维生素对活性污泥法处理工业废水的研究进展

*张逸飞

(郑州市第十一中学 河南 450000)

维生素对活性污泥法处理工业废水的研究进展

*张逸飞

(郑州市第十一中学 河南 450000)

工业废水具有一定的难降解性,本文综述了添加维生素B、C、E对微生物的生长、繁殖和新陈代谢等方面的影响,进而讨论三种不同的维生素单独添加和混合添加时对活性污泥法处理工业废水中污染物的去除率的影响.添加不同浓度的B类维生素所产生的效应(例如: COD的去除效果以及微生物的呼吸活性)也不相同.并根据总结的结果对下一阶段的研究方向进行了展望.

B类维生素;维生素C;维生素E;工业废水;活性污泥

1.引言

活性污泥法是污水处理技术中最经济、稳定、普遍的方法,其中在废水处理中起着主体作用的活性污泥受到了人们的普遍关注.近年来,国内外的研究者从调节生物处理系统所需微量营养物质平衡的角度出发,对微量营养物质促进工业废水处理的影响做了大量研究.而在这些微量营养物质之中,维生素作为微生物生长所不可或缺的生长因子,对微生物的生长起着一定的促进作用.研究表明,有多种维生素可以促进微生物的生长,如维生素B3、维生素C、维生素E等.

粱威等进行维生素B1对毛纺废水处理效果影响的实验.实验中研究了不同浓度的维生素对于微生物的影响.如图1所示,随着维生素含量的增加,系统COD的去除率也不断增加,但当浓度达到1.0mg/L后,COD去除率随投加量的增加而减少.所以,一定量的维生素B1对于活性污泥的生长具有促进作用,但过量的维生素可对污泥的活性起着抑制作用.由此推论可知,通过控制维生素的添加量来促进活性污泥的生长具有一定的可行性.

图1 维生素B1对系统COD去除的影响

本文综述了B类维生素,维生素E,维生素C,三类维生素对活性污泥处理工业废水的影响.

2.B类维生素对活性污泥处理工业废水的影响

B类维生素主要包括B1、B3、B5、B12、B6、B9.B类维生素对于微生物的生长起着重要的促进作用,为了研究其具体对于微生物活性的作用.霍培书等研究了B类维生素对活性污泥处理废水的影响,在12℃的条件下向有效反应器容积为5L,污泥含量约为1600mg/L的人工合成工业废水中添加不同的B类维生素,并在一定时间后检测各项指标.结果表明:添加不同的B类维生素对活性污泥法处理废水的效果也不同,如单独添加维生素B3,维生素B5后活性污泥生物系统处理污水的效率得到了提升,促进了COD、TP、TN的去除.其中维生素B5可使COD去除率提高2.63%,添加维生素B3后实验组出水的TP浓度较对照组低0.390mg/L,单独添加维生素B5后的出水TN平均值比对照组低0.960mg/L.而一些B类维生素对于TP和MLSS的去除影响并不显著,如维生素B7.但是维生素B2等则不影响活性污泥对污水的处理.再向系统中添加维生素B2后,实验组的COD去除率与空白对照组相比并无大的变化,从中看出并不是所有维生素都对活性污泥处理废水起到促进作用.

Jasonbarnett等人也得到了相同的结论,在添加了维生素B6后COD的去除率提高了8%.相比于维生素B6,维生素B3对于COD的去除率影响更大,比空白对照组提高了21%.除了对于化学需氧量的影响,添加B类维生素对混合液悬浮固体浓度(MLSS)也有一定的影响.研究者在添加了适量的维生素B3和维生素B6后,MLSS指数变为41mg/L和12mg/L同比增长252%和232%.

在众多B类维生素中,烟酸(维生素B3)是众多研究者所研究的焦点.烟酸作为合成辅酶的原料,也是许多微生物生长所必须的维生素之一,另外在生物的氧化过程中微生物脱氢酶是维生素降解有机污染物获得能量的必须酶,其活性在很大程度上反应了微生物的代谢活性.烟酸是脱氢酶两个辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的衍生物(NADP)的前体,从理论上,烟酸的投加可以提高脱氢酶活性,已有研究表明一定量的烟酸能够提高工业废水处理中污泥的代谢活性.

