好氧高效菌群处理番茄酱加工废水的评价.pdf

好氧高效菌群处理番茄酱加工废水的评价 * 孙世阳 1 杨瑞丽 1 生志刚 2 曹鹏 1 1． 石河子大学化学化工学院 新疆兵团化工绿色过程重点实验室，新疆 石河子 832003; 2． 石河子天业番茄制品有限公司，新疆 石河子 832000 摘要 研究了好氧高效菌群加入天业番茄制品有限公司的废水处理系统后的效果。结果表明 加入好氧高效菌群能够 有效的缩短污泥培养时间; 加装填料后， 入水ρ COD 小于2 000 mg/L时， 出水符合 GB89781996污水综合排放标 准 二级排放标准; 有机负荷过高时， 系统也能维持较高的处理效率。好氧高效菌群能够适应工厂复杂的开放环境， 不仅保证处理出水水质达到排放标准， 同时解决了非生产期的污泥保存和驯化污泥的难题。 关键词 好氧菌群;番茄加工废水;废水处理;季节性生产 THE PRACTICAL APPLICATION OF AEROBIC STRAINS TREATING TOMATO PASTE WASTEWATER Sun Shiyang1Yang RuiLi1Sheng Zhigang2Cao Peng1 1． Key Laboratory for Green Processing of Chemical Engineering of Xinjiang Bingtuan，College of Chemistry and Chemical Engineering， Shihezi University，Shihezi 832003，China;2． Shihezi Tianye Tomato Products Co． ，Ltd，Shihezi 832000，China AbstractIt was studied the effect of the aerobic strains treating tomato paste wastewater in the treating system of Shihezi Tianye Tomato Products Co． ，Ltd． The results showed that the time of sludge acclimation could be effectively shortened after adding the aerobic strains． In 3 treating years，when COD of the influent was Less than 2 000 mg/L，the effluent quality could meet the second-order of“Integrated Sewage Discharge Standard” GB89781996 ． The aerobic strains could guarantee the effluent quality of the treated water reaching the discharge standard and also solve the difficulties of conserve the sludge in the non-production period and acclimating sludge every year． Keywordsaerobic strains;tomato processing wastewater;wastewater treatment;seasonal production * 国家自然科学基金 51068024 。 0引言 新疆是中国最大的番茄酱生产基地。但是番茄 酱加工期间用水量大， 产生大量的有机废水。加工期 间气温较高， 若不及时处理很快腐臭变质， 对环境产 生不良影响。由于多数企业污染治理设施不配套， 处 理工艺不能满足废水达标排放要求， 严重污染了环 境， 同时极大的加剧了新疆水资源紧缺的状况 ［1］， 番 茄酱加工废水有机物浓度高， 污染物主要以蛋白质、 有机酸和糖类为主， 可生化降解性高， 较适合微生物 处理 ［2- 3］。 番茄酱加工企业属于季节性生产， 每年的生产周 期一般仅为 2 ～ 3 个月， 因此废水排放也是季节性的。 废水的季节性排放会对废水处理系统造成以下困难 1 每年均需启动废水处理设施， 既大量浪费了人力 物力， 又很难培养出效果良好的污泥; 2 由于污泥的 驯化时间较长， 即使成功驯化培养出效果良好的污 泥， 生产季节也已经接近结束， 无法实现充分的利用; 3 即使培养出效果良好的污泥， 由于非生产季节十 分漫长， 保存污泥十分困难， 因此效果良好的污泥的 隔年使用受到极大的限制 ［4］。 