廢水進行處 理時，廢水中可能缺乏Zn、Co、Mo、Fe、Al和Mn 等營養(yǎng)物質(zhì)。向廢水中分別單獨添加不同質(zhì)量濃度的Zn、M o、Al、Fe、M n和Co元素，印染廢水CODCr去除 率和活性污泥SOUR的變化情況如圖1和圖2所示。由圖1 和圖2可知，在添加Zn、Mo和Co元素時，印染廢水CO DCr去除率和SOUR有明顯的升高，當添加的Zn、Mo 和Co元素的質(zhì)量濃度分別為0 .3mg/L、0.3mg/ L和4mg/L時，活性污泥微生物的SOUR最高，廢水C ODCr去除效果最好，去除率分別達到了9

10、 0.31%、8 4.69%和87.76%，相對于未添加微量金屬元素的空 白組，分別提高了 12.85%、5.82%和9.66%， 活性污泥的SOUR分別相對提高了 7 4.8 7 %、68.5 1%和71.64%°Zn、Mo和Co等元素是微生物內(nèi)很 重要的酶激活劑，存在于酶的活性中心上，能夠激活微生物產(chǎn) 生新陳代謝所必須的酶，同時也是各種酶的組成部分以及維持 酶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素，Zn能夠促進產(chǎn)生代謝必須的碳酸酐 酶和羧肽酶A等鋅酶7，Mo是硝酸鹽還原酶的重要組成 部分，Co能夠激活羧肽酶合成維生素B12,從而能夠提高 微生物的代謝活性，促進微生物的生長繁殖15。但如果 營養(yǎng)元素添

11、加過量也會對微生物產(chǎn)生毒害作用，棉針織印染廢 水中的Mn的質(zhì)量濃度為0. 48mg/L，活性污泥法中M n的理論需求質(zhì)量濃度為0.0 10 .5mg/L。從圖1 和圖2知，當向廢水中再次添加質(zhì)量濃度為0 .5mg/L的 Mn時，活性污泥微生物的SOUR出現(xiàn)急劇的下降，同時廢 水處理效果也出現(xiàn)惡化，從8 0.8 9 %降到了72.4 2%。適量的Mn能夠激活異檸檬酸脫氫酶和蘋果酸酶的產(chǎn) 生，提高細胞的通透性，提高代謝速率，但是過量則會與一些 物質(zhì)螯合成有毒的復合物，抑制微生物的活性。單獨添加A1 和Fc元素時，印染廢水的CODCr除率隨著添加濃度的增 大而升高，當Fc和A1元素的質(zhì)量濃度分別為0

12、. 4mg/ L和0 .5mg/L時，廢水的CODCr去除率相對于空白 組分別提高了 5.26%和8.28%，但是在添加Fc和A 1時，活性污泥的SOUR相對于空白組僅分別提高了 6.1 5%和2 1.70%，甚至當Fc和A1的質(zhì)量濃度增大使廢 水CODCr去除率提高時，污泥的SOUR出現(xiàn)降低的現(xiàn) 象。這可能是活性污泥反應器中用于微生物生長代謝所需要的 A1和Fc元素的質(zhì)量濃度已經(jīng)適宜，添加的A1和Fc元素 主要通過混凝作用來提高廢水CODCr去除率。2.3微量營養(yǎng)元素對印染廢水的物理去除作用在同樣的試 驗條件下，向未接種活性污泥的廢水中添加不同質(zhì)量濃度的Z n、Co、Mo、A1和Fc元素以探

13、究各元素通過混凝作用 去除的CODCr，結(jié)果如圖3所示?？偟膩砜?，添加的各金 屬元素對印染廢水都有一定的混凝作用，隨著添加元素質(zhì)量濃 度的增加混凝作用也越強。Fc和A1元素的混凝作用最為明 顯，鐵鹽和鋁鹽都是很好的混凝劑，在堿性的印染廢水中水解 生成的氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀能夠吸附凝聚廢水中的懸浮物 和膠體物質(zhì)，形成結(jié)構(gòu)密實的絮狀物，沉淀后使廢水的COD Cr得到一定程度的降低。當添加的Fc和Al元素的質(zhì)量濃 度分別為0. 4mg/L和0 .5mg/L時，廢水的COD Cr去除率分別為4 .18%和7.5 6%，分別占生物處理 時廢水CODCr去除率的79.47%和91.30%。由 此可知，添

14、加Fc和A1后印染廢水的CODCr去除率得到 提升主要是由于混凝作用引起的。而添加Zn、Mo和Co 時，由于混凝作用的影響很小，這些微量物質(zhì)主要是通過促進 微生物的代謝活性從而使印染廢水的CODCr去除率得到大 幅提升。2.4不同組合的微量營養(yǎng)元素對處理效果的影響當將幾種 金屬元素進行混合同時添加到生物處理系統(tǒng)中時，其與各個金 屬元素單獨作用時的效果有著明顯的不同16。金屬混合 后有可能會產(chǎn)生協(xié)同作用、累加作用或者敵對作用。金屬元素 之間的相互作用幾乎不可能預測17,因為不僅受金屬種 類和濃度、反應器的運行條件和廢水水質(zhì)的影響，也受反應器 中存在的微生物的種類、污泥齡的影響，甚至與金屬元素添加

