抗生素废水处理技术方案

  抗生素废水的污染物浓度高、管理难度大。跟着我国抗生素工业的开展，抗生素废水的发生和排放量越来越大，并逐步成为水体的重要污染源之一。所以，开发新式有用的抗生素废水处理技能已成为当今环境维护的难点和热点〔1, 2, 3, 4, 5〕。

包埋固定化复合菌技能作为一种新式的废水处理技能，已经在多种废水的处理中得到了成功的运用〔6, 7, 8, 9〕。但是在抗生素废水处理范畴，该技能的运用甚少。针对这一研讨空白，本研讨对固定化复合菌技能在 中的运用作了开端的探究，为后续研讨者供给一些基础性的参考资料。

1 资料与办法
 
1.1 实验废水与菌种
 
实验中所用的废水取自重庆市某抗生素出产企业的污水处理站调理池，废水的B/C 根本在0.4 左右，可生化性较好。水质情况如下：COD 3 000～8 000 mg/L、BOD5 1 200～3 200 mg/L、NH3-N 150～300 mg/L、 SS 100～500 mg/L、pH 4.0～6.0。实验中运用的菌种为本课题组前期实验构建的复合菌，复合菌中各菌种的份额为：光合细菌∶酵母菌∶放线菌=5∶3∶1。

1.2 实验办法
 
1.2.1 包埋小球的制造办法
 
载体资猜中各组分的含量选用本课题组前期实验断定的配比：PVA 质量浓度为11 g/L、卡拉胶质量浓度为0.5 g/L、膨润土质量浓度为2.5 g/L。包埋小球的制造选用延时包埋办法〔10〕，具体做法如下〔11〕：

（1）用恒温水浴锅在100 ℃左右将浸泡了24 h 的载体资料完全溶解。溶解进程中不进行拌和，使其天然溶解。当其间不再有颗粒状物体，悉数成为光亮的胶状物后，将其取出，在室温下静置4 h。

（2）在4 000 r/min 的条件下将培育好的微生物离心3 min，用生理盐水洗刷并再次离心2 次，称重。依照菌胶比1∶15〔12〕（菌体湿重/g：胶液体积/mL，简称菌胶比）的份额将菌体与载体胶液混合搅匀，使菌体在资猜中均匀分布。

（3）用带有1.6号针头的注射器将混合液注射到含有质量浓度为2 g/L 的CaCl2 或KCl 饱满硼酸溶液中（用Na2CO3 调pH 至6.7），得到固定化小球。

（4）将制造好的小球置于0～4 ℃的冰箱中固化 24 h。运用前用蒸馏水和生理盐水冲洗2 次。

1.2.2 温度、pH、进水COD 对COD 处理作用的影响
 
将18 g/L 的包埋小球投加到抗生素废水中，分别在不同的温度下处理废水，调查温度对处理作用的影响。以同一温度下同量的游离复合菌作为比照。实验中废水的COD 为6 000 mg/L 左右，pH 为5.0 左右。每组实验做3 组平行实验。

将18 g/L 的固定化小球投加到抗生素废水中，分别在不同pH 下处理废水，调查pH 对处理作用的影响。以同一pH 下同量的游离复合菌作为比照。实验中废水的COD 为6 000 mg/L 左右，温度为30 ℃ 左右。每组实验做3 组平行实验。

将18 g/L 的固定化小球投加到抗生素废水中，分别在不同进水COD 下处理废水，调查进水COD 对处理作用的影响。以同一进水COD 下的同量游离复合菌作为比照。实验中废水的pH 为5.0 左右，温度为30 ℃左右。每组实验做3 组平行实验。

1.2.3 连续运转处理作用及动力学剖析
 
依据以上实验成果，断定包埋小球处理抗生素废水COD 的运转条件。并调查包埋小球处理COD 的作用以及动力学特征。实验做3 组平行实验。

1.3 测验仪器与办法
 
废水在4 000 r/min 的离心机中离心5 min，取上清液测定其间的COD。COD 的测定选用快速消解分光光度法（HJ/T 399—2007），分光光度计选用 Hach 公司出产的DR2800 便携式分光光度计。曲线拟合选用SPSS 软件。

2 成果与剖析
 
2.1 温度对COD 去除率的影响
 
微生物进行推陈出新时都有一个最适的温度规模，在这个规模内，温度每升高10 ℃，酶促反应速度将进步1～2倍，微生物的代谢速率和成长速率均可相应进步，此刻微生物的推陈出新作用最强；当外界温度低于最适温度时，微生物的代谢作用较弱，根本处于休眠状况，但不致死；当外界温度高于最适温度时，微生物机体的根本组成物质（蛋白质、酶蛋白和脂肪）等会遭到损坏，比如蛋白质凝结变性、细胞质膜的脂肪受热溶解等，进而影响微生物的代谢活动〔11〕。温度对COD 去除率的影响如图 1 所示。

图 1 温度对COD 去除率的影响 

由图 1 可见，当温度较低时，包埋复合菌和游离复合菌处理COD 的作用都比较差，只要20%～35%；跟着温度的升高，COD 去除率也逐步进步，并在20～ 30 ℃时到达最高，去除率为50%～60%；之后跟着温度的升高，COD 去除率开端下降。一起发现游离复合菌对外界的温度改变愈加灵敏，在4～45 ℃的规模内，最高的COD 去除率是最低的COD 去除率的 2.5 倍，而包埋复合菌是1.6 倍。此外，温度在25～30℃ 的规模内，游离复合菌对COD 的去除作用要好于包埋复合菌，而在低温文高温这些极点温度下，包埋复合菌的处理作用更好。

