光合细菌法在工业废水处理中的应用.

发布于:2021-06-11 04:12:57

第 21 卷   第 1 期  第 45 页 总第 83 期      2004 年

河  北  工  业  科  技 HEB EI J OU RNAL OF INDUSTRIAL
SCIENCE & TECHNOLO GY

  文章编号 :100821534 (2004) 0120045204

Vol. 21  No. 1  P. 45 Sum 83     2004

光合细菌法在工业废水处理中的应用
国  洁 ,罗人明
(河北科技大学环境科学与工程学院 ,河北石家庄  050018) 摘  要 :介绍了光合细菌 ( PSB) 的生物学特征及净化废水的机理 ,从 PSB 法处理工业废水的特 点 、典型工艺及应用实例等方面 ,对光合细菌法在处理食品 、制药 、制革等生产过程中产生的高 浓度有机废水中的应用作了较系统的概述 ,并探讨了 PSB 法技术的发展趋势 。 关键词 :光合细菌 ;废水处理 ;工业废水 中图分类号 : X703    文献标识码 :A

   光 合 细 菌 ( Photosynt hetic Bacteria , 简 称 PSB) ,又称有机光合细菌 ,是以光作为能源 、有机 物为供氢体 , 还原 CO2 合成有机物的一类微生 物 。其生理功能独特 ,不仅有去除废水中有机污 染物的作用 ,而且有良好的脱氮脱磷功能 ,其菌体 蛋白有多种用途 。因此 ,自 20 世纪 70 年代后 ,各 国学者不断深入开展应用 PSB 法处理工业废水 的科学研究及技术开发工作 。研究的内容主要有 PSB 的生理特性 、PSB 法净化废水的机理及效果 、 PSB 法新工艺新设备的开发 、菌体蛋白的利用等 。 本文就 PSB 法在工业废水处理中的应用研究现 状及发展趋*新凼 。
1  PSB 的生物学特征
PSB 是自然界水圈微生物中重要的类群 ,广 泛存在于海洋 、江河 、湖泊 、沼泽 、池塘及土壤中 , 多生长在光线能达到的厌氧层中 。根据《伯杰氏 细菌鉴定手册》(第 9 版) PSB 可分为 6 个类群 , 27 个属 ,主要有外硫红螺菌 、红色非硫细菌 、绿硫 菌等[1] ,其中 ,被广泛应用于工业废水处理中的 有沼泽红假单胞菌和荚膜红假单胞菌等 。PSB 细 胞内有进行光合作用的载色体 ,载色体颗粒中包

含有菌叶绿素 a 或 b 和胡萝卜素 。由于菌体内存 在色素 ,PSB 一般情况下呈棕红色或淡红到紫红 色 ,有的光合细菌在厌氧条件下呈现暗黄绿色。 细胞内贮存物有多糖类 、聚 β2羟基丁酸盐和异染 粒 (多聚磷酸盐) 等[2 ] 。
PSB 在厌氧光照的条件下利用细胞外可氧化 的硫化物 、醇类 、小分子脂肪酸等作为供氢体 ,还 原 CO2 ,进行光合作用 ,为自身细胞进行光能异养 生长提供了所需的能量与碳源 。某些 PSB 在微 量好氧黑暗条件下 ,载色体消失 ,它通过三羧酸循 环来进行有机酸代谢 ,分解利用乙酸 、丙酸等小分 子有机物 ,取得能量和碳源 ,这一代谢类型为好气 异养生长 。2 种代谢类型均是 PSB 去除废水有机 污染物的基础 。   几乎所有的 PSB 都具有光合固氮的能力和 利用固氮生成物 N H4+ 的能力 。同时某些 PSB 具 有既能同化又异化利用硝酸和 脱 氮 的 能 力[2 ] 。 PSB 菌体固定下来的生成物氨经氨基酸代谢成蛋 白质 ,因此 ,PSB 菌体含有丰富的蛋白质 ,而且其 蛋白质组成中氨基酸种类齐全 ,可认为是一种优 良的蛋白源 。同时 PSB 菌体中还含有较多的 B 族维生素及各种生物活性物质 ,因此有着很好的 利用价值 。

收稿日期 :2003205207 ;修回日期 :2003205231 责任编辑 :王士敏 作者简介 :国  洁 (19792) ,女 ,河北武邑县人 ,2001 级硕士研 究生 。

2  PSB 法处理有机废水的特点
采用 PSB 处理有机废 水具有如下特点 : 1)

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河  北  工  业  科  技                 第 21 卷  

