全 文 :第 13卷第 4期
2015年 7月
生 物 加 工 过 程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol 13 No 4
Jul 2015
doi:10 3969 / j issn 1672-3678 2015 04 002
收稿日期:2014-07-17
作者简介:孙世阳(1986—),男,吉林省延边人,博士,研究员,研究方向:环境工程,E⁃mail:sunshiyang13@ 126.com
加工番茄污水污泥生物好氧发酵对有机污染物的降解
及其影响因素
孙世阳1,2
(1. 吉林安图经济开发区管理委员会, 吉林 安图 133600; 2. 吉林安图伊利石研究所, 吉林 安图 133600)
摘 要:通过研究加工番茄污水污泥的有机污染物降解变化和好氧发酵条件(含水量、pH、C / N、含氧量和 CO2)来
确定番茄污水中有机污染物降解情况,从而优化加工番茄废水处理。 结果表明:最佳生物好氧发酵条件为含水量
60%~80%,C / N 范围为 5 ∶ 1~10 ∶ 1,氧气浓度 10%,pH= 6 5,污泥发酵 15 h后,有机物降解速率达到平衡。
关键词:加工番茄污水;好氧发酵;有机物;污水处理
中图分类号:X703 文献标志码:A 文章编号:1672-3678(2015)04-0007-04
Degradation of organic contaminants with biological aerobic fermentation
in activated sludge dewatering and its influencing factors
SUN Shiyang1,2
(1. Economic Development Zone Administrative Committee of Jilin Antu,Antu 133600,China;
2. Illite Institute of Jilin Antu,Antu 133600,China)
Abstract:We studied the degradation of the organic pollutants in sludge of the waste water from tomato
paste processing under aerobic fermentation conditions. The aerobic fermentation parameters were pH,
ratio between carbon and nitrogen, oxygen, CO2, and moisture. The best aerobic fermentation conditions
were moisture content between 60% and 80%, ratio between carbon and nitrogen from 5 ∶ 1 to 10 ∶ 1,
oxygen concentration 10% and pH at 6 5. After aerobic fermentation for 15 h, organic contaminants in
the sludge decreased obviously.
Keywords:tomato paste wastewater; aerobic fermentation; organic contaminants; sludge
加工番茄是新疆经济发展中重要的产业之一。
2012年新疆加工番茄产量已经突破 100万 t[1-5]。 加
工番茄酱产生的污水中有机污染物浓度较高,主要包
括有机酸和糖类。 处理污水的同时产生大量的污泥,
污泥体积约占总处理污水量的0 3%~0 5%[6-8]。
污泥的主要成分是由微生物构成的菌胶团和
其吸附的物质形成的复合体,除了含有许多的水分
外,还有多种难降解的有机物、重金属等。 需要及
时处理才能确保污水处理厂的正常运作和处理效
率,避免污水处理的二次污染[9]。
对于加工番茄产生的污水处理方面的研究,
国内目前研究并不多。 本文中,笔者针对加工番
茄污泥的入水 COD 值高和变化大的特点,研究污
泥生物发酵对有机污染的降解和发酵条件的影响
条件,以期为加工番茄污水综合治理提供良好的
指导和理论基础。
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1 材料与方法
1 1 实验材料
所用污泥取自新疆石河子市天业加工番茄污
水处理厂。 调整剂是锯末和回填料,锯末取自新疆
石河子市天山木材厂,回填料取自乌鲁木齐市天山
污泥处理厂的污泥发酵产物。 实验中脱水污泥的
性质见表 1。
表 1 实验用脱水污泥的性质
Table 1 Characteristics of dewaters activated sludge
含水率 / % w(挥发性固体) / %
植物养分含量 / (g·kg-1)
总氮(TN) 总磷(TP) K
60~80 60 <0 5 2~5 9 5
1 2 实验方法
实验过程中的相关测定方法参照文献[10]。
含水量采用无水甲醇提取法,挥发性固体采用标准
质量法,总氮(TN)采用气相分子吸收光谱法,总磷
(TP)采用钒钼磷酸比色法,K 采用原子吸收法,化
学需氧量(COD)的测定采用重铬酸钾法,生化需氧
量(BOD)采用 BOD 测定仪,以上测试方法,参考国
家水和水质监测测定标准方法。 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 结果与讨论
2 1 加工番茄污水污泥有机物降解研究
加工番茄污水污泥主要由含碳有机物构成,所
以笔者对于有机污染物的降解研究,以降解总有机
碳(TOC)、COD、BOD 为主,并且得到了 15 h 内的
TOC降解变化,结果见图 1~图 3。
图 1 污泥发酵总有机碳 TOC降解变化
Fig 1 Changes of total organic carbon (TOC)
degradation in sludge fermentation
由图 1可知,随着污泥发酵时间的变化,污泥有
机物降解逐渐下降,但是 15 h 后,有机物降解速率
逐渐稳定,达到平衡。 对于一次发酵,一般在 10 ~
12 h[11],而本实验达到 15 h,这也说明污泥发酵时
间比一般污泥发酵时间长,可能是污泥成分中 TN