2.2 pH 对COD 去除率的影响
 
外界环境的pH 对微生物的推陈出新作用有明显的影响。参加推陈出新的酶只要在最适宜的pH 下才干发挥其最大的活性，极点的pH 使酶的活性下降，进而影响微生物细胞内的生物化学进程，乃至直接损坏微生物细胞。所以，在最适的pH 规模内，微生物的推陈出新作用最强。当pH 低于这个规模时，会引起微生物体外表由带负电变为带正电，进而影响微生物对营养物质的吸收； 当pH 低于这个规模时，基质中的有机化合物的离子化作用会遭到影响，然后直接影响微生物。此外，过高或过低的pH 均下降微生物对高温的反抗才能〔13〕。pH 对COD 去除率的影响如图 2 所示。

图 2 pH 对COD 去除率的影响 

由图 2 可见，当pH 较低时，包埋复合菌和游离复合菌的处理COD 的作用比较差，只要20%～30% 左右； 跟着pH 的升高，COD 去除率也逐步进步，并在pH 为5.5～8.5 时到达最佳作用，去除率为50%～ 60%；之后，跟着pH 的持续升高，COD 去除率开端下降。一起还发现pH 的改变对游离复合菌的影响更大，在pH 为3.5～10.5 的规模内，最高的COD 去除率是最低的COD 去除率的3 倍，而包埋复合菌是 2.2 倍。此外，pH 在5.5～6.5 的规模内，游离复合菌对 COD 的去除率要好于包埋复合菌，而在较低或较高的pH 条件下，包埋复合菌的处理作用更好。

2.3 进水COD 对COD 去除率的影响
 
进水COD 对COD 去除率的影响如图 3 所示。

图 3 进水COD 对COD 去除作用的影响  

由图 3 可见，跟着进水COD 的添加，COD 的去除率逐步下降，但实践去除的COD 先添加后下降。并且，进水COD 对包埋复合菌以及游离复合菌功能的影响大致相同： 当进水COD 为3 000～7 000 mg/L 时，COD 的去除量跟着进水COD 的添加而添加；当 COD＞7 000 mg/L 时，COD 的去除量跟着进水COD 的添加而下降。此外，从图 3 还能够看出，当进水 COD在6 000～8 000 mg/L 规模内时，包埋复合菌去除 COD的作用最好，此刻COD 的去除量能够维持在 3 500～3 800 mg/L。关于游离复合菌，当进水COD＞ 7 000 mg/L 时，COD 的去除量明显下降； 当进水COD 维持在6 000～7 000 mg/L 时，COD 的去除作用最好，此刻COD 的去除量能够维持在3 600～3 900 mg/L。当进水COD＜7 000 mg/L 时，游离复合菌处理 COD 的作用要好于包埋复合菌，而当进水COD＞ 7 000 mg/L 时，包埋复合菌的处理作用更好。这是因为当进水COD＜7 000 mg/L 时，废水中有毒有害的抗生素类物质对复合菌的毒害作用相对较小，复合菌能够很多存活，影响COD 去除量的首要因素是传质进程，而此刻游离复合菌不会遭到包埋资料的阻碍，更简单吸收废水中的COD，去除COD 的才能也就强；跟着进水COD 的添加，废水中有毒有害的抗生素类物质对复合菌的毒害作用增强，具有活性的游离复合菌数量明显下降，而包埋复合菌因为有包埋载体的维护，对这种毒害作用有较强的反抗性，因而有更多具有活性的复合菌存活，所以去除COD 的才能并没有下降太多。

2.4 COD 处理作用及动力学剖析成果
 
依据上述的实验成果，本研讨断定了包埋固定化复合菌处理抗生素废水的工艺条件： 包埋复合菌的投加量为18 g/L、温度为15～35 ℃、pH 为5.5～9.5、进水COD 为6 000～8 000 mg/L。依照这个运转条件，对实践抗生素废水进行处理，调查包埋复合菌处理抗生素废水的作用以及动力学进程。

COD 去除率随时刻的改变曲线如图 4 所示。

图 4 COD 去除率随时刻的改变曲线 

由图 4 可见，通过6 d 的处理，包埋复合菌能够去除60%左右的COD，持续添加处理时刻，COD 去 除率的改变不明显。并且，COD 去除率的改变曲线形状与S 型函数、对数函数以及幂函数的图形较类似，所以，以这3 种函数来拟合COD 去除率随时刻的改变曲线，开端模仿COD 去除的动力学进程。 3 种模型对图 4 中数据拟合的成果如图 5、表 1 所示。

图 5 SPSS 拟合曲线   

由表 1 可见，幂函数的R2>对数函数的R2>S 函数的R2，所以幂函数的拟合作用最佳。因此，我们开端断定的包埋复合菌处理抗生素废水中COD 的经历速度方程为：

式中：μ———抗生素废水 COD 去除率，%；

t——抗生素废水处理时刻，d。

3 定论
 
通过研讨首要获得了以下的定论：

（1）复合菌在处理抗生素废水时，有一个最适的温度、pH 和进水COD 规模。在这个最适规模内，游离复合菌处理COD 的作用要好于包埋复合菌。这可能与游离复合菌的传质功能更好有关。

（2）包埋固定化使得复合菌反抗极点条件的才能增强，最适温度、pH 和进水COD 规模变宽。由游离态时的25～30 ℃、5.5～7.5、6 000～7 000 mg/L添加到包埋状况时的15 ～35 ℃ 、5.5 ～9.5 和6 000 ～ 8 000 mg/L。

（3）在上述的最适温度、pH、进水COD 规模内，通过6 d 的处理，包埋复合菌对COD 的去除率能到达60%左右。

（4）包埋复合菌处理COD 的动力学进程可用幂函数进行模仿，经历方程为：μ=2.556t0.6125。