间歇式水解-好氧循环工艺处理聚乙二醇废水

第57卷第11期化学报Vol.57 No. 112006年11月Journal of Chemical Industry and Engineering ( China)November 2006研究简报间歇式水解好氧循环工艺处理聚乙二醇废水杨翠娴，李清彪，廖鑫凯，何宁， 卢英华，陈翠雪，洪金庆(厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系，化学生物学福建省重点实验室，福建厦门361005)关键词:水解;好氧;循环工艺; PEG废水中图分类号: TD 926.5文献标识码: A文章编号: 0438- 1157 (2006) 11- 2731- 04Treatment of PEG wastewater by batch-fed hydrolytic-aerobic recycling processYANG Cuixian, LI Qingbiao，LIAO Xinkai，HE Ning，LU Yinghua, CHEN Cuixue，HONG Jinqing( De partment of Chemical and Biochemical Engineering，Key Laboratory for Chemical Biology of Fujian Province, .School of Chemistry and Chemical Engineering，Xiamen University，Xiamen 361005，Fujian， China)Abstract: A novel batch-fed hydrolytic aerobic recycling process was used in the treatment of PEG-containing waste water and the performance of the process was studied. When the concentration of PEG6000and CODcr were l.0g. L-' and 2300 mg●L-' respectively， the hydrolytic-aerobic recycling process couldbetter degrade PEG than the single hydrolytic or aerobic sequencing batch reactor ( SBR) process. Therecycling rate and volume ratio of hydrolytic and aerobic system were two important parameters， whichinfluenced the treatment capacity of the recycling process. .Key words: hydrolytic; aerobic; recycling process; PEG- containing waste waterPEG在一定程度上可被专一性好氧菌或厌氧.引言菌降解53-8]，Watson 和Jones'3] 利用污泥中分离出聚乙二醇( polyethylene glycol， 简称PEG)的好氧微生物降解PEG，发现PEG的分子量越属于聚醚类高分子化合物，具有良好的溶解性、高，降解率越低.而Yamashita等8]也发现，革兰吸湿性、热稳定性，广泛应用于许多工业领域中.阳性菌P seudonocardia可经由多数人认可的有氧但由于PEG水溶性极强，不易热解、水解，废水代谢途径降解PEG6000.厌氧处理对于降解大分处理中的膜过滤、活性炭过滤、O3氧化和H2O2子PEG尤为重要. Daryl 等[6]的研究表明，污泥中氧化等常规方法不能将其除去[-2]，在环境中长期分离出的厌氧菌可较好地降解大分子PEG，12 d积累，对人类健康和自然生态环境造成危害.内对PEG2000的降解率可达82%. Schink 等[7]进中国煤化工2006 -02 -24收到初稿，2006-05- 28收到修改稿.MYHCNMHG联系人:李清彪、第一作者:杨翠娴(1982- -)， 女，硕士研Corresponding author: Prof. LI Qingbiao. E - mail: kelqb究生.@ xmu. edu. cn基金项目:国家自然科学基金项目(20076037).Foundation item: supported by the National Natural ScienceFoundation of China (20076037).●2732●学报第57卷-步发现，PEG 的中间代谢产物会抑制其进-步左右，通过关闭或开启蠕动泵3、5可以进行PEG降解、同时，本课题组的研究表明，水解-循环废水的水解/好氧单元处理或循环处理，并控制循SBR工艺可有效地降解高浓度有机废水[]，因此,环流速.本文拟采用此工艺并利用好氧、水解活性污泥以降1.4 分析测定方法解PEG6000.反应周期内定时取适量待测液，在3500 r●min-I转速下离心15min除去悬浮菌体后分别测定.1材料和方法COD值、PEG含量和pH值，以分析生物降解效1.1 污泥果，化学耗氧量采用重铬酸钾法测定; PEG含量由厦门市污水处理厂泵站采集来的好氧活性污测定采用韩润平等10]提出的硫氰铁铵氯仿分光光泥经驯化后接种于好氧反应器;由厦门市污水处理度法.厂储泥池进泥口采集来的水解污泥经驯化后接种于2结果与讨论水解反应器.1.2模拟废水的配制2.1单元降解与循环降解过程的比较所配制的每升模拟废水中含: 1.0 g PEG6000、单元降解工艺及循环降解工艺对含PEG60000.819 g K2HPO、0.375 g KH2PO、0.5 g废水的处理效果如图2所示.NH4C1、0.25 g MgSO4●7H2O、0.5 g酵母粉、hydrolytie reactoraerobic reactor1.0 ml痕量元素(TE); 1.0 ml痕量元素中含:2500single processo single processCaCl2 0.04 mg，FeSO, ●7H2O 0.04 mg，MnSO,●recycling process0 recycling process2000H2O0.03 mg，ZnSO,●7H2O0. 02 mg，CuSO,●置15005H2O 0. 005 mg， CoCl2 ●6H2O 0. 005 mg,g 100Na2MO。●2H2O 0.005 mg.1.3 工艺流程与装置500-0234560123456间歇式水解-好氧循环工艺的装置与流程如图11.00所示，实验装置主要由水解和好氧两个反应器组成.水解反应器有效液体容积4L，磁力搅拌器控制搅拌速度为90 r. min-'，温度设定为37C;好品0.500.25氧反应器有效液体容积4 L，由空压机进行曝气,曝气头鼓气量设定为0.5 L. min'，温度设定为00123456time/d30'C.