藻类处理造纸废水的可行性论文
2020-09-23 08:33:01 69
1简介
硫酸盐制浆厂的漂白废液大且颜色深，其中含有大量衍生的难以降解的氯化木质素通过微生物。事情。在这些化合物中，通常使用某些参数（例如COD，AOX）对羰基化合物，醌，针叶树，乙烯基化合物等进行定量。
尽管采用了不同的生物处理方法，例如活性污泥，氧化池或厌氧处理，以减少废液直接排放前的含氯有机物，但纯化后木质素衍生物的颜色过程几乎不变。降解木质素最快，最广泛使用的方法是在高氧环境中使用特殊真菌，尤其是白腐真菌。
但是，微生物对大量葡萄糖的需求似乎是真菌加工的主要缺点。在最近的几项研究中，研究人员发现藻类可以替代真菌以去除颜色和AOX。 Lee等人的研究。 1978年的研究表明，在自然条件下或人工照明条件下，在室温下混合培养的藻类在接种和培养50天后处理了50％-80％的硫酸盐制浆废水。据报道，藻类的行为是自然途径，在碳循环中将木质素转化为其他物质。在最近的研究中，大麻浆和造纸工业的废水处理是在一批反应器中进行处理的，脱色率在30天内达到80％。
这些发现激发了人们对使用藻类去除纸浆和造纸废水的颜色的研究兴趣。本文报道了使用间歇式反应器在各种操作条件下处理纸浆和造纸废水的一系列实验，评估了脱色机理和藻类形态的结果。
2方法
2.1废水
在整个测试过程中，从爱琴海的SEKA-Dalaman制浆造纸厂收集了废水样品土耳其海岸。该工厂有两条纸浆生产线；一个是以赤松为原料的连续木浆生产线，另一个是季节性运行的非木浆原料生产线，主要以棉布为原料生产绒毛纤维。但是，收集水样时，第二条生产线没有运行。因此，研究中使用的废水样品来自红松生产线。在该制浆过程中，漂白过程称为CEHDED（氯化，碱处理，次氯酸钠漂白，二氧化氯漂白，二次碱处理，二次二氧化氯漂白）。为了评估浓缩效果，将废水稀释几次，其成分列于表1中。
2.2接种
使用从稳定池塘中获得的混合藻类液体。污水处理厂作为藻类的接种种类。在显微镜下粗略观察该藻类液体的组成后，发现它主要包含绿藻（小球藻，小球藻，衣藻，小球藻，小球藻），硅藻（菱形，小环藻），鞭毛（E虫）和一些蓝细菌。 （微囊藻，鱼腥藻）。
2.3实验
三组实验中的两组这是一个可控组，另一组是废水中的藻类培养（见表2）。所有实验均在由1 L体积的玻璃瓶组成的间歇式反应器中进行。藻类生长测试中使用的无机营养成分如下：5mg / LMgSO47H2O，7.1mg / LFeCl3H2O，0.001mg / LH3BO3，0.001mg / LZnSO47H2O，0.001mg / LCuSO45H2O，0.080mg / LMnCl22H2O，44mg / LKH2PO4，45 mg / LNH4Cl，0.0011mg / L（NH4）6Mo7O24、0.550mg / LAl2（SO4）316H2O，10mg / LCaCl22H2O，2mg / LCoCl26H2O，2mg / L硫胺素盐酸盐。将反应器放置在靠近窗户的水浴（20±2°C）中，并在反应器上方30 cm处接收自然光和荧光。每天使用12个小时的18W荧光灯模拟自然环境。缓慢搅拌反应器以向藻类提供CO 2和O 2。每天刷掉生长在反应器内壁表面上的藻类，并将其添加到反应器内容物中。每个反应器在相同条件下重复三次。每天从两个平行设置的反应器中取样，分析藻类浓度（叶绿素a），COD，AOX和颜色，并计算每个样品数据的算术平均值。从这两个初始反应器中采集样品进行分析，并从第三个反应器中补充减少的样品量。另外，所有反应器的每日蒸发补充有蒸馏水。
2.4分析
使用标准方法（1998年）测量化学需氧量（COD）和叶绿素a（Chla）。使用Euroglass AOX分析仪测量可吸附有机杂质（AOX）；颜色直接使用Hach DR-2000分光光度计的铂钴单元测量。为了确定藻类细胞是否在其表面吸附了木质素，分析了从细胞表面获得的碱性提取物。首先，从反应器中取出50ml样品并过滤。用20ml的5％氢氧化钠溶液萃取滤饼。然后将滤饼用10ml蒸馏水冲洗两次。用0.1 mol / L H2SO4溶液将滤液的pH值调节至7.5，并用蒸馏水将体积稀释至100 mL。使用Hach DR-2000分光光度计的铂-钴单元测量颜色。
藻类指数生长期的比生长率（μ）计算为ln（X / X0）=μt，其中X0和X代表指数生长期开始和结束时的藻类浓度，和t分别代表该时期的持续时间的指数增长。通过消耗每单位质量COD产生的藻类生物量来计算产量系数（Y）。光合商数（PQ）值计算为消耗的氧气与生成的二氧化碳之比。
3结果和讨论
