固定化生物活性炭在餐饮废水处理中的应用

       摘要：采用砂滤一固定化生物活性炭(IBAC)联合工艺处理餐饮废水，以探讨IBAC在餐饮废水处理中的应用。先用砂滤对废水进行预处理，然后将其通人中间水池充分曝气，最后用固定化生物活性炭(IBAC)柱完成对废水的处理。实验参数为，原水进水pH=8，石英砂滤柱高40 cm，内径50 nlm，滤层厚度30 cm，承托层厚5 cm，滤速45mL/min，IBAC柱滤层高度为40 cm，水样在柱内停留时间为30 min。IBAC固定化完成后，连续运行55 d，水样各指标去除率基本稳定，然后计算出水样各指标的平均去除率。水样的Uv 平均去除率为57%，浊度平均去除率为66．4% ，CODo平均去除率为77．20% ，油平均去除率为86%。结果表明，采用固定化生物活性炭方法处理餐饮废水具有良好效果。

    关键词：废水处理；餐饮废水；砂滤；固定化生物活性炭(IBAC)

    0 引 言

    目前，处理餐饮废水主要采用物理法、物理化学法、传统生物法、电化学法等[1]。其中，物理法只能除去水中的油脂，对其他有机物的去除效果不理想[2]；物理化学法，尤其是混凝法，工程占地面积小、投资少、受气温影响小，但会产生大量的污泥，造成二次污染[3-5]；传统的生物处理方法运行比较稳定、处理效果好，但占地面积大、停留时间长，同时也存在污泥的二次污染问题[6]；电化学法耗电量大，只适合在电量充足、电费便宜的地方使用[8]。因此，寻找一种占地面积小、投资少、污染小、运行费用低的方法来处理餐饮废水具有现实意义。

    生物活性炭(Biological Activated Carbon，BAC)法是近年发展起来的新技术，具有占地面积小、设备投资少、运行费用低、可连续运行、处理效果好、污染小等优点。该技术尝试在活性炭的表面培养微生物并使其呈膜状附着于活性炭表面[9]。微生物的降解作用能够去除活性炭吸附的有机物，使这些物质占有的吸附位重新空出来，从而长时间保持活性炭的吸附能力[10]。

    固定化生物活性炭(Immobilization Biological Activated Car．bon，IBAC)是人工将工程菌吸附在活性炭载体表面进行挂模而形成的生物活性炭。与自然挂膜的生物活性炭(BAC)相比，IBAC的优点在于，首先，使用的工程菌是经针对性筛选、驯化得到的活性极高的微生物；其次，这些工程菌是不连续分布的[10]，因此，在利用工程菌的微生物作用的同时，不会影响活性炭的物理吸附作用。目前，IBAC在餐饮废水处理中的应用鲜见报道，本文采用砂滤一IBAc联合工艺处理餐饮废水，该研究可为相关中试和应用提供实验参考数据和理论依据。

    1 实 验

    1．1 实验仪器与方法

    1)测定项目：CODcr、浊度、UV 254、油含量。

    2)实验仪器：756型紫外可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)，WGZ一1型数字式浊度计(上海第三光学仪器厂)，XSZ—G生物显微镜(上海光学仪器五厂)，SW —CJ—LB标准型净化工作台(上海阳光实验仪器有限公司)，HZQ—X100振荡培养箱(哈尔滨市东明医疗仪器厂)，全玻璃回流装置。3)测定方法：CODe 的测定采用重铬酸盐法(GB l1914—89)[11]，浊度的测定采用便携式浊度仪法[12]，UV 254的测定采用紫外分光光度法，油含量的测定采用红外光度法(GB/T16488- 1996)[13]。

    1．2 实验流程与参数

    1．2．I 实验流程

    实验用水取自渤海大学第二食堂。针对餐饮废水水质特点，采用物化法与生物法联合处理的工艺，工艺流程示意图见图1。

 

    1)工程菌的筛选。

采用平板一斜面一摇床的培养方式，培养出的优势菌种为假单胞菌种、芽孢菌种、荚膜菌种、杆菌和球菌。

    2)工程菌的驯化。

采用由富营养到贫营养再到富营养的方法，提高微生物对废水的耐受力和其降解废水的能力，完成微生物的驯化。

    3)砂滤柱装柱。

    石英砂经多次水洗、酸洗之后进行装柱。

    4)IBAC的固定化。

    利用活性炭的物理吸附作用对IBAC表面的微生物进行固定，方法如下：将微生物与废水混合均匀，然后接入颗粒活性炭柱，以10 mL/min的流速进行出水回流，每回流2 h停止1h，回流5次即完成IBAC的固定化。

5)实验。

　　IBAC固定化完成后，实验连续运行55 d，每天处理1个废水样品。

　　1．2．2 实验参数

　　原水进水pH=8，石英砂滤柱高40 cm，内径50 nⅡn，滤层厚度30 cm，承托层厚5 cm，滤速45 mL/min，IBAC柱滤层高度40 cm，水样在柱内停留时间为30 min。