针对以上困难， 课题组前期构建了一组好氧高效 菌群， 菌群在实验室中试 140 L 中体现了良好的处 理效果， COD 去除率达到 85 以上， 出水水质达到国 家二级排放标准 ［4］。菌群的使用可以保证每年均可 获得效果良好的污泥， 并保证处理设施的正常运行。 本文通过在天业番茄制品有限公司的废水处理 系统中添加好氧高效降解菌群 3 年处理结果， 了解菌 411 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 群的应用效果和运行情况， 以期为番茄酱加工企业提 供最佳的优化设计、 运行控制及降低成本提供理论依 据。 1实验部分 1. 1废水水质 番茄酱加工废水水质如表 1 所示。 表 1番茄酱加工废水水质 mg/L ρ CODρ BOD ρ TNρ TP ρ SS 400 ～ 2 000200 ～ 1 000＜ 0． 52 ～ 550 ～ 120 1. 2废水处理工艺 废水处理系统由 9 个水泥池组成， 体积为950 m3 19 m 10 m 5 m 长 宽 高 ， 从入水口 1 起， 其中 2 为调节池， 12 为沉淀池， 其余 7 个为曝气池， 由 3 台罗茨风机提供曝气。6 ～ 8 为曝气池加入软性 填料， 将整个处理系统分为三段， A 段 1 ～ 2 号曝气 池 ， B 段 3 ～ 5 号曝气池 和 C 段 6 ～ 7 号曝气池 。 5 和 9 分 别 为 渡 槽 1 和 渡 槽 2。 曝 气 率 为 405 m3/min。 入水流量为300 ～ 360 m3/h， 平均流量为 352. 17 m3/h; 水力停留时间 HRT 18. 88 h。 入水 pH 为 4. 0 ～ 6. 0。每天进行污泥回流 由二沉池回流到 1 号曝气池 ， 回流比为 30 。处理系统如图 1 所示。 图 1废水处理系统示意 1. 3接种菌群 人工构建菌群由 7 株细菌组成， 这些菌株均是从 新疆天 业 番 茄 酱 加 工 厂 下 水 道 的 污 泥 中 筛 选 获 得 ［11］。菌群由 4 株降解优势菌和 3 株絮凝优势菌组 成， 4 株降解优势菌属于 Bacillus subtilis JH642 ， Pseudomonas putida KT2440 ，Bacillus megaterium DSM319和 Citrobacter koseri BAA- 895 。3 株絮 凝优势菌包括 Bacillus cereus F65185 ，Bacillus sp． B- 14911和 Pantoea agglomerans WAB1913 。各 单菌在1 000 mL摇瓶中使用牛肉膏蛋白胨培养基培 养， 然后混合转接到140 L的容器中开放混合培养， 等 待微 生 物 达 到 一 定 浓 度，即 污 泥 浓 度 到 达 2 000 mg/L， 然后转入处理系统的 3 号 曝气池 即 图 1中 6 ， 进行最终的扩大化培养 3 号曝气池中微 生物培养良好时， 全部回流到 1 号曝气池， 即图 1 中 3， 然后开始注入自来水， 逐渐将 7 个曝气池注满， 进 行闷曝气培养， 直到整个处理系统中微生物培养良 好 。 1. 4分析方法 COD 采用重铬酸钾法， MLSS， SS 采用标准重量 法。以上测试方法， 参考国家水和水质监测测定标准 方法 ［5］。溶解氧 DO 和 pH 使用美国哈希公司的 sension156 便携式多参数测量仪测定。 2结果与分析 2. 12011 年 COD 处理效果 2011 年 8 月 11 日至 9 月 29 日处理系统的入水 和出水 COD 以及去除效率的变化如图 2 所示。入水 平均 ρ COD为 2 189 mg/L，出 水 平 均 ρ COD为 169 mg/L， 平均 COD 去除率为 92. 28 。根据 2010 年运行经验， 2011 年进行了较长时间的闷曝气培养， 以提高处理效果。但是受番茄原料质量的影响， 入水 COD 一直保持在高负荷， 影响了出水 COD， 特别是处 理后期， 入水连续维持在3 000 mg/L以上， 远远超出 了系统的处理能力。在正常处理期间 入水ρ COD 小于2 000 mg/L， 未出现连续达到3 000 mg/L现象 ， 平均出水 ρ COD 为147 mg/L， 符合 GB89781996 污水综合排放标准 二级排放标准 ［6］。通过计算 COD 去除率发现， 在整个处理期间， 虽然处理后期略 有超标， 但是处理系统却保持稳定的处理效率。这说 明好氧高效菌群在番茄酱加工废水工业应用时的实 效性和稳定性 ［7］。 