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O3-BAC深度处理石化废水厂尾水特性及菌群结构分析(2)

返回列表发布人:tianrenhn   发布时间:2018-10-09  14:44:45

 图 3

图 3 COD与UV254之间离散关系

  2.2 O3-BAC工艺对废水分子量分布的影响

  O3投加主要是通过改变水质的有机物分子量分布, 使大分子、难降解有机物转化为低分子有机物, 同时提高水质的可生化性, 图 4为不同工艺对石化污水处理厂尾水相对分子质量分布的影响.

  由图 4(a)可得,河南制药废水处理, 单独BAC工艺对于有机物的相对分子质量分布没有太大影响, 其可生化性并没有得到很大的改善, 而对于经过O3氧化的O3单元及O3-BAC工艺的出水水质中的分子量分布有较大的改变.其中, 相对分子质量<1×103的比例由进水的69.0%分别提高到了87.0%(O3出水)和82.0%(O3-BAC出水), O3氧化主要起到将相对分子质量>1×103的难降解有机物转化为更易被微生物利用的小分子物质, 同时还可能改变有机物的表面官能团及亲疏水性, 进而增加其被后置的BAC单元吸附的作用.因此, 在O3-BAC工艺中相对分子质量<1×103的比例较O3出水单元略低. O3-BAC工艺则将二者的优势结合, 对大分子及小分子有机物均有较好的去除效果.相较于单独BAC处理, O3-BAC工艺对各级分子量对应的有机物去除率分别提升10.0%、39.0%、60.0%、56.0%、49.0%和59.0%, O3-BAC工艺对石化污水处理厂尾水水质改善效果十分明显.

  图 4

图 4 不同工艺对石化尾水相对分子质量分布比例及NPOC浓度的影响

  由图 4(b)可得, NPOC在O3单元、单独BAC单元和O3-BAC工艺的去除率分别为27.9%、22.9%和45.8%.其中, O3氧化后NPOC各分子量组分都有所减少, 说明O3不仅可以将大分子难降解有机物裂解为小分子有机物, 同时还可以将部分有机物直接矿化为CO2和H2O[20].经O3氧化后, 在BAC单元中主要是相对分子质量<1×103的去除, 其他分子量组分并没有太大变化.因此, 在BAC单元, 总NPOC去除主要由相对分子质量<1×103的去除所贡献, 河南制药废水处理,约贡献99%.

  2.3 特征污染物种类分析

  进一步对O3氧化前后的水质进行了GC-MS仪定性分析, 其气相色谱图如图 5所示.经O3氧化后, 峰的数量及峰高都有明显的下降, 经过对照MS数据库分析, 18 min之前出的峰对应的物质为含量较少的含硅杂质, 除邻苯二甲酸二丁酯外, 其余物质含量较低, 间接验证出水水质改善效果较为理想.尾水及O3氧化后出水物质种类及结构的相关信息如表 2所示.其中尾水中多为不饱和键有机物约占55.0%, 主要为烷烃类、不饱和酯类及酚类为主, 这些物质结构复杂, 难被生物降解, 且具有一定的生物毒性.经O3-BAC工艺处理后这些结构复杂的有机物得到明显的去除, 同时也说明了经O3-BAC工艺处理后出水水质得到明显改善.

  图 5

图 5 O3-BAC工艺前后出水GC-MS谱图

   表 2 石化尾水O3-BAC处理前后主要有机物统计情况

  2.4 O3氧化对BAC单元微生态环境的影响

  石化尾水中含有大量的难降解, 毒性的有机物, 分别对O3氧化后及单独BAC填料中微生物进行16S rDNA测定, 考察O3氧化对于BAC填料中微生态环境的影响. 表 3为BAC工艺与O3-BAC工艺中BAC内生物膜样品的测序结果.其中丰富度指数Chao1是估计群落中含有OUT数目的指数, 生态学中常用来估计物种总数.多样性指数Shannon用来估计群落中OUT多样性高低的群落多样性指数, Shannon值越大说明群落多样性越高.从表 3数据可以看出, 河南制药废水处理,BAC工艺与O3-BAC工艺中微生物的物种多样性相差并不大, 说明O3的投加, 对于BAC柱中微生物的物种多样性影响并不大.通过前期的实验得出, 在O3接触时间为40 min, 投加量为20 mg ·L-1时, 臭氧的利用率为100%.因此, O3并不会进入到BAC单元对其微生态环境产生破坏作用.