王慧等研究了通过添加烟酸对于活性污泥处理系统处理毛纺废水的影响,在两个相同的活性污泥系统内,一个反应器投加烟酸,另一个做空白对照,每天记录污水处理效果,经过一段时间后,研究者将这两个系统中COD测定的数值绘制成图像,如图2所示.由图可知投加组的COD去除率明显高于对照组,投加组的平均去除率大约为对照组的1.3倍.运行16天后对于污泥处理系统停止投加烟酸,研究烟酸的可持续作用时间,继续观察14天后,发现虽已经停止投加烟酸,但投加组较优的处理能力和较高的微生物酶活性仍持续了一段时间后才回落,可见烟酸对于活性污泥的影响之大.而对于脱氢酶的活性正如研究者所设想的在添加了烟酸之后,脱氢酶的活性得到了提高,约为对照组的1.34倍,而当停止投加烟酸后其活性虽然下降但仍高于对照组,约为对照组的1.16倍.

图2 系统COD去除率变化

由上述研究成果可见,添加了B类维生素后对活性污泥的生长、繁殖和新陈代谢有着促进作用,从而提高微生物对于污水的处理效果.但投加了烟酸之后,迅速优化了菌群结构,增加了污水处理系统的稳定性.这也是B类维生素作为现阶段用途最广泛的一种提高污泥活性的维生素的原因之一.

3.维生素C对活性污泥处理工业废水的影响

维生素C是人体保持健康的不可或缺的营养之一,对于人体的生长发育起着重要作用,近年来,维生素C作为一种添加剂应用于水处理也被科研人员所研究.雷洋等研究者,在维生素C促进铁盐活化过硫酸盐有机污染物的研究中,通过添加维生素C来加快有机物降解的过程,研究者发现相比于其它系统,三价铁离子与维生素C和过硫酸盐PS的组合能够快速降解污染物.其原因是因为维生素C作为一种还原剂,将Fe3+还原成Fe2+,从而发生如下反应:

除此之外,由于维生素C本身也可以直接和过硫酸盐反应,生成的可直接或间接攻击污染物达到降解的目的.而过硫酸盐、维生素C和三价铁离子这三种物质组合处理有机污染物,可以达到充分降解的目的,从而获得最高的污染物去除率和经济效益.基于这个研究成果,雷洋等人发明了一种新型有机废水催化氧化方法.由于这种方法只需友好的加入维生素C,并不需要添加其它试剂或消耗其它能源,从而降低了处理成本,而且含铁催化剂可重复利用,应用前景广阔.

在T.Stephenson的研究之中通过研究发现维生素A,维生素E适用于大部分的微生物,可以通过添加这类维生素可提高废水的处理效率和能量的利用率.而维生素C则多可用于乳酸螺旋杆菌,在生长和酸化的过程去改变微生物对于污水的处理.

谢月莹等人研究了维生素C对于活性污泥的影响,当单独添加不同浓度的维生素C,如图3所示.当维生素C的浓度为20mg/L时,活性污泥的活性比对照组提高了7%,而当浓度达到100mg/L时,其活性低于对照组的2.2%,当达到200mg/L时其活性低于对照组的33.5%.可见低浓度的维生素C对含辛基酚的废水起着一定的拮抗作用,而高浓度的则会增强其抑制作用.其原因是因为维生素C中含有烯醇式羟基可与氢氧根等反应还原生成硫自由基.而当产生A.(半脱氢抗坏血酸负离子自由基)并不能及时清除时,就会把微生物体内的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化,对机体造成伤害,从而抑制污泥活性.

图3 维生素C对辛基酚抑制效应的影响

4.维生素E对活性污泥的影响

维生素E是所有具有a-生育酚活性的生育酚和三烯生育酚及其衍生物的总称.维生素E不溶于水,呈脂溶性;室温下为油状液体,橙黄或淡黄色;对热、酸等环境比较稳定,遇碱不稳定,可发生氧化;在无氧条件下较稳定;酯化维生素E较游离维生素E稳定.而在Halil Hasar的研究中,添加维生素C和维生素E后对于废水的处理也是有益的.研究者向废水中添加了维生素C、E和A经过了六个月的实验观察及出水污染物浓度测定.发现废水的处理效率分别提高了16.2%、22.7%和20.5%.所以研究者得出结论,相比于维生素A和维生素C,维生素E的处理效果最优,效果最明显.而此次研究也发现维生素C相比于维生素E和维生素A是比较不稳定的.所以对于维生素C的研究还需要更进一步的探索.

