小分子物质筛选

添加各小分子物质经PSB处理72h后的COD去除率和菌体干重如图1所示,可见投加小分子物质能提高制糖废水的处理效果,其中苹果酸组效果最好,COD去除率高达85%,比空白组提高65%。菌体干重与COD去除率有近似的趋势,其中添加苹果酸后菌体干重最高,为1250.9mg/L,比空白组提高了12%。投加不同小分子物质,处理效果差异较大,这是由于碳原子数少的化合物一般更容易被PSB利用,因此,四碳化合物苹果酸、琥珀酸钠、酒石酸钾钠比六碳化合物葡萄糖更有利于提高PSB处理制糖废水的效果;尽管乙醇为二碳化合物,但由于乙醇浓度过高会毒害菌体,故其促进效果并不佳。四碳化合物中,苹果酸对PSB处理制糖废水的促进作用更为明显这是由于苹果酸为三羧酸循环的中间产物,可以直接进入三羧酸循环,比琥珀酸钠、酒石酸钾钠更容易转化成有利于三羧酸循环正向运行的草酰乙酸。图1小分子物质对PSB处理制糖废水效果的影响

不同微量元素对PSB处理制糖废水效果的影响

添加苹果酸的试验组72h出水COD质量浓度为397mg/L,高于我国《制糖工业水污染物排放标准》(GB21909—2008)限值。为进一步提高PSB处理制糖废水的效果,继续研究了微量元素的影响。以下试验均在投加苹果酸的基础上进行。微量元素Zn、Fe、Cu对PSB的生长具有重要作用,是细菌体内多种酶的组成元素,参与一系列生物代谢活动[1],故针对Zn、Fe、Cu三种微量元素进行处理效果的优化研究。

1COD去除率变化

由图2知,各浓度的Zn和Fe均能提高PSB处理制糖废水的效果,而投加Cu对PSB处理制糖废水产生抑制作用。图2(a)显示,在各时间点,COD去除率随Zn投加浓度增加而增加,浓度为2.0mmol/L时效果最好,72h时COD去除率达90%。由图2(b)知,Fe投加浓度为1.5mmol/L时效果最好,72h时其COD去除率为95%。从图2(c)可以看出,投加各浓度Cu后,废水处理效果均下降,浓度为1.0mmol/L时最终COD去除率为81%。因此,对于PSB处理制糖废水COD去除率来说,COD去除率大小有以下规律:Fe>Zn>对照组>Cu。就COD去除率来看,微量元素Fe对PSB处理制糖废水具有最佳促进作用。

2总糖去除率变化

制糖废水中糖分含量高,是主要的碳源物质,故可用总糖去除率代表制糖废水中主要污染物的去除。由图3可知,添加不同浓度Zn、Fe的试验组,总糖去除率均比对照组高,且同一微量元素浓度不同时,总糖去除率接近;添加Cu的试验组,总糖去除率均比对照组低。从总体上看,总糖去除率与COD去除率规律近似。在第72h,Fe投加浓度为1.5mmol/L时总糖去除率最高,为97%。

3菌体干重变化

由图4可知,PSB菌体干重随时间的增加,投加不同浓度Zn和Fe时,都能提高菌体产量。由图4(a)可见,菌体干重随Zn投加浓度增加而逐渐增加,浓度为2.0mmol/L时,菌体生长最好,第72h时,菌体干重为1401.8mg/L。图4(b)显示,各浓度Fe均能较好地促进菌体生长,且各组之间差别较大:1.5mmol/L>2.0mmol/L>1.0mmol/L>0.5mmol/L>对照组,72h时,1.5mmol/L组的菌体干重为1635.4mg/L,比对照组高出30%。由图4(c)可知,适当浓度的Cu能促进菌体生长,过量投加则会对菌体生长产生明显抑制作用。当浓度不超过1.0mmol/L时,菌体产量随投加浓度增加而提高,浓度增至1.5mmol/L时,对菌体生长产生抑制作用。菌体产率(Biomassyield)定义为菌体增量与COD去除量的比值,可以体现细菌将水中有机物转化为菌体的能力,是重要的化学参数[1]。在第72h时,对照组以及添加各最佳浓度Zn、Fe、Cu试验组的菌体产率分别为0.378、0.420、0.491、0.561(mg菌体增量/mgCOD去除量)。由此可见,添加微量元素对于提高菌体产率具有较大促进作用。投加Fe效果最为显著,说明微量元素Fe在微生物体内具有重要功能,它是胞内氧化还原反应电子传递体系中重要的电子载体,Fe不足时,会影响酶的合成,阻碍微生物生长代谢过程,还会导致糖酵解过程的变化。因此,在PSB处理制糖废水时,投加Fe是一种较好的改进措施,其最佳投加浓度为1.5mmol/L。

本文作者：卢玉凤1张光明1,2作者单位：1哈尔滨工业大学市政环境工程学院中国人民大学环境学院