  表 3 细菌种群多样性指数特征

  进一步对微生物物种分别在门、目和属水平的丰度进行了测定.在门的水平(图 6), 主要的8种细菌(门)为Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Nitrospirae、Bacteroidetes、Planctomycetes、Armatimonadetes和Parcubacteria.其中, Proteobacteria和Acidobacteria为BAC工艺与O3-BAC工艺的共同优势菌门, 两种菌门的总和高达64.0%和73.0%.然而, 在有O3条件下Chloroflexi和Nitrospirae的相对丰度显著减小, 从13.2%减少到了5.6%.这可能与O3将一些大分子、难降解物质转化为易被生物降解的小分子物质有关.相反, Proteobacteria与Bacteroidetes的丰度分别从47.7%增加到58.7%和从2.9%增加到了5.5%.这可能与尾水中毒性有机污染物的减少有关.为了进一步分析O3对菌群结构的影响, 分析了菌落结构在属水平上[图 6(b)]的变化情况.

  图 6

仅列出大于1.0%的数据图 6 BAC和O3-BAC生物群落的相对丰度

  属水平上, 未经O3氧化的BAC填料微生物中丰度在1.0%以上的主要有6种菌, 分别包括Blastocatella、Leptospirillum、Nitrospira、Hyphomicrobium、Pseudomonas和Denitratisoma.而经过O3氧化后, 丰度在1.0%以上的微生物有11种菌, 分别为Blastocatella、Nitrospira、Bdellovibrio、Pseudomonas、Hyphomicrobium、Parvularcula、Woodsholea、Pedomicrobium、Chryseolinea和Azoarcus.其原因在于O3氧化前的石化尾水中含有大量有毒物质(图 5)抑制了微生物的生长, 在经O3氧化后水质明显改善, 主要微生物种类明显增加.结果表明O3氧化后可以改善水质进而改善BAC单元的微生态环境.

  同时, 硝化螺菌属Nitrospira、Hyphomicrobium和假单胞菌Pseudomonas的丰度均有所增加, 而Blastocatella、Denitratisoma和Leptospirillum的丰度有所减少.其中, 硝化螺菌属Nitrospira是硝化细菌的一种, 氧化亚硝酸盐生成硝酸盐, 在氧化亚硝酸盐过程中获得能源, 石化废水具有一定的生物毒性, 尤其是对于硝化细菌的抑制作用较为明显, 经O3氧化后石化尾水水质得到改善, 因此BAC单元中硝化细菌的丰度会有所增加, 从1.7%增加到了2.6%.假单胞菌Pseudomonas可通过生物吸附及生物降解作用去除广范围的有机物, 如酚、对硝基酚、菲、苯及其他石油烃类, 如正烷烃、芳香烃和多环芳烃.经O3氧化的BAC单元填料上丰度由1.2%增加到1.6%. Hyphomicrobium既是烃类降解菌也是反硝化细菌, 在经O3氧化的BAC单元填料上丰度由1.2%增加到1.5%.假单胞菌Pseudomonas与菌Hyphomicrobium的增加都说明石化尾水具有一定的毒性作用, 而经过臭氧氧化后水质得到改善, 水质毒性下降. Blastocatella是一种缺氧的化能异养菌, 并且具有严格的呼吸代谢类型, 因此在O3存在时丰度从10.9%减少到9.1%.

  3 结论

  (1) O3-BAC工艺出水COD为24 mg ·L-1, 平均去除率为40.4%, 相对于单独BAC工艺去除率提高10%, UV254的平均去除率为55.1%, 出水水质满足设计标准, 该工艺可作为该厂石化尾水深度处理工艺.同时得出COD与UV254之间具有强相关性,河南制药废水处理, 相关系数R2为0.89.

  (2) O3氧化后相对分子质量<1×103的比例由69.0%提高到了87.0%, O3-BAC工艺中NPOC的去除率为45.8%, 较单独BAC工艺提高23.0%, 且BAC单元的NPOC主要由相对分子质量<1×103的组分减少所贡献, 表明O3氧化将大分子物质降解成小分子物质, 且小分子物质主要在BAC单元进行去除.

  (3) O3氧化后烷烃类、不饱和酯类及酚类等有毒性难降解有机物得到明显去除, 石化尾水水质得到改善, BAC单元的微生物种类(丰度在1%以上)由6种增加到了11种, 其中Nitrospira、Hyphomicrobium和Pseudomonas的丰度均有所增加, 表明O3氧化可以改善BAC单元的微生态环境从而提高有机物的去除.(来源:环境科学 编辑: 张超)


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