表 2 显示了 2009 年到 2011 年连续 3 年平均入 水 COD， 平 均 出 水 COD 以 及 平 均 去 除 效 率 情 况。 2009 年与其他两年相比， 无论出水水质与去除效率， 都不理想。其原因有三点 1 2009 年是好氧高效菌 群在污水处理厂实际运行的第一年， 各项因素并未考 虑周全; 2 整个处理系统中曝气池并没有加入填料， 导致了微生物大量的流失， 处理效率较低; 3 由于曝 气设备的维修以及对曝气池改造的原因， 污水处理系 统不能连续运行， 影响了出水水质。2011 年平均出 水 COD 虽略高， 但如前所述， 主要是后期过高的入水 511 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 COD 导致出水超标， 拉高了平均值， 在正常处理期 间， 出水 COD 符合 GB89781996 二级排放标准 ［6］。 而且处理效率达到 92 以上。其原因可能有两点 1 2011 年污泥培养期较其他两年延长了近一周， 这 为提高微生物的量提供了良好的条件; 2 对于 2011 年处理系统曝气进行了改进， 尤其是 A 段， 提高了溶 解氧。 综合 3 年 COD 变化情况来看， 入水 COD 虽然变 化很大， 但是处理系统的出水和去除效率都保持很 好。一方面说明高效菌群具有较强的降解有机污染 物的能力; 另一方面， 根据 3 年的运行结果， 可以验证 好氧高效菌群对于番茄加工废水的实际运行情况是 可行的。 图 2连续处理期间的入水 COD， 出水 COD 以及去除效率 表 220092011 连续处理中平均入水 COD， 平均出水 COD 和平均去除效率 年份 平均入水ρ COD / mg L － 1 平均出水ρ COD / mg L － 1 平均去除 效率 / 200974327859. 27 20101 05914185. 73 20112 18916992. 28 2. 22011 年污泥浓度变化 MLSS 根据 20092010 年的运行经验， 结合污水处理 厂的实际情况。提高出水水质可以提高污泥浓度， 所 以 2011 年污泥培养， 延长了培养时间。从图 3 可以 看到， 污泥浓度在整个处理期间在不断上升， A 区平 均 在 417 mg/L，B 区 平 均 在 512 mg/L，C 区 为 306 mg/L。 但是与 2010 年相比较 表 3 ， 发现污泥浓 度整体都要低于 2010 年， 其原因可能有两方面 1 由 于入水 COD 负荷很高， 微生物受到很大的负荷冲击， 导致污泥浓度偏低。2 由于处理前期就处于高负荷 运行下， 而没有加强污泥回流比， 导致微生物无法快 速繁殖。与 2009 年相比较， 污泥浓度有很大的提高， 这也是不断运行总结经验以及填料应用的结果。 结合 20092010 年的污泥浓度变化情况来看， 系统中污泥浓度始终处于一个较低的状态， 仅为普通 活性污泥系统中通常的污泥浓度 1. 5 ～ 3 g/L 的 15 ～ 30 ［8］， 这也说明了处理剩余污泥的成本可以 降低， 这可以大大降低企业的处理成本 ［9］。一方面 说明加入的高效菌群具有较强的处理能力， 仅需维持 较低的菌群量即可达到较好的处理效果; 另一方面， 如果能够进一步提高污泥浓度， 则有可能进一步提高 处理效率， 从而达到更好的出水水质。 图 3连续处理期间 MLSS 在不同区的变化 表 320092011 年连续处理期间平均 MLSS 变化 mg/L 年份A 区平均 MLSSB 区平均 MLSSC 区平均 MLSS 2009218. 68298. 97227. 22 2010782. 58679. 68432. 98 2011417. 71512. 50306. 42 2. 32011 年 DO 变化 图 4 显示 2011 年在整个处理期间 DO 变化， A 区平均为2. 99 mg/L， B 区平均为4. 51 mg/L， C 区平 均为1. 23 mg/L。 在系统运行前期， 根据前两年的运行 经验， 对 A 区和 B 区曝气进行了调整， 将 A 区的曝气 提高和 C 区曝气的降低， 这在一定程度上提高了 A 区的处理效果和 C 区曝气资源的节约 表 4 ， 并且根 据实际情况， 进行了对 B 区曝气的提高 由于 2011 年入水负荷较高 。处理中期， 对 A 区和 B 区以及 C 区的曝气又进行了提高， 这也是由于入水负荷进一步 提高采取的合理措施。2011 年整个运行期间， 根据 2009 年和 2010 年的运行经验 表 4 ， 进行了曝气调 整。