固定化生物活性炭在餐飲廢水處理中的應用研究
摘要：采用砂濾一固定化生物活性炭(IBAC)聯合工藝處理餐飲廢水，以探討IBAC在餐飲廢水處理中的應用。先用砂濾對廢水進行預處理，然后將其通人中間水池充分曝氣，最后用固定化生物活性炭(IBAC)柱完成對廢水的處理。實驗參數為，原水進水pH=8，石英砂濾柱高40 cm，內徑50 nlm，濾層厚度30 cm，承托層厚5 cm，濾速45mL/min，IBAC柱濾層高度為40 cm，水樣在柱內停留時間為30 min。IBAC固定化完成后，連續運行55 d，水樣各指標去除率基本穩定，然后計算出水樣各指標的平均去除率。水樣的Uv 平均去除率為57%，濁度平均去除率為66．4% ，CODo平均去除率為77．20% ，油平均去除率為86%。結果表明，采用固定化生物活性炭方法處理餐飲廢水具有良好效果。
關鍵詞：廢水處理；餐飲廢水；砂濾；固定化生物活性炭(IBAC)
0 引 言
目前，處理餐飲廢水主要采用物理法、物理化學法、傳統生物法、電化學法等[1]。其中，物理法只能除去水中的油脂，對其他有機物的去除效果不理想[2]；物理化學法，尤其是混凝法，工程占地面積小、投資少、受氣溫影響小，但會產生大量的污泥，造成二次污染[3-5]；傳統的生物處理方法運行比較穩定、處理效果好，但占地面積大、停留時間長，同時也存在污泥的二次污染問題[6]；電化學法耗電量大，只適合在電量充足、電費便宜的地方使用[8]。因此，尋找一種占地面積小、投資少、污染小、運行費用低的方法來處理餐飲廢水具有現實意義。
生物活性炭(Biological Activated Carbon，BAC)法是近年發展起來的新技術，具有占地面積小、設備投資少、運行費用低、可連續運行、處理效果好、污染小等優點。該技術嘗試在活性炭的表面培養微生物并使其呈膜狀附著于活性炭表面[9]。微生物的降解作用能夠去除活性炭吸附的有機物，使這些物質占有的吸附位重新空出來，從而長時間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)是人工將工程菌吸附在活性炭載體表面進行掛模而形成的生物活性炭。與自然掛膜的生物活性炭(BAC)相比，IBAC的優點在于，首先，使用的工程菌是經針對性篩選、馴化得到的活性極高的微生物；其次，這些工程菌是不連續分布的[10]，因此，在利用工程菌的微生物作用的同時，不會影響活性炭的物理吸附作用。目前，IBAC在餐飲廢水處理中的應用鮮見報道，本文采用砂濾一IBAc聯合工藝處理餐飲廢水，該研究可為相關中試和應用提供實驗參考數據和理論依據。
1 實 驗
1．1 實驗儀器與方法
1)測定項目：CODcr、濁度、UV 254、油含量。
2)實驗儀器：756型紫外可見分光光度計(上海光譜儀器有限公司)，WGZ一1型數字式濁度計(上海第三光學儀器廠)，XSZ—G生物顯微鏡(上海光學儀器五廠)，SW —CJ—LB標準型凈化工作臺(上海陽光實驗儀器有限公司)，HZQ—X100振蕩培養箱(哈爾濱市東明醫療儀器廠)，全玻璃回流裝置。3)測定方法：CODe 的測定采用重鉻酸鹽法(GB l1914—89)[11]，濁度的測定采用便攜式濁度儀法[12]，UV 254的測定采用紫外分光光度法，油含量的測定采用紅外光度法(GB/T16488- 1996)[13]。
1．2 實驗流程與參數
1．2．I 實驗流程
實驗用水取自渤海大學第二食堂。針對餐飲廢水水質特點，采用物化法與生物法聯合處理的工藝，工藝流程示意圖見圖1。
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1)工程菌的篩選。
采用平板一斜面一搖床的培養方式，培養出的優勢菌種為假單胞菌種、芽孢菌種、莢膜菌種、桿菌和球菌。
2)工程菌的馴化。
采用由富營養到貧營養再到富營養的方法，提高微生物對廢水的耐受力和其降解廢水的能力，完成微生物的馴化。
3)砂濾柱裝柱。
石英砂經多次水洗、酸洗之后進行裝柱。
4)IBAC的固定化。
利用活性炭的物理吸附作用對IBAC表面的微生物進行固定，方法如下：將微生物與廢水混合均勻，然后接入顆；钚蕴恐10 mL/min的流速進行出水回流，每回流2 h停止1h，回流5次即完成IBAC的固定化。
5)實驗。
IBAC固定化完成后，實驗連續運行55 d，每天處理1個廢水樣品。
1．2．2 實驗參數
原水進水pH=8，石英砂濾柱高40 cm，內徑50 nⅡn，濾層厚度30 cm，承托層厚5 cm，濾速45 mL/min，IBAC柱濾層高度40 cm，水樣在柱內停留時間為30 min。