　　2 结果与讨论

　　2．1 砂滤一llIAC工艺对水样的处理效果

　　2．1．1 水样CODcr的去除

　　砂滤一IBAc系统对水样CODcr 的去除效果见图2。系统对水样COD。的去除率为55%-92% (去除率为原水进水和系统出水的浓度差与原水进水浓度的比值)，平均为77．20% ，CODcr去除率随进水CODcr 浓度的变化而变化。由图可见，系统很快达到了生物稳定状态，出水CODcr浓度始终保持在一个比较稳定的水平。这主要是由于实验前对优势工程菌种进行了筛选、驯化，然后人工投加到活性炭上，对活性炭进行固定化。由于优势工程菌种有很高的活性和选择性，能较快地适应环境，因此，实验开始后的较短时间内，固定化了的活性炭就能同时进行物理吸附和生物降解作用，进入生物活性炭性能的稳定期。

　　2．1．2 水样浊度的去除

砂滤一IBAc系统对水样浊度的去除效果见图3。系统对水样浊度的去除率为22%-90%，平均为66．4%。由图可见，浊度去除率不稳定，这可能与生物膜脱落或悬浮物堵塞活性炭表面有关。分析认为，运行一段时间后进行反冲洗是必要的。

　　2．1．3 水样UV254的去除

　　砂滤一IBAc系统对水样UV254的去除效果见图4。系统对水样uV254的去除率为32%～81%，平均为57%。由图可见，UV254的去除率波动较大，运行40 d后，去除率趋于稳定。这一方面与进水水质有关，另一方面是由于开始时，活性炭对有机物吸附速率较快，而活性炭上生物量较少，因而活性炭的物理吸附起主要作用，脱除率高。一段时间后，随着活性炭上吸附的物质累积量增多以及微生物的生长占据了活性炭的吸附位，致使吸附速率开始下降，去除率有所降低。但是，随着活性炭上吸附和生长的异养菌微生物的增加，生物降解开始发挥作用，使去除率又有所提高并趋于稳定。

2．1．4 水样中油的去除

　　砂滤一IBAc系统对水样中油的去除效果见图5。系统对水样中油的去除率为76% ～92% ，平均去除率为86% 。出水中油含量值变化较小，表明IBAC对油的抗冲击负荷性能很强。

　　2．2 去除率与原水浓度的关系

　　由图6可见，随着原水各项指标的去除率随其值的增加而增加。这是因为，原水各项指标很低时，工程菌的生长繁殖受到限制，生物量比较少，导致IBAC对污染物的去除率也很低；随着原水各项指标的升高，工程菌所需的营养丰富，生物量增多，使IBAC对污染物的去除率提高；当原水各项指标升高到一定水平时，IBAC柱对污染物的去除率变化不如初期明显，甚至可能开始下降，这可能是因为工程菌受到了IBAC柱中溶解氧浓度限制的原因。

　2．3 出水水质稳定后mAc柱中的生物相

　　水样各指标去除率稳定后，对IBAC柱中的生物相不定期镜检观察发现，活性炭生物膜内生物相较多，包括累枝虫、钟虫、漫游虫、线虫等原生动物和后生动物。这说明出水水质较好[14]。

　　2．4 讨 论

　　固定化生物活性炭(IBAc)由于经过了人工挂膜，同时具有物理吸附作用和生物降解作用，并有效解决了活性炭的生物再生问题，降低了运行费用，同时，可以保证系统在连续状态下运行。另外，由于微生物呈膜状附着在IBAC表面及孑L穴中，相对于传统的活性污泥法，所产生的污泥量大大降低，二次污染相对较小。

　　在砂滤一IBAc工艺中，采用了砂滤对水样进行预处理，这样可以防止废水中较大的悬浮物堵塞活性炭，同时也可以去除一定量的有机物。生物处理单元仅需IBAC柱，相对于传统的生物处理方法，省去了曝气池和二沉池等构筑物，占地面积有所减小，投资也有所降低。

　　砂滤一IBAc工艺能较好地去除水中油脂及其他有机物，其对CODcr的去除率为55%～92% ，而一般的物理化学法，如混凝法，对c0Dc 的去除率仅为60% ～75%[15,16]；该工艺对水样的CODcr平均去除率为77．20% ，对水中油的平均去除率为86%，也达到了其他传统生物处理方法的处理效果[1]。

　　3 结 论

　　采用砂滤一IBAC联合工艺处理餐饮废水，对水样COD的平均去除率为77．20% ，对浊度的平均去除率为66．4% ，对uV254的平均去除率为57% ，对油的平均去除率为86%，出水水质较好；同时，不会产生大量的污泥而造成二次污染、占地面积小、设备投资少、可连续运行、运行费用低。结果表明，固定化生物活性炭在餐饮废水处理中具有良好的应用效果。