PSB 在厌氧及微好氧条件下都能生长 ,可以耐受 相当高的有机负荷 ,用于高浓度有机废水的处理 , 不需 要 稀 释 , 可 节 省 处 理 过 程 中 的 稀 释 水 用 量[3 ] ; 2) 脱氮除磷效果好 ,一方面 PSB 生长 、繁殖 需吸收氮 、磷作为营养元素合成细胞物质 ,另一方 面 PSB 能过量摄取废水中的磷酸盐 ,于细胞内形 成聚磷酸盐内含物增大吸收磷的量 ,并以脱氮反 应去除废水中的氮素 ,具有较好的脱磷脱氮效果 ; 3) 光合细菌与甲烷菌都可以处理高浓度有机废 水 ,但光合细菌不产生沼气 ,便于管理 ,且受温度 影响小 ,在 10~40 ℃内均可处理 ,最适合的生长 温度为 25~30 ℃,p H 值为 7 左右 ; 4) 设备占地 少 ,动力消耗低 ,节省前期投资[3 ] ; 5) 国内外毒性 实验及生产实践证明 ,光合细菌菌体不仅对人 、畜 无毒无害 ,而且蛋白质高达 60 %以上 ,并富含多 种维生素 ,特别是 VB12 ,叶酸和生物素的含量显 著高于酵母 ,还含有辅酶 Q10 ,抗病毒物质和生长 促进因子等 ,是一种具有广阔开发前景的多功能

菌体蛋白 ,可将处理废水过程中产生的光合菌体 回收 ,应用于水产 、农业畜牧 、饲料添加剂等领域 。 PSB 法处理废水存在以下不足之处 :1) 需要不断 地添加新鲜菌体来保持光合细菌的优势地位 ;2) 由于菌体细胞自然沉降困难 ,需要离心机或加絮 凝剂沉淀分离 ,因此使费用增加 ; 3) 经 PSB 处理 的废水最终 BOD 值在 200 mg/ L 左右 ,一般不能 达到排放标准 ,还要配合其他方法进一步处理 ,才 能排放[4 ] 。
3  典型工艺流程
PSB 法首先被成功应用于处理食品 、淀粉 、豆 制品等生产过程中产生的高浓度有机废水 。根据 PSB 对有机物的代谢特点 ,通常在 PSB 处理槽之 前可设酸化预处理 ,在其后设好氧生化氧化池。 其典型处理流程如图 1 所示[2 ] 。

图 1  PSB 法工艺流程图

Fig. 1  Technique flow chart of PSB met hod

  该工艺第 1 步是大分子有机物在兼性异养菌 统补充菌种 。

的作用下降解为低级脂肪酸等小分子有机物 ,即 4  应用实例

所谓的“酸化 (或可溶化) ”过程 ;第 2 步是整个工 艺的主体 ,由 PSB 将小分子脂肪酸等降解 ,有机 物浓度大幅度下降 ;第 3 步 ,用好氧生物处理法进 一步净化 ,使废水达到排放标准 。应用 PSB 法处 理废水的关键之一是保持处理系统中 PSB 的优 势 。因此 ,在流程中设菌种槽 ,通过回流培养向系

以小林正泰[5 ]为首的日本科学家 ,在 1978 年 率先实现了 PSB 法的工业应用后 ,我国的科学研 究人员也做了大量的工作 ,先后研究成功 PSB 法 处理食品 、淀粉 、皮革及造纸 、制药等生产废水 ,建 立了一批实用处理系统 ,发表相关论文数百篇。 有代表性的应用实例见表 1 。

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 第 1 期            国  洁等  光合细菌法在工业废水处理中的应用

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表 1  应用光合细菌处理废水的实例
Tab. 1  Examples of applying PSB met hod to treat wastewater

废水类型   
豆制品废水[6 ] 啤酒废水[7 ] 制药废水[8 ] 麦草浆黑液[9 ] 高浓度制革废水[10 ] 水产加工废水 [5 ] 柠檬酸废水[11 ] 养猪场废水[5 ] 淀粉废水[12 ] 乳品厂废水[13 ] 尼龙 66 盐废水[14 ] 淀粉工业废水 [5 ]

规  模

ρ(原水 COD) / ρ(出水 COD) /

( mg·L - 1)

( mg·L - 1)

小试 小试 小试 小试 小试 小试 中试 (3 m3/ d) 中试 (5 m3/ d) 中试 生产运行 生产运行 生产运行

8 261  
883. 2 20 000   10 000  
7 740   2 100   25 000   5 830   16 794  
580   1 140   3 960  

672  
203. 1 7 180   3 470  
656   125   1 450   275   1 058  
36. 3 150   165  

COD *均 去除率/ %
91. 7 77. 0 64. 1 65. 3 91. 5 94. 1 94. 2 95. 3 93. 7 93. 7 86. 8 95. 8

