生物絮凝剂应用于松花江水处理的试验研究

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2013 年 5 月 第3 期
南京晓庄学院学报 JOURNAL OF NANJING XIAOZHUANG UNIVERSITY
MaBiblioteka Baidu 2013 No. 3
生物絮凝剂应用于松花江水处理的试验研究
常玉广
( 南京晓庄学院 生物化工与环境工程学院,江苏 南京 211171)
摘 要: 该实验以生物絮凝剂为水处理材料,以松花江的水源水为被处理对象,将生物絮凝剂应 用到动态流混凝沉淀试验. 通过絮凝率验证絮凝剂应用于松花江水的处理效果,絮凝率达到 85% , 以及生物絮凝剂对浊度和色度有良好的去除效果,分别达到 87% 和 70% ,并且 UV254 去除率达到 32% . 同时,对松花江的水源水和絮凝后的沉降水进行色谱 - 质谱联机分析( GC / MS) ,比较其中有 机物的变化,结果显示,松花江原水中含有邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯和硝基苯等优先 控制污染物被生物絮凝剂有效去除.
表 1 原水和投加生物絮凝剂的测试指标分析结果
项目
高锰酸盐指数 ( O2 ,mg·L - 1 )
细菌总数 ( cfu·mL - 1 )
色度( 度)
UV254
浊度 ( NTU)
原水
7. 2
沉后水
6. 4
去除率( % )
11
1850
40 0. 204 26
560
12 0. 12 3. 4
70
70
32 87
[5]魏炜,霍石磊,李佳,宋颜彬. 高效微生物絮凝剂的研究 及应用[J]. 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) ,2011,27 ( 2) : 351 - 356.
[6]沈萍,范秀容,李广武. 微生物学实验( 第三版) [M]. 北 京: 高等教育出版社,1999.
[7]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会. 水 和废水监测分析方法[M]. 4 版. 北京: 中国环境科学出 版社,2002.
2. 2 水质常规分析结果 以动态流实验为基础,测定原水和经生物絮凝 剂处理的沉后水的浊度、色度、细菌总数、UV254 和 高锰酸盐指数,并作以对比. 以投加生物絮凝剂的量 为 2 mL · L - 1 为 基 准,pH 值 在 7. 5,投 加 助 凝 剂
10% CaCl2 1. 5 mL ·L - 1 . 开始絮凝实验,沉降 20 min 之后取样测定( 表 1) .
生物絮凝剂对浊度和色度有良好的去除效果, 分别达到 87% 和 70% ,沉后水的浊度为 3. 4 NTU; 色度为 12 度. 为了模拟实际水处理过程,还对沉后 水进行了过 滤,滤 后 水 的 浊 度 进 一 步 降 低,均 低 于 0. 5 NTU,有时甚至低于 0. 1 NTU,说明该絮凝剂絮 凝之后形成的矾花易于过滤去除. 色度基本保持不 变或稍微下降,说明过滤对色度的去除不是十分明 显. 对于高锰酸盐指数而言,沉后水的高锰酸盐指数 为 6. 4 mg·L - 1 ,去除率为 11% ,说明水体受到有机 物污染的程度越严重,有待进一步处理.
图 1 动态流混凝沉淀试验装置
1. 2. 3 测定项目及分析方法 为了检验絮凝效果,对絮凝后的水质进行分析. 分析项目及方法是: ①浊度: 浊度仪; ②色度: 铂钴标 准比色法; ③ 水中细菌总数: 平板菌落计数法; ④
收稿日期: 2013 - 03 - 02
修回日期: 2013 - 04 - 07
[3]Nakamura J,Miyashiro S,Screening,isolation and some properties of microbial cell flocculants[J]. Agric. Biol. Chem,1976,46 ( 2) : 377 - 383.