谢月莹等人研究了维生素E对于含辛基酚的工业废水抑制效应的影响,如图4所示,当单独添加维生素E时,50mg/L的维生素E将活性污泥的活性提高了28.6%,当浓度为200mg/L时其活性相比于对照组增长至56.6%.相比于维生素C,维生素E对于辛基酚的抑制效应存在着明显的拮抗作用,而且高浓度的维生素E并未对污泥产生危害,这是因为维生素E与维生素C的抗氧化机理不同,它是通过向脂氧自由基提供氢离子,使脂质过氧化链式反应中断,从而达到去除污染物的作用.

图4 维生素E对辛基酚的抑制效应的影响

5.维生素C、E共同添加对活性污泥处理工业废水的影响

不同种类的维生素对活性污泥的生长起着不同的促进作用,若同时添加不同种类的维生素是否对微生物的生长起着协同的促进作用?笔者根据现有文献进行调研,同时添加维生素B、C、E对微生物的影响作用的相关文献较少,但同时添加维生素C、E来促进废水的去除效果的文献较多.作为天然强抗氧化剂的维生素C和维生素E,能够有效清除体内氧自由基,并可增强机体对外界的环境的抗应激能力和免疫力.国内外许多研究表明,当遭受了某些外来物质的毒害作用时,维生素E和维生素C可对生物体起到保护作用.谢月莹等人研究了维生素C,E对于辛基酚抑制效应的拮抗作用,通过单独添加以及混合添加两种实验方法研究其对于活性污泥抑制作用的影响.

为研究维生素C和维生素E同时添加作用是否能起到一定的协同作用,结果如图5所示,共同添加到系统中,维生素E的浓度保持在200mg/L,添加不同浓度的维生素C,检测污泥活性抑制率,当维生素C为30-50mg/L时,对维生素E的促进作用最强,污泥活性提高到了55.0-55.6%.但当维生素C的浓度达到100mg/L时,相比于对照组,污泥活性降低了33%.这说明当维生素C的浓度超过一定限度时,对系统活性污泥仍然存在着抑制作用.

图5 维生素C、E联合辛基酚抑制效应的影响

6.结论与展望

(1)通过添加不同的B类维生素可以改变活性污泥的COD去除率,某些B类维生素起着促进作用如B5或者B3.而添加某些B类维生素则对于活性污泥的处理并无影响,如维生素B7.而当添加维生素B7后可显著提高活性污泥系统的MLSS处理指数.

(2)单独添加维生素C时,低浓度的维生素C对于活性污泥的活性起着促进作用,而当超过一定范围之后,高浓度的维生素C则会对系统内的活性污泥的生长起着抑制作用,这不同于维生素E.目前研究显示,高浓度的维生素E并不会对污泥活性起着抑制作用,但并不是浓度越高越好,当达到一个极值之后,促进作用会相对减弱.而把维生素C和维生素E混合添加到系统之中,可促进污泥活性.

(3)微量元素除维生素B、C、E之外还有许许多多,仍有许多值得深入研究的地方,就目前而言,研究者多研究B类维生素对于活性污泥的影响,其它的种类研究较少,在下阶段的研究过程中可把维生素A作为研究的一个入手点,以便探索更经济、科学、实用的活性污泥处理方法.

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张逸飞,男,郑州市第十一中学;研究方向:环境科学与工程.

Research Progress of Vitamin on Activated Sludge Process for Treatment of lndustrial wastewater

Zhang Yifei
(The No. eleven High School of Zhengzhou City, Henan, 450000)

Industrial wastewater is difficult to be degraded. In this paper, the effects of vitamin B,C,E on the growth, reproduction and metabolism of microorganisms are reviewed. And then the effects of the removal rate of pollutants in the activated sludge process through three different vitamins added separately and mixed. The effects of adding different concentrations of b vitamins ( e.g removal of COD and microbial respiratory activity ) are also different. According to the results, the research direction of the next phase is prospected.

B vitamins;vitamin C;vitamin E;industrial waste water;activated sludge

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