15、 的順序有關(guān)。針對傳統(tǒng)活性污泥法處理印染廢水時最佳的金屬 元素添加方案，有必要研究各微量金屬營養(yǎng)元素在反應器中的 相互影響。本文2.1節(jié)確定了添加Zn、Co、Mo、Al 和Fc最佳質(zhì)量濃度分別為0 .3mg/L、4mg/L、 0.3mg/L、0.5mg/L 和0. 4mg/L。將最佳 質(zhì)量濃度下的Zn、Co、Mo、Al和Fc分別進行2種元 素混合、3種元素混合、4種元素混合和5種元素混合后添加 到活性污泥反應器中，分析不同微量元素組合對于印染廢水C ODCr去除率和活性污泥微生物SOUR的影響，以不添加 任何營養(yǎng)元素的反應器為空白試驗組。由圖4可知，并非將幾 種都需求的金屬元素混合添加到反應器

16、中反應效果最好。將最 佳質(zhì)量濃度下的Zn、Co、Mo、Al和Fc元素同時加入 時，廢水的CODCr去除率為8 3.2 3 %,僅比空白組提 高了3%,而單獨添加Zn時則使廢水的CODCr去除率相 對提高了13%。試驗結(jié)果中甚至出現(xiàn)將幾種金屬混合添加 時，廢水的CODCr去除率出現(xiàn)降低的情況，如將Co和A 1進行混合添加時，活性污泥的SOUR為8 0.5 3mg/ (g#8226;h),比空白組降低了 18.28%,廢水的CODCr去除率降低到7 5.4 6 %。這可能是過量的金屬與其他 金屬在微生物體內(nèi)產(chǎn)生復雜的化學反應生成一些毒性絡(luò)合物, 從而降低了微生物的代謝活性。微量金屬營養(yǎng)元素一般為酶

17、激 活劑,存在于酶的活性中心上,需要與細胞的結(jié)合位點進行結(jié) 合才能進行反應,如果存在過量的幾種金屬元素,金屬元素之 間會在結(jié)合位點產(chǎn)生競爭作用從而抑制微生物的活性1 5。在添加Co和Mo時，活性污泥的SOUR和廢水的C ODCr去除率都升高了，則意味著促進了微生物的代謝活性 從而改善了處理效果。添加Fc和A1時，活性污泥的SOU R降低了，但是廢水的CODCr去除率反而升高了，則可能 是混凝作用占主導改善了廢水處理效果。在添加Fc、Zn和 A1時，活性污泥的SOUR升高了而廢水的CODCr去除 率反而降低，這可能是同時添加這3種元素時，微生物的合成 代謝作用受到抑制而分解代謝則沒有。在活性污泥

18、法處理印染 廢水的過程中，將所需的最佳質(zhì)量濃度的幾種微量金屬同時加 入到反應器中，處理效果反而不如添加單個金屬元素，這可能 是微生物需要的微量營養(yǎng)兀素之間也如微生物所需的C、N和 P等宏量元素一樣有著適宜的質(zhì)量濃度比例要求，這有待進一 步的研究。2.5不同陰離子對微量金屬元素生物促進作用的影響在添 加Zn、Co、Mo、Al和Fe元素時，除了Mo元素以鉬 酸鈉(Na2MoO4#8226; 2H2O)的形式添加外，其余元素均以相應的金屬 鹽的形式添加，金屬鹽的陰離子往往為氯離子或者硫酸根離 子。市場上2種金屬鹽的價格并不相同，且不同的陰離子對金 屬元素在微生物內(nèi)部的作用的影響并不清楚，有必要進行進

19、一 步分析?？紤]到采用活性污泥法處理印染廢水的過程中，F(xiàn)e 和Al化合物主要起混凝作用，則在這里主要討論不同陰離子 對Zn和Co元素的影響。試驗結(jié)果如表4所示，未添加Zn 和Co的空白試驗組的CODCr去除率為77.54%。添 加氯化鋅或者硫酸鋅，氯化鈷或者硫酸鈷在提高印染廢水處理 效果方面沒有區(qū)別，實際應用中應該考慮到材料成本，選擇市 場價格較為低廉的金屬化合物。3結(jié)論1)印染廢水中缺乏Zn、Co、Mo、Al和Fe等活性 污泥微生物生長發(fā)育所必需的微量金屬元素。單獨添加Zn、 Co、Mo、Al和Fe元素時的最佳添加質(zhì)量濃度分別為 0.3mg/L,4mg/L、0.3mg/L、0.5mg /L和

20、0. 4mg/L,活性污泥微生物的SOUR分別提高 了74.87%、71.64%、68.51%、21.7 0%和6.15%，印染廢水的CODCr去除率分別提高了 12.85%、9.66%、5.82%、8.28% 和 5.26%;Zn的添加有著最佳的促進作用°2）Zn、C 。和Mo元素的物理去除作用不明顯，在活性污泥法需求的質(zhì) 量濃度范圍內(nèi)，通過混凝作用去除的廢水CODCr分別為 2.73%、1.47%、2.30%，其主要是通過促進活 性污泥微生物的代謝活性來提高印染廢水的處理效果。Fc和 A1在適宜質(zhì)量濃度范圍內(nèi)通過混凝作用分別去除了4.1 8%和7.56%的CODCr，分別占到生物處理時總CO DCr去除率的7 9.4 7 %和91.30%，物理去除作用 起到主導作用。3）金屬元素之間的相互作用是難以預測的， 將最佳質(zhì)量濃度下的Zn、Co、Mo、Al和Fc元素進行 多種形式的混和添加，廢水處理效果不一定優(yōu)于金屬元素單獨 作用時，甚至會出現(xiàn)抑制作用。主要有4種類型：a）活性污 泥的SOUR降低，廢水CODCr去除率降低，說明金屬元 素的相互作用可能抑制了微生物的代謝活性，從而使處理效果 惡化；b）活性污泥的