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小分子物質(zhì)篩選

添加各小分子物質(zhì)經(jīng)PSB處理72h后的COD去除率和菌體干重如圖1所示,可見投加小分子物質(zhì)能提高制糖廢水的處理效果,其中蘋果酸組效果最好,COD去除率高達(dá)85%,比空白組提高65%。菌體干重與COD去除率有近似的趨勢(shì),其中添加蘋果酸后菌體干重最高,為1250.9mg/L,比空白組提高了12%。投加不同小分子物質(zhì),處理效果差異較大,這是由于碳原子數(shù)少的化合物一般更容易被PSB利用,因此,四碳化合物蘋果酸、琥珀酸鈉、酒石酸鉀鈉比六碳化合物葡萄糖更有利于提高PSB處理制糖廢水的效果;盡管乙醇為二碳化合物,但由于乙醇濃度過高會(huì)毒害菌體,故其促進(jìn)效果并不佳。四碳化合物中,蘋果酸對(duì)PSB處理制糖廢水的促進(jìn)作用更為明顯這是由于蘋果酸為三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物,可以直接進(jìn)入三羧酸循環(huán),比琥珀酸鈉、酒石酸鉀鈉更容易轉(zhuǎn)化成有利于三羧酸循環(huán)正向運(yùn)行的草酰乙酸。圖1小分子物質(zhì)對(duì)PSB處理制糖廢水效果的影響

不同微量元素對(duì)PSB處理制糖廢水效果的影響

添加蘋果酸的試驗(yàn)組72h出水COD質(zhì)量濃度為397mg/L,高于我國《制糖工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21909—2008)限值。為進(jìn)一步提高PSB處理制糖廢水的效果,繼續(xù)研究了微量元素的影響。以下試驗(yàn)均在投加蘋果酸的基礎(chǔ)上進(jìn)行。微量元素Zn、Fe、Cu對(duì)PSB的生長具有重要作用,是細(xì)菌體內(nèi)多種酶的組成元素,參與一系列生物代謝活動(dòng)[1],故針對(duì)Zn、Fe、Cu三種微量元素進(jìn)行處理效果的優(yōu)化研究。

1COD去除率變化

由圖2知,各濃度的Zn和Fe均能提高PSB處理制糖廢水的效果,而投加Cu對(duì)PSB處理制糖廢水產(chǎn)生抑制作用。圖2(a)顯示,在各時(shí)間點(diǎn),COD去除率隨Zn投加濃度增加而增加,濃度為2.0mmol/L時(shí)效果最好,72h時(shí)COD去除率達(dá)90%。由圖2(b)知,Fe投加濃度為1.5mmol/L時(shí)效果最好,72h時(shí)其COD去除率為95%。從圖2(c)可以看出,投加各濃度Cu后,廢水處理效果均下降,濃度為1.0mmol/L時(shí)最終COD去除率為81%。因此,對(duì)于PSB處理制糖廢水COD去除率來說,COD去除率大小有以下規(guī)律:Fe>Zn>對(duì)照組>Cu。就COD去除率來看,微量元素Fe對(duì)PSB處理制糖廢水具有最佳促進(jìn)作用。

2總糖去除率變化

制糖廢水中糖分含量高,是主要的碳源物質(zhì),故可用總糖去除率代表制糖廢水中主要污染物的去除。由圖3可知,添加不同濃度Zn、Fe的試驗(yàn)組,總糖去除率均比對(duì)照組高,且同一微量元素濃度不同時(shí),總糖去除率接近;添加Cu的試驗(yàn)組,總糖去除率均比對(duì)照組低。從總體上看,總糖去除率與COD去除率規(guī)律近似。在第72h,Fe投加濃度為1.5mmol/L時(shí)總糖去除率最高,為97%。

3菌體干重變化

由圖4可知,PSB菌體干重隨時(shí)間的增加,投加不同濃度Zn和Fe時(shí),都能提高菌體產(chǎn)量。由圖4(a)可見,菌體干重隨Zn投加濃度增加而逐漸增加,濃度為2.0mmol/L時(shí),菌體生長最好,第72h時(shí),菌體干重為1401.8mg/L。圖4(b)顯示,各濃度Fe均能較好地促進(jìn)菌體生長,且各組之間差別較大:1.5mmol/L>2.0mmol/L>1.0mmol/L>0.5mmol/L>對(duì)照組,72h時(shí),1.5mmol/L組的菌體干重為1635.4mg/L,比對(duì)照組高出30%。由圖4(c)可知,適當(dāng)濃度的Cu能促進(jìn)菌體生長,過量投加則會(huì)對(duì)菌體生長產(chǎn)生明顯抑制作用。當(dāng)濃度不超過1.0mmol/L時(shí),菌體產(chǎn)量隨投加濃度增加而提高,濃度增至1.5mmol/L時(shí),對(duì)菌體生長產(chǎn)生抑制作用。菌體產(chǎn)率(Biomassyield)定義為菌體增量與COD去除量的比值,可以體現(xiàn)細(xì)菌將水中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為菌體的能力,是重要的化學(xué)參數(shù)[1]。在第72h時(shí),對(duì)照組以及添加各最佳濃度Zn、Fe、Cu試驗(yàn)組的菌體產(chǎn)率分別為0.378、0.420、0.491、0.561(mg菌體增量/mgCOD去除量)。由此可見,添加微量元素對(duì)于提高菌體產(chǎn)率具有較大促進(jìn)作用。投加Fe效果最為顯著,說明微量元素Fe在微生物體內(nèi)具有重要功能,它是胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)電子傳遞體系中重要的電子載體,Fe不足時(shí),會(huì)影響酶的合成,阻礙微生物生長代謝過程,還會(huì)導(dǎo)致糖酵解過程的變化。因此,在PSB處理制糖廢水時(shí),投加Fe是一種較好的改進(jìn)措施,其最佳投加濃度為1.5mmol/L。

本文作者：盧玉鳳1張光明1,2作者單位：1哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院