两反应器的污泥浓度保持在2000mg●L1Fig.2 Comparison of PEG degradation abilityof single and recycling process( two reactors' volume ratio: 1 : 1;recycling volume rate: 2 ml. min- 1 )PEG废水采用单元处理工艺在水解反应器中r8品处理6d后，CODc去除率为35%，PEG降解率达3 sludge到23%，体系pH值基本维持在7左右，无明显的exitussludge酸化中国煤化工艺后，水解反应器处ig. 1 Experimental flowsheet理PMYHCNMHG. 6 d后水解反应器内的CODcr去除率达到71%，PEG的降解率达1一-hydrolytic reactor; 2- aerotic reactor; 3，5- pump;到66%.4- air compressor; 6- aeration equipment;7- gas flowmeter; 8，9- container; 10- timPEG废水采用单元处理工艺在好氧反应器中.controller; 11- laminal cover; 12一 electrical beater处理6d后，CODcr去除率为63%，PEG降解率达第11期杨翠娴等:间歇式水解好氧循环工艺处理聚乙二醇废水，2733 ●到60%，体系pH值维持在7左右.采用循环降解果，见图3.工艺后，6d后好氧反应器内的CODc去除率达到由图3可见，不同的水解好氧体积比对PEG72%，PEG 的降解率达到69%.废水的降解效果具有-定的影响、在相同处理时间在本实验装置中，好氧单元处理较水解单元处(5d)内，当体积比为1:1时，循环工艺的水解理更有利于PEG的生物降解.这是因为，PEG的和好氧反应器中CODc,浓度的去除速率最大，去除水解反应将大分子PEG6000解聚为小分子EG、率最高，水解反应器和好氧反应器的CODc去除率DEG，同时产生乙醛、乙醇、乙酸等中间产物，而分别达66%和71%;同时，当体积比为1:1时，这些小分子在水解体系中难以进-步代谢，且所积PEG降解速率在2~4d时较快，6d后的PEG浓累的较大浓度EG、乙醛等也会抑制微生物对PEG度与其他两种体积比条件下的PEG浓度接近，水的进一步利用06-、循环工艺则利用好氧反应器的解反应器和好氧反应器的PEG降解率分别达66%优势解决了这一-问题，大幅度提高了PEG 废水的和69%.这说明当循环溶液在两个反应器中的水降解能力.由于EG等小分子在好氧体系中的降解力停留时间相同时，PEG废水的处理效果最好，较为容易，并可促进好氧微生物降解PEG-5]，采废水在水解反应器或好氧反应器中的水力停留时间用循环工艺后，水解反应器中的降解产物通过循环过长，都不利于很好地协同利用二者的优势.进入好氧反应器中，降低了这些中间产物的抑制作2.2.2循环流速的影响固定水解-好氧反应器内用，水解降解过程的效率得到提高.而好氧反应器废水体积比为1:1(水解3L，好氧3L)，分别考中的部分PEG6000通过循环进入水解反应器中，察不同循环流速(1、 2、4 ml●min~')的循环工减轻了大分子物质给好氧生物降解带来的负荷，且艺的降解效果，结果如图4所示.来自水解反应器的EG等小分子可促进好氧微生物hydrolytic reactoraerobic reactor对PEG的降解，从而提高了好氧降解过程的效率.2500 Irecycling velocity of口2000( bydrolytic/aerobichydrolytic/aerobic2.2水解-好氧循环工艺条件的影响system:1ml.min1ml ●min2.2.1水解-好氧体积比的影响固定循环流速为管15001 2ml.min。2m) .min'4ml.min4ml .min^2ml●min-'，改变水解和好氧反应器内的废水体积，考察不同体积比1:1(水解3L,好氧3L)、500)1”23450123452:1(水解4L,好氧2L)、1:2(水解2L，好2500volume ratio of0.75hydrolytic /aerobichyrolytic/aerobic2000) 2:10.50 t▲1:215001:10.25路1000 |001234 5time/d0123456Fig. 4 Influence of recycling volume rate on1.00PEG degradation and COD removal由图4可见，在所考察的时间范围内，循环流速对CODcr浓度的去除速率影响不大.在3种流速下，水解和好氧反应器内的CODcr浓度的变化曲线012345 6都较" 中国煤化工G的降解率有-定的影响YHCNMHG.min-1时，水解和好氧反应磊内TLU的依反文化曲线较为接近，降Fig.3 Influence of volume ratio of hydrolytic andaerobic reactor on PEG degradation and解效果优于2 ml●min-'时，从经济角度考虑，选COD。removal择1ml.min~'的循环流速较为有利.氧4L)情况下，循环工艺对PEG废水的降解效， 2734 ●I学报第57卷CRC Critical Reviews in Biotechnology， 1987， 6 (3):3结论273-307水解好氧循环工艺将水解和好氧两种反应器[6] DwyerDF, Tiedjie J M. Metabolism of polyethylene glycolby two anaerobic bacteria, Desul fovibrio desul furicans and耦联起来，协同利用水解反应解聚大分子PEG以a Bacteroides sp. Applied and Envionmental Microbiology，及好氧反应降解小分子中间产物的优势，大大提高1986， 52 (4): 852-856了两种反应器的效率，较大限度地提高了它们对[7] Schink B， Stieb MFermentative degradation ofPEG废水的处理能力，当水解好氧体积比为1 : 1.polyethylene glycol by a strictly anaerobic, Gram negative,循环流速为1 ml●min-'时，该体系对PEG6000的nonsporeforming bacterium， Pelobacter venetianus sp. nov.处理效果较好.Applied and Environmental Microbiology, 1983， 45 (6):1905-1913References[8] Yamashita M，Tani A，Kawai F. A new ether bond-splitting enzyme found in Gram- positive polyethylene glycol[1] Zhao X，Urano K， Ogasawara SAdsorption o6000- utilizing bacterium， Pseudonocardia sp. strain K1.polyethyleneslycolfrom aqueous solution olApplied Microbiology and Biotechnology, 2004， 66 (2):montmorillonite clays. 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