抗生素廢水處理技術方案

  抗生素廢水的污染物濃度高、管理難度大。跟著我國抗生素工業的開展，抗生素廢水的發生和排放量越來越大，并逐步成為水體的重要污染源之一。所以，開發新式有用的抗生素廢水處理技能已成為當今環境維護的難點和熱點〔1, 2, 3, 4, 5〕。

包埋固定化復合菌技能作為一種新式的廢水處理技能，已經在多種廢水的處理中得到了成功的運用〔6, 7, 8, 9〕。但是在抗生素廢水處理范疇，該技能的運用甚少。針對這一研討空白，本研討對固定化復合菌技能在 中的運用作了開端的探究，為后續研討者供給一些基礎性的參考資料。

1 資料與辦法
 
1.1 實驗廢水與菌種
 
實驗中所用的廢水取自重慶市某抗生素出產企業的污水處理站調理池，廢水的B/C 根本在0.4 左右，可生化性較好。水質情況如下：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。實驗中運用的菌種為本課題組前期實驗構建的復合菌，復合菌中各菌種的份額為：光合細菌∶酵母菌∶放線菌=5∶3∶1。

1.2 實驗辦法
 
1.2.1 包埋小球的制造辦法
 
載體資猜中各組分的含量選用本課題組前期實驗斷定的配比：PVA 質量濃度為11 g/L、卡拉膠質量濃度為0.5 g/L、膨潤土質量濃度為2.5 g/L。包埋小球的制造選用延時包埋辦法〔10〕，具體做法如下〔11〕：

（1）用恒溫水浴鍋在100 ℃左右將浸泡了24 h 的載體資料完全溶解。溶解進程中不進行拌和，使其天然溶解。當其間不再有顆粒狀物體，悉數成為光亮的膠狀物后，將其取出，在室溫下靜置4 h。

（2）在4 000 r/min 的條件下將培育好的微生物離心3 min，用生理鹽水洗刷并再次離心2 次，稱重。依照菌膠比1∶15〔12〕（菌體濕重/g：膠液體積/mL，簡稱菌膠比）的份額將菌體與載體膠液混合攪勻，使菌體在資猜中均勻分布。

（3）用帶有1.6號針頭的注射器將混合液注射到含有質量濃度為2 g/L 的CaCl2 或KCl 飽滿硼酸溶液中（用Na2CO3 調pH 至6.7），得到固定化小球。

（4）將制造好的小球置于0～4 ℃的冰箱中固化 24 h。運用前用蒸餾水和生理鹽水沖洗2 次。

1.2.2 溫度、pH、進水COD 對COD 處理作用的影響
 
將18 g/L 的包埋小球投加到抗生素廢水中，分別在不同的溫度下處理廢水，調查溫度對處理作用的影響。以同一溫度下同量的游離復合菌作為比照。實驗中廢水的COD 為6 000 mg/L 左右，pH 為5.0 左右。每組實驗做3 組平行實驗。

將18 g/L 的固定化小球投加到抗生素廢水中，分別在不同pH 下處理廢水，調查pH 對處理作用的影響。以同一pH 下同量的游離復合菌作為比照。實驗中廢水的COD 為6 000 mg/L 左右，溫度為30 ℃ 左右。每組實驗做3 組平行實驗。

將18 g/L 的固定化小球投加到抗生素廢水中，分別在不同進水COD 下處理廢水，調查進水COD 對處理作用的影響。以同一進水COD 下的同量游離復合菌作為比照。實驗中廢水的pH 為5.0 左右，溫度為30 ℃左右。每組實驗做3 組平行實驗。

1.2.3 連續運轉處理作用及動力學剖析
 
依據以上實驗成果，斷定包埋小球處理抗生素廢水COD 的運轉條件。并調查包埋小球處理COD 的作用以及動力學特征。實驗做3 組平行實驗。

1.3 測驗儀器與辦法
 
廢水在4 000 r/min 的離心機中離心5 min，取上清液測定其間的COD。COD 的測定選用快速消解分光光度法（HJ/T 399—2007），分光光度計選用 Hach 公司出產的DR2800 便攜式分光光度計。曲線擬合選用SPSS 軟件。