废水来源
上海长白豆制品厂 厦门侨星饮料厂 北京制药厂 小型草浆厂 南京制革厂 日本茨城县水产加工厂 南通发酵厂 日本静岗县养猪厂 济南淀粉厂 兰州某乳品厂 辽阳石油化工公司 日本静岗县淀粉工厂

  小试 PSB 槽的规模一般为 2~5 L

研究者     
华东师范大学 厦门大学亚热带海洋研究所 北京工业大学 中科院生态环境中心 南京理工大学 小林正泰 (日本) 生物技术研究所 小林正泰 (日本) 山东大学 兰州大学生物系 抚顺石油学院 小林正泰 (日本)

5  PSB 法的发展趋势
目前 ,国内外学者的主要研究内容和方向 :1) 针对 PSB 法原有的处理工艺多为槽式分批处理 或多级槽式半连续处理方式存在操作不便的问 题 ,研究改进处理设备结构 ,有的采用光合细菌柱 式生物膜法连续处理废水工艺 ,有的利用固定化 细胞技术 ,将光合细菌固定在一定的载体上应用 于工业废水处理 ,使设备利用率和处理效率提高 ; 2) 使用紫外线诱变或化学物质诱变等方法[15 ] 优 选出高产 、高活 、耐药的菌株 ,采用原生质融合技 术 ,扩充光合细菌单个菌种的代谢功能 ,提高 PSB 活性 ,以便为实际应用提供更高效的优质菌种 ;3) 针对单一 PSB 菌种降解效能广谱性不够强的特 点 ,研究以 PSB 菌种为主的混合菌剂 ,充分利用 共生 、偏利共生等关系提高整个菌群活力 ,使其获 得更好的净化效果 ;4) 综合开发 PSB 法处理工业 废水的副产品菌体蛋白的利用途径 ,开展深加工 如生产食用色素添加剂 、生物活性物质等[16 ] ,以 提高其经济价值 。
由此可见 ,PSB 法技术的发展必将带来可观 的社会 、环境 、经济效益 ,造福人类 。
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河  北  工  业  科  技                 第 21 卷  

Application of PSB Met hod in t he Industry Wastewater Treat ment
GUO Jie ,L UO Ren2ming
(College of Environmental Science and Engineering , Hebei University of Science and Technology , Shijiazhiang Hebei 050018 , China)
Abstract :This paper introduces biology characters of t he PSB and its mechanism of purifying wastewater. Based on characteris2 tic ,representative techniques and applications of t he PSB met hod in t he industrial waste water treatment ,it puts forward a com2
paratively systemic summarize applying PSB met hod in treating high concentrated organic waste water of producing course of foodstuff ,p harmacy and curry ,etc. It also probes into t he development directions of t he PSB met hod.
Key words :photosynt hetic bacteria ;wastewater treatment ;industrial wastewater

(上接第 15 页) 廓线 ,如图 4 所示 。

4  结  论
本设计方法简单 、实用 ,并能达到较高的设计 精度 ,其作图思路也适合于其他机构的运动设计 和用图解法进行机构的运动分析和力分析 。工程 设计人员可借鉴该方法 ,用简单的 AutoCAD 作 图 ,设计出较高精度的机构运动简图 ;高校教师在 检查学生图解法作业时 ,可用此方法做出准确的 答案依据图形 。

图 4  滚子从动件凸轮廓线的设计
Fig. 4  The design of convex outline for roller bottom of driven member

参考文献 :
[ 1 ]  孙  桓. 机械原理 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 ,2001. 2092 2261
[ 2 ]  申永胜. 机械原理教程 [ M ] . 北京 : 清华大学出版社 ,1999. 692791
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Design of Convex Outline by Graphic Met hod Based on CAD
GAO Hui2qin , XIE Jiang , ZHEN G Wen2lin ,L IU Yi
(College of Mechanical and Electronic Engineering , Hebei University of Science and Technologe , Shijiazhuang Hebei 050054 , China)
Abstract : This paper presents a met hod of designing outline of cam based on AutoCAD software. It follows t he procedure of
grap hical treatment (turn over met hod) ,but adopts interactive grap hical mode to get t he outline of cam to be established. The drafting techniques are expounded for different kind of driven member(plat ,point and roller bottom) by using flexibly every kind of function of drawing ,editing and ot her assistance. This met hod is simple , practical and efficient , and can achieve higher accu2 racy of designing.
Key words : AutoCAD ; outline of cam ; design ; graphic met hod

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