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水中检出 63 种物质中,有 25 种物质来自絮凝剂发 酵液,表明一些小分子物质随发酵液带入到沉后水 中,但这些不 是“三 致 物 质 ”,这 些 物 质 会 在 后 续 的 给水处理工艺中给予去除. 而从沉后水的检测来看, 63 种有机物中 38 种来自原水,因此原水中 52 种有 机物中,沉后水剩余有机物 38 种,说明生物絮凝剂 将其中的 14 种有机物降解掉,通过对原水和投加生 物絮凝剂的沉降后水的对比显示,松花江原水中含 有邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯和硝基苯 等优先控制污染物被去除,有机物的总数量是减少 的. 这些数据反映出复合型生物絮凝剂在去除有机 物过程中有良好的效果. 但由于我们并没有对所检 出的物质进行定量分析,所以不能给出具体的物质 量变化,和具体某一种物质的量的增减,这有待以后 的研究.
关键词: 生物絮凝剂; 絮凝水平; 色谱 - 质谱联机分析
中图分类号: X172 文献标识码: A 文章编号: 1009 - 7902( 2013) 03 - 0068 - 03
城镇用水及工业废水处理中,絮凝( 混凝) 过程 是应用最普遍的关键环节之一[1]. 絮凝技术是目前 国内外用来提高水质处理效率的一种既经济又简便 的水处理技术,絮凝效果的好坏,直接决定着后续单 元过程的运行工况、处理费用及最终出水水质.
好的效果. 但由于我们并没有对所检出的物质进行 定量分析,所以不能给出具体的物质量变化,和具体 某一种物质的量的增减,这有待以后的研究.
参考文献:
[1]王辉. 复合型生物絮凝剂的化学改性研究. 哈尔滨工业 大学硕士毕业论文,2007.
[2]马放,冯旻,李淑更,杨基先. 复合型微生物絮凝剂的絮 凝作用[J]. 黑龙江科技学院,2004,14( 3) : 140 - 144.
从表 1 可以看出,生物絮凝剂对各项指标均有 去除,对于细菌总数而言,去除率达到 70% ,去除效 果明显,尽管加进去的是絮凝菌的发酵液,但是上清 液中并没有增加菌量,反而降低菌数,这就增加了絮 凝剂的安全程度,即发酵液中的细菌随着矾花一同 沉到 烧 杯 底 部,不 会 引 起 水 中 菌 数 的 增 加. 对 于 UV254 来说,UV254 值反映的是水中天然存在的腐殖 质类大分子有机物以及含 C = C 双键和 C = O 双键 的芳香族化合物的多少,它主要是由带苯环或者不 饱和键类物质形成的,微生物絮凝剂对它的去除率 达到 32% ,效果比较明显.
本实验利用动态流混凝沉淀试验,将生物絮凝 剂投加到模拟实验中,通过絮凝试验进行验证. 主要 以松花江水为被处理对象来研究絮凝剂的处理效 果,以便为实际的工程应用提供依据. 同时,对松花 江原水和絮凝后的沉降水进行色谱 - 质谱联机分析 ( GC / MS) ,比较其中有机物的变化.
1 材料与方法
1. 1 材料 生物絮凝剂为黑龙江省环境生物技术重点实验 室开发[2],以哈尔滨市松花江水作为实验用水. 1. 2 实验方法 1. 2. 1 絮凝试验 絮凝过程结束后,静置 20 min 后于波长 550 nm 处测定吸光度( B) . 以蒸馏水代替培养液作对照空 白,于波长 550 nm 处测定吸光度( A) . 通过絮凝率
[8]金相灿等. 有机化合物污染化学 - 有毒有机物污染化 学. 北京: 清华大学出版社,1990.
[9]马放,张金凤,远立江等. 复合型生物絮凝剂成分分析及 其絮凝机理的研究[J]. 环境科学学报,2005,25 ( 11 ) : 1491 - 1496.