2 結果與討論
2．1 砂濾一llIAC工藝對水樣的處理效果
2．1．1 水樣CODcr的去除
砂濾一IBAc系統對水樣CODcr 的去除效果見圖2。系統對水樣COD。的去除率為55%-92% (去除率為原水進水和系統出水的濃度差與原水進水濃度的比值)，平均為77．20% ，CODcr去除率隨進水CODcr 濃度的變化而變化。由圖可見，系統很快達到了生物穩定狀態，出水CODcr濃度始終保持在一個比較穩定的水平。這主要是由于實驗前對優勢工程菌種進行了篩選、馴化，然后人工投加到活性炭上，對活性炭進行固定化。由于優勢工程菌種有很高的活性和選擇性，能較快地適應環境，因此，實驗開始后的較短時間內，固定化了的活性炭就能同時進行物理吸附和生物降解作用，進入生物活性炭性能的穩定期。
2．1．2 水樣濁度的去除
砂濾一IBAc系統對水樣濁度的去除效果見圖3。系統對水樣濁度的去除率為22%-90%，平均為66．4%。由圖可見，濁度去除率不穩定，這可能與生物膜脫落或懸浮物堵塞活性炭表面有關。分析認為，運行一段時間后進行反沖洗是必要的。
2．1．3 水樣UV254的去除
砂濾一IBAc系統對水樣UV254的去除效果見圖4。系統對水樣uV254的去除率為32%～81%，平均為57%。由圖可見，UV254的去除率波動較大，運行40 d后，去除率趨于穩定。這一方面與進水水質有關，另一方面是由于開始時，活性炭對有機物吸附速率較快，而活性炭上生物量較少，因而活性炭的物理吸附起主要作用，脫除率高。一段時間后，隨著活性炭上吸附的物質累積量增多以及微生物的生長占據了活性炭的吸附位，致使吸附速率開始下降，去除率有所降低。但是，隨著活性炭上吸附和生長的異養菌微生物的增加，生物降解開始發揮作用，使去除率又有所提高并趨于穩定。
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2．1．4 水樣中油的去除
砂濾一IBAc系統對水樣中油的去除效果見圖5。系統對水樣中油的去除率為76% ～92% ，平均去除率為86% 。出水中油含量值變化較小，表明IBAC對油的抗沖擊負荷性能很強。
2．2 去除率與原水濃度的關系
由圖6可見，隨著原水各項指標的去除率隨其值的增加而增加。這是因為，原水各項指標很低時，工程菌的生長繁殖受到限制，生物量比較少，導致IBAC對污染物的去除率也很低；隨著原水各項指標的升高，工程菌所需的營養豐富，生物量增多，使IBAC對污染物的去除率提高；當原水各項指標升高到一定水平時，IBAC柱對污染物的去除率變化不如初期明顯，甚至可能開始下降，這可能是因為工程菌受到了IBAC柱中溶解氧濃度限制的原因。
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2．3 出水水質穩定后mAc柱中的生物相
水樣各指標去除率穩定后，對IBAC柱中的生物相不定期鏡檢觀察發現，活性炭生物膜內生物相較多，包括累枝蟲、鐘蟲、漫游蟲、線蟲等原生動物和后生動物。這說明出水水質較好[14]。
2．4 討 論
固定化生物活性炭(IBAc)由于經過了人工掛膜，同時具有物理吸附作用和生物降解作用，并有效解決了活性炭的生物再生問題，降低了運行費用，同時，可以保證系統在連續狀態下運行。另外，由于微生物呈膜狀附著在IBAC表面及孑L穴中，相對于傳統的活性污泥法，所產生的污泥量大大降低，二次污染相對較小。
在砂濾一IBAc工藝中，采用了砂濾對水樣進行預處理，這樣可以防止廢水中較大的懸浮物堵塞活性炭，同時也可以去除一定量的有機物。生物處理單元僅需IBAC柱，相對于傳統的生物處理方法，省去了曝氣池和二沉池等構筑物，占地面積有所減小，投資也有所降低。
砂濾一IBAc工藝能較好地去除水中油脂及其他有機物，其對CODcr的去除率為55%～92% ，而一般的物理化學法，如混凝法，對c0Dc 的去除率僅為60% ～75%[15,16]；該工藝對水樣的CODcr平均去除率為77．20% ，對水中油的平均去除率為86%，也達到了其他傳統生物處理方法的處理效果[1]。
3 結 論
采用砂濾一IBAC聯合工藝處理餐飲廢水，對水樣COD的平均去除率為77．20% ，對濁度的平均去除率為66．4% ，對uV254的平均去除率為57% ，對油的平均去除率為86%，出水水質較好；同時，不會產生大量的污泥而造成二次污染、占地面積小、設備投資少、可連續運行、運行費用低。結果表明，固定化生物活性炭在餐飲廢水處理中具有良好的應用效果。
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