分批实验结果表明，在藻类反应器中可以实现大部分有机物和脱色。 COD，色度和AOX的去除率分别为55％-60％，80％-85％和50％-80％；运行42天后（请参见表3）。在更长的时间内，应该指出的是，COD和颜色的去除主要在前20天内完成。采样时间的所有参数（包括藻类生长）的变化如图1所示。如表3所示，对照反应器可解释为光和氧化的直接作用，并实现了很高的清除作用。 Archibald和Roy-Arcand（1995）报道了这一结果。另一方面，接受废水和环己酰亚胺（放线菌素；阻止所有真核生物代谢）的对照反应堆仅比接受废水的对照反应堆高2％-4％。COD的去除率表明微生物的贡献不如和藻类一样伟大。
从表3中可以看出，将光强度从3.4 klx增加到5.8 klx对COD和色度的去除没有显着影响，但是AOX的去除却显着增加。在3.4 klx的光强度下，废水浓度的增加会导致较少的光穿透，从而导致COD和色度去除率的变化很小。但是，有趣的是，AOX的去除效率从50％大大提高到80％。对所有反应器的观察发现，COD的去除效率低于颜色，这可能是由于有色有机分子转化为无色有机分子所致。同时，通过代谢而不是吸附观察到颜色去除。如图2所示，在3.4 klx的光照强度和230 mg / L的初始COD的大规模条件下，每单位质量藻类的COD去除率在5至10天之内增长更快，达到最大值在第十天。 10天后，它逐渐下降。在相同的光强度下，增加废水的初始浓度将加快去除速度。第二天清除率达到最高。初始COD浓度的大约两倍将导致去除率大约增加一倍。在图2中排除了去除率。从图1和2中可以看出，最高去除率发生在藻类进入指数生长期之前。这可以归因于异养和混合养分增长的结果。相关数据（1997年）表明，藻类细胞可以异养和混合营养模式生长，尽管在混合营养条件下的生长要好得多。同样，研究人员（1992年）推测，在异养条件下，小球藻物种中叶绿素的形成（生长）迅速增加，同时还保留了一定数量的有机碳源。
除了COD，AOX和脱色之外，还计算了生物力学常数μ，Y和PQ，因为它们可以帮助理解制浆废水中不同条件下藻类的行为。计算值如表4所示。在相同的光照条件下与藻类相比，μ值显着下降。这表明废水中有机物的含量在一定程度上减慢了光合藻类的生长。在藻类控制反应器中，随着光强度的增加，μ值几乎保持不变。对于相同的废水浓度，随着光强度的增加，μ几乎保持不变，但是Y值显着增加。 Ogawa和Aiba（1981）的发现解释了Y值增加的原因，废水中藻类的生长是一种混合营养，而不是一种自养营养。小球藻在混合营养条件下使用有机碳源。碳源的光合作用机理和氧化同化功能相互独立，因此光合二氧化碳同化和氧化同化过程同时进行。在不同条件下，PQ值的变化与μ和Y值的变化不一致。预期随着光强度的增加，可以观察到对照反应器中PQ的增加。然而，实际上，它随着光强度的增加而降低。在许多文献中，μ，PQ和Y之间的估算值不一致是由于藻类培养基中存在有机物引起的，据报道在较高光照条件下PQ值降低主要是由于光化学氧化消耗和光呼吸作用和光合抑制。另外，Fogg（1975）发现强光条件下PQ的降低也是由细胞内废物的积累引起的。
为了了解处理过程中是否有任何形态变化，本研究将反应器中的藻类成分与原始成分进行了比较。在反应器运行结束时，混合培养物的组成会发生一些常见变化。在所有情况下，都没有观察到蓝细菌，并且它们被完全消除了。同时，可以观察到一些新的硅藻物种（Navicula），并且硅藻已成为占主导地位的类型之一。其他非常重要的优势类型是绿藻，尤其是小球藻。鞭毛藻的数量几乎保持不变。在230mg / L的COD和3.4klx的光照条件下，绿藻和硅藻获得了几乎相同的优势，培养基中还包含了一些鞭毛虫。在相同的初始废水浓度和较高的光照条件下，观察到绿藻在培养基中占主导地位，在3.4klx的条件下硅藻和鞭毛的生物量几乎相同。当废水的初始浓度增加时，藻类成分几乎相同。
仅一种物种的相对数量略有变化：硅藻在培养基中占主导地位，鞭毛（裸藻）数量的增加与绿藻的数量几乎相同。硅藻的主要生长通常发生在低照度和相对高浓度的溶解有机物的环境中（Graham和Wilcox，2000）。并且，根据他们的报告，在相同的光照强度条件下，降低的光照强度和增加的初始废水浓度可能会导致硅藻的渗透营养，因此它们具有在黑暗条件下生长的能力。
4结论
该研究表明，使用藻类处理制浆造纸工业废水非常划算。根据实验结果，可以得出以下具体结论：
在造纸工业废水的处理过程中，藻类的混合培养可在一定时间内有效去除COD，色度和AOX。
removal的去除机理主要是有机物的代谢降解，而不是通过吸附。
当光强度和废水浓度改变时，COD去除率和色度没有显着差异，但对AOX去除率影响很大。在批处理的初始阶段，伴随的较高的COD和色度速率表明脱氯速度较慢。
在存在有机碳的培养基中，藻类似乎以混合营养的形式生长，并且主要是绿藻。硅藻和鞭毛虫可以在制浆废水中生存和发展。随着初始COD的增加，硅藻繁殖更多，但是，在较高的光强度下，绿藻比硅藻占主导地位。