2 成果與剖析
 
2.1 溫度對COD 去除率的影響
 
微生物進行推陳出新時都有一個最適的溫度規模，在這個規模內，溫度每升高10 ℃，酶促反應速度將進步1～2倍，微生物的代謝速率和成長速率均可相應進步，此刻微生物的推陳出新作用最強；當外界溫度低于最適溫度時，微生物的代謝作用較弱，根本處于休眠狀況，但不致死；當外界溫度高于最適溫度時，微生物機體的根本組成物質（蛋白質、酶蛋白和脂肪）等會遭到損壞，比如蛋白質凝結變性、細胞質膜的脂肪受熱溶解等，進而影響微生物的代謝活動〔11〕。溫度對COD 去除率的影響如圖 1 所示。

圖 1 溫度對COD 去除率的影響 

由圖 1 可見，當溫度較低時，包埋復合菌和游離復合菌處理COD 的作用都比較差，只要20%～35%；跟著溫度的升高，COD 去除率也逐步進步，并在20～ 30 ℃時到達最高，去除率為50%～60%；之后跟著溫度的升高，COD 去除率開端下降。一起發現游離復合菌對外界的溫度改變愈加靈敏，在4～45 ℃的規模內，最高的COD 去除率是最低的COD 去除率的 2.5 倍，而包埋復合菌是1.6 倍。此外，溫度在25～30℃ 的規模內，游離復合菌對COD 的去除作用要好于包埋復合菌，而在低溫文高溫這些極點溫度下，包埋復合菌的處理作用更好。

2.2 pH 對COD 去除率的影響
 
外界環境的pH 對微生物的推陳出新作用有明顯的影響。參加推陳出新的酶只要在最適宜的pH 下才干發揮其最大的活性，極點的pH 使酶的活性下降，進而影響微生物細胞內的生物化學進程，乃至直接損壞微生物細胞。所以，在最適的pH 規模內，微生物的推陳出新作用最強。當pH 低于這個規模時，會引起微生物體外表由帶負電變為帶正電，進而影響微生物對營養物質的吸收； 當pH 低于這個規模時，基質中的有機化合物的離子化作用會遭到影響，然后直接影響微生物。此外，過高或過低的pH 均下降微生物對高溫的反抗才能〔13〕。pH 對COD 去除率的影響如圖 2 所示。

圖 2 pH 對COD 去除率的影響 

由圖 2 可見，當pH 較低時，包埋復合菌和游離復合菌的處理COD 的作用比較差，只要20%～30% 左右； 跟著pH 的升高，COD 去除率也逐步進步，并在pH 為5.5～8.5 時到達最佳作用，去除率為50%～ 60%；之后，跟著pH 的持續升高，COD 去除率開端下降。一起還發現pH 的改變對游離復合菌的影響更大，在pH 為3.5～10.5 的規模內，最高的COD 去除率是最低的COD 去除率的3 倍，而包埋復合菌是 2.2 倍。此外，pH 在5.5～6.5 的規模內，游離復合菌對 COD 的去除率要好于包埋復合菌，而在較低或較高的pH 條件下，包埋復合菌的處理作用更好。