不仅节约了大量的电费， 而且将 C 区的曝气调 611 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 整到 A 区和 B 区， 使整个曝气设备得到充分的利用。 图 4连续处理期间溶解氧 DO 在不同区的变化 表 4连续处理期间溶解氧 DO 在不同区的变化 年份A 区平均 DOB 区平均 DOC 区平均 DO 20094. 113. 663. 25 20101. 372. 624. 22 20112. 994. 511. 23 根据 2009 年到 2011 年的运行实际情况， 对入水 负荷的高低进行有效的曝气调整是有必要的。不仅 可以将曝气资源得到充分利用， 而且根据实际情况进 行曝气， 可以有效的提高出水水质并且节约大量电 费， 这对于企业来说是可行的。 综合 COD， MLSS 和 DO 在 20092011 年三年的 变化情况， 得到了比较系统的利用好氧高效菌群应用 于番茄酱加工废水处理情况， 验证了好氧高效菌群对 于解决番茄酱加工废水处理难题以及水质达标问题， 而且通过三年实际运行的结果， 得到大量处理番茄酱 加工废水的经验， 这为今后有效为番茄酱加工废水处 理的优化设计和运行控制成本提供理论依据。 3结论 1 加装填料后， 入水ρ COD 低于2 000 mg/L时， 处理系统出水可以达到 GB89781996 二级排放标 准， 系统具有较高的处理效率。 2 通过三年好氧高效菌群在污水处理厂实际运 行情况表明， 高效菌群能够适应工厂复杂的开放环境 并且能够解决每年均需驯化污泥的难题以及水质达 标排放问题。 3 本研究通过三年的高效菌群污水厂实际运 行， 得到大量处理加工番茄酱废水的经验， 这为今后 有效为番茄酱加工废水处理的优化设计和运行控制 成本提供理论依据。 参考文献 ［1］韩芹芹， 杨越辉， 姜逢清． 新疆番茄酱企业生产废水处理利用 方式探析［J］． 干旱环境检测， 2006，20 2 97- 98． ［2］俞姗姗， 於胜洪， 孔祥成， 等． 番茄酱生产废水生化处理的实验 研究［J］． 中国资源综合利用， 2009，27 5 26- 28． ［3］李维军， 曹鹏， 李春， 等． 新型生物反应器处理番茄酱加工有机 废水的实验研究［J］． 石河子大学学报． 自然科学版， 2006，24 1 26- 29． ［4］温树梅， 李春， 付伟超， 等． AAC 反应器好氧菌的筛选及菌株配 伍性能的比较研究［J］． 化工学报， 2009，60 8 2067- 2073． ［5］国家环保总局 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 211． ［6］GB 89781996 中华人民共和国国家标准污水综合排放标准 ［S］． ［7］Whiteley A S，Bailey M J．Bacterial community structure and physiologicalstatewithinanindustrialphenolbioremediation system ［J］． Applied Environmental Microbiology，2000，66 6 2400- 2407． ［8］Ritchelita P Galapate，Elly Agustiani，Aloysius U Baes，et al． Effect of HRT and MLSS on THM precursor removal in the activated sludge process ［J］．Water Research，1999，33 1 131- 136． ［9］Anthony S Kappell，Michael J Semmens，Paige J Novak，et al． Novel application of oxygen-transferring membranes to improve anaerobicwastewatertreatment［ J ］．Biotechnologyand Bioengineering，2005，89 4 373- 380． 作者通信处曹鹏832003新疆石河子市石河子大学化学化工学 院 电话 0993 2055015 E- mailcaop shzu． edu． cn 2012 － 02 － 10 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 欢迎订阅环境工程 杂志邮发代号 82 －64 每本定价 15. 00 元全年定价 90. 00 元 711 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期