和 TP 等元素过少,导致微生物好氧发酵时间较长。
图 2 污泥发酵 COD降解变化
Fig 2 Changes of COD degradation in
sludge fermentation
由图 2可知,随着污泥发酵时间的变化,尽管入
水 COD变化很大,但是出水 COD 保持很低,这也说
明污泥发酵对于出水 COD影响较大。
图 3 污泥发酵 BOD降解变化
Fig 3 Changes of BOD degradation in
sludge fermentation
由图 3可知,随着污泥发酵时间的变化,尽管入
水 BOD在不断升高,但是出水 BOD 保持很低。 这
也说明好氧污泥发酵对于出水 BOD影响较大,一方
面好氧污泥发酵提高了微生物的降解能力,另一方
面也说明了好氧发酵对于高负荷的入水 BOD 有很
好的承载能力。
2 2 加工污水污泥生物好氧发酵的影响因素
2 2 1 含水率的影响
水分是微生物生存重要的条件之一,需要一定
的含水率。 通常含水率高,对应的微生物活性增
大,便于进行有机物的分解。 由于污泥含水率
8 生 物 加 工 过 程 第 13卷
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60%~80%,与其他污水污泥含水率(80% ~ 90%)
比,相对较低,导致微生物活动能力降低[12]。 因此,
从微生物学来讲,加工番茄污水污泥好氧发酵需要
调整适宜的含水率。
2 2 2 碳氮比(C / N)的影响
碳氮比(C / N)是微生物维持与增殖的重要因
素,一般微生物体内 C / N 为 5 ~ 10,一般平均为 5 ~
6。 C含量越大,微生物的增殖受到 N元素不足而受
到限制,从而减缓有机污染物的降解[13-14]。 所以本
研究以 C / N 5 ∶ 1~10 ∶ 1为依据,其他条件没有改变。
图 4为 C / N 对于污泥发酵 TOC 降解的影响结果。
由图 4 可知,当 C / N 为 7 时,是最佳有效降解污泥
条件。 但是 C / N 的变化对于降解有机污染物的速
率差别不是很明显,所以 C / N变化对于加工番茄污
水污泥变化不够显著。 只要控制合理范围,污泥有
机物降解效率影响不大。
图 4 C / N对于污泥发酵 TOC降解的影响
Fig 4 Effects of C / N ratio on sludge fermentation
TOC degradation
2 2 3 pH的影响
图 5 pH对于污泥发酵 TOC降解的影响
Fig 5 Effects of pH on sludge fermentation
TOC degradation
加工番茄污水污泥,pH 呈酸性,对污泥发酵不
会影响[15]。 通过调整污泥的 pH,得到了不同 pH条
件下的 TOC变化情况,结果见图 5。 由图 5可知,在
5个 pH实验条件下,虽然 TOC 总量都下降,但是速
率的变化不同。 尤其,与其他条件相比,pH = 6 和
pH= 6 5 条件下的 TOC 浓度有着明显的差异,当
pH= 6 时,TOC 总量下降速度明显慢于其他条件。
而对于 pH= 6 5时,有机物污染物发酵速度一直高
于其他条件,高出其他条件下的 10%左右,说明
pH= 6 5是加工番茄污水污泥发酵的最优条件。 一
般微生物发酵条件是 pH = 7,而本实验中最优 pH =
6 5,其主要原因是加工番茄污水呈酸性,导致微生
物适应弱酸性条件。
2 2 4 O2的影响
O2是好氧发酵的重要因素之一。 一般而言,O2
含量控制在 5% ~ 15%[16]。 在其他条件不变基础
上,考察不同的 O2质量分数(5%~15%)对加工番茄
污水污泥发酵的影响,结果见图 6。 从图 6 可知,在
质量分数 10%的 O2条件下,有机污染物降解速率明
显快于其他条件,说明 O2的质量分数为 10%时,对
污泥发酵有利。
图 6 氧气对于污泥发酵 TOC降解的影响
Fig 6 Effects of oxygen concentration on sludge
fermentation TOC degradation
2 2 5 CO2的影响
对好氧性微生物而言,O2的供给是不可缺少
的,污泥发酵中的含氧量不应少于 5%[17]。 图 7 为
CO2量的影响对于污泥发酵 TOC 降解的影响结果。
由图 7可知:O2的含量和 CO2的含量成正比,并且出
现“双峰”规律,O2含量从 15%减少到 10%,随后 O2
需求量逐渐上升,然后快速下降,接着又出现上升
现象,变化比较大。 同样,CO2也是经历了上升、下
降、再上升、再下降几个过程。 O2和 CO2含量变化分
别出现 3个拐点,O2含量变化先后出现下降、升高和
下降,CO2含量变化先后出现升高、下降和升高。 最
后,O2含量呈现上升趋势越来越接近 15%,CO2含量
呈现下降趋势越来越接近 0。 说明前 5 h 好氧发酵
9 第 4期 孙世阳等:加工番茄污水污泥生物好氧发酵对有机污染物的降解及其影响因素
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反应比较剧烈,随着可降解有机物的快速反应逐渐
变慢,底物的浓度成了发酵过程的限制条件。 由于
污泥自重的压缩,使污泥之间的间隙显著减少,失
去空间,导致好氧性微生物因缺氧而出现死亡,厌
氧性微生物逐渐活跃起来。 因此,可以通过 CO2的
变化和增加透气性改变好氧发酵环境,从而增加好
氧微生物的氧气含量。
图 7 CO2对污泥发酵 TOC降解的影响
Fig 7 Effects of CO2 on sludge fermentation
TOC degradation
3 结论
通过研究加工番茄污水污泥的有机污染物降
解和污泥有机污染物降解的好氧发酵条件含水量、
pH、C / N、含氧量和 CO2的影响,研究不同污泥好氧
发酵条件对有机污染物降解和转化的影响,对污泥
好氧发酵提供理论指导。 污泥好氧发酵时,含水量
在 60%~ 80%,适宜的 C / N 范围为 5 ∶ 1 ~ 10 ∶ 1,O2
质量分数 10%为宜, pH= 6 5,依据 CO2量得到通氧
量,这些控制条件有利于有加工番茄污水污泥机污
染物的降解。
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(责任编辑 荀志金)
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