2.3 進水COD 對COD 去除率的影響
 
進水COD 對COD 去除率的影響如圖 3 所示。

圖 3 進水COD 對COD 去除作用的影響  

由圖 3 可見，跟著進水COD 的添加，COD 的去除率逐步下降，但實踐去除的COD 先添加后下降。并且，進水COD 對包埋復合菌以及游離復合菌功能的影響大致相同： 當進水COD 為3 000～7 000 mg/L 時，COD 的去除量跟著進水COD 的添加而添加；當 COD＞7 000 mg/L 時，COD 的去除量跟著進水COD 的添加而下降。此外，從圖 3 還能夠看出，當進水 COD在6 000～8 000 mg/L 規模內時，包埋復合菌去除 COD的作用最好，此刻COD 的去除量能夠維持在 3 500～3 800 mg/L。關于游離復合菌，當進水COD＞ 7 000 mg/L 時，COD 的去除量明顯下降； 當進水COD 維持在6 000～7 000 mg/L 時，COD 的去除作用最好，此刻COD 的去除量能夠維持在3 600～3 900 mg/L。當進水COD＜7 000 mg/L 時，游離復合菌處理 COD 的作用要好于包埋復合菌，而當進水COD＞ 7 000 mg/L 時，包埋復合菌的處理作用更好。這是因為當進水COD＜7 000 mg/L 時，廢水中有毒有害的抗生素類物質對復合菌的毒害作用相對較小，復合菌能夠很多存活，影響COD 去除量的首要因素是傳質進程，而此刻游離復合菌不會遭到包埋資料的阻礙，更簡單吸收廢水中的COD，去除COD 的才能也就強；跟著進水COD 的添加，廢水中有毒有害的抗生素類物質對復合菌的毒害作用增強，具有活性的游離復合菌數量明顯下降，而包埋復合菌因為有包埋載體的維護，對這種毒害作用有較強的反抗性，因而有更多具有活性的復合菌存活，所以去除COD 的才能并沒有下降太多。

2.4 COD 處理作用及動力學剖析成果
 
依據上述的實驗成果，本研討斷定了包埋固定化復合菌處理抗生素廢水的工藝條件： 包埋復合菌的投加量為18 g/L、溫度為15～35 ℃、pH 為5.5～9.5、進水COD 為6 000～8 000 mg/L。依照這個運轉條件，對實踐抗生素廢水進行處理，調查包埋復合菌處理抗生素廢水的作用以及動力學進程。

COD 去除率隨時刻的改變曲線如圖 4 所示。

圖 4 COD 去除率隨時刻的改變曲線 

由圖 4 可見，通過6 d 的處理，包埋復合菌能夠去除60%左右的COD，持續添加處理時刻，COD 去 除率的改變不明顯。并且，COD 去除率的改變曲線形狀與S 型函數、對數函數以及冪函數的圖形較類似，所以，以這3 種函數來擬合COD 去除率隨時刻的改變曲線，開端模仿COD 去除的動力學進程。 3 種模型對圖 4 中數據擬合的成果如圖 5、表 1 所示。

圖 5 SPSS 擬合曲線   

由表 1 可見，冪函數的R2>對數函數的R2>S 函數的R2，所以冪函數的擬合作用最佳。因此，我們開端斷定的包埋復合菌處理抗生素廢水中COD 的經歷速度方程為：

式中：μ———抗生素廢水 COD 去除率，%；

t——抗生素廢水處理時刻，d。

3 定論
 
通過研討首要獲得了以下的定論：

（1）復合菌在處理抗生素廢水時，有一個最適的溫度、pH 和進水COD 規模。在這個最適規模內，游離復合菌處理COD 的作用要好于包埋復合菌。這可能與游離復合菌的傳質功能更好有關。

（2）包埋固定化使得復合菌反抗極點條件的才能增強，最適溫度、pH 和進水COD 規模變寬。由游離態時的25～30 ℃、5.5～7.5、6 000～7 000 mg/L添加到包埋狀況時的15 ～35 ℃ 、5.5 ～9.5 和6 000 ～ 8 000 mg/L。

（3）在上述的最適溫度、pH、進水COD 規模內，通過6 d 的處理，包埋復合菌對COD 的去除率能到達60%左右。

（4）包埋復合菌處理COD 的動力學進程可用冪函數進行模仿，經歷方程為：μ=2.556t0.6125。