2. 3 有机物的降解分析结果 分别对上述原水、生物絮凝剂处理松花江原水 的动态流 混 凝 沉 淀 试 验 沉 后 水、生 物 絮 凝 剂 进 行 GC / MS 定性分析,以鉴定动态流实验过程中生物絮 凝剂对松花江污水中有机物降解的效果,实验参数 不变. 实验结果显示如下: 计算机检索到的原水中的 52 种有机物的色 - 质联机分析结果,检索到的沉后 水的 63 种有机物的色 - 质联机分析结果,检索到的 絮凝发酵 液 中 的 31 种 有 机 物 的 色 - 质 联 机 分 析 结果. 絮凝发酵液本身就是高分子有机物,底物和其 代谢产物种类很多,大部分为糖类物质[9],因此,絮 凝发酵液中的 31 种有机物,都是可以自然降解并可 供生物处理中的生物所利用的能源,且是生物絮凝 剂的主要有效成分. 在复合型生物絮凝剂处理后的
3 结论
动态流实验表明,处理松花江水,生物絮凝剂的 最佳投加量为 2 ml·L - 1 ,该投加量的生物絮凝剂具 有良好的絮凝沉降性能,进一步探讨了生物絮凝剂 对松花江源水的絮凝作用,由各项指标分析证明,生 物絮凝剂对各项指标均有去除,对于细菌总数而言, 去除率达到 70% ,去除效果明显; 微生物絮凝剂对 芳香族化合物的去除率达到 32% ,对浊度和色度有 良好的去除效果,分别达到 87% 和 70% ,我们开发 生物絮凝剂对不同的水质都表现出很好的絮凝能 力、除浊能力和有机物去除能力,对松花江水起到良 好的处理效果. GC / MS 定性分析松花江原水中含有 邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯和硝基苯等 优先控制污染物被生物絮凝剂有效去除,这些数据 反映出复合型生物絮凝剂在去除有机物过程中有良
图 2 生物絮凝剂投加量对絮凝效果的影响
实验过程中发现,当生物絮凝剂投加量小于 2 ml·L - 1 时,在慢速搅拌时浊度下降较慢,而且最后 沉淀不完全,当投加量大于等于 3 ml·L - 1 时,虽然 产生矾花较快,但却因为投加量的过大而引入了多 余的浊度,影响了效果,当生物絮凝剂投加量等于 2 ml·L - 1 时,产生大块矾花,沉降速度加快,此时絮 凝率达到 85% ,当生物絮凝剂投加量等于 2. 5 ml· L - 1 时,絮凝效果与 2 ml·L - 1 基本一致,从降低成本 考虑,确定处理松花江水的最佳投加量为 2 ml · L - 1 . 由此可见,生物絮凝剂具有良好的絮凝沉降性 能,对松花江水起到良好的处理效果.
2 结果与分析
2. 1 动态流混凝沉淀试验的絮凝效果 为了更好的验证生物絮凝剂在实际水处理中应 用的可行性,根据混凝试验的工作原理,设计了一套 动态流混凝沉淀试验装置,其水利条件和停留时间 均模拟实际的水处理工艺. 所用的水仍取自松花江 水. 试验装置如图 1 所示,投加 10% CaCl2 溶 1. 5 ml ·L - 1 ,pH 值 7. 5,投加助凝剂 10% CaCl2 1. 5 mL· L -1. 分析生物絮凝剂的投加量不同所引起的絮凝 率的变化.
基金项目: 南京市重点建设学科环境科学项目,南京晓庄学院资助项目( 2011NXY03) .
作者简介: 常玉广,博士,南京晓庄学院生物化工与环境工程学院讲师. 研究方向: 水污染控制工程. E - mail: changyuguang
@ yahoo. com. cn
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UV254: 紫外分光光度计; ⑤高锰酸盐指数: 高锰酸 钾法; ⑥有机物色谱 - 质谱联机分析( GC / MS) : 采 用 GC / MS 分析技术对松花江原水与生物絮凝剂处 理的沉后水中有机物进行定性分析,对比其中的有 机物的变化,为研究有机物的去除规律提供了依据. 同时研究复合型生物絮凝剂发酵液中的有机物,对 有机物进行定性分析[8].
F 来表 示 絮 凝 活 性,公 式 如 下[8]. F = ( B - A ) / B × 100% .
1. 2. 2 动态流混凝沉淀试验 试验装置如图 1 所示,由左端进水口进入反应 装置,经过快速搅拌( 160 r·min - 1 ,40 s) 和慢速搅 拌( 40 r·min - 1 ,280 s) 后进入斜板沉淀池,沉淀池 停留时间为 20 min,然后由穿孔集水管流出,进入清 水槽. 设计四个取水点,分别: ① 进水点; ②快速搅 拌结束; ③进入斜板沉淀池前; ④清水槽.
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