洗浴废水处理技术

目前，世界各国都面临着水污染严重、水资源短缺的现实问题。中国是全球水资源最为缺少的13个国家之一，水资源短缺已成为制约我国可持续发展的一个重要因素〔1〕。洗浴废水约占城市生活污水的30%，是一种可回收再利用的优质中水水源，将其处理后回用，将会缓解我国目前用水紧张的问题。因此，对洗浴废水的处理回用是一项具有现实意义的工作。

众多学者针对洗浴废水的处理方法进行了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。所涉及的处理方法包括混凝、吸附、高级氧化和生物法〔2－4〕。本研究通过纯种分离获得LAS优势降解菌，并以活性炭纤维为载体挂膜形成强化吸附性生物膜用于洗浴废水的处理，通过动态实验确定了其最佳运行参数。该项研究可为洗浴废水处理工艺的设计提供有益的借鉴。

1 LAS优势降解菌的筛选及菌种鉴定
 
1.1 实验条件及测试方法
 
1.1.1 实验条件
本实验采用的富集培养基成分：酵母膏1.2 g，MgSO4·7H2O 0.14 g，FeSO4·7H2O 0.000 5 g，K2HPO4 0.33 g，KCl 0.06 g，LAS 5 mg，蒸馏水1 000 mL，pH 7.0。0.1 MPa下灭菌30 min〔5〕。

考虑不同批次活性炭颗粒性能的差异，本研究采用深圳慧聪净化厂生产的实验用CF-Z黏胶基活性炭纤维毡代替活性炭颗粒，其中所含活性炭>130 g/m2，规格为1 m×1 m×5 mm，比表面积为1 500 m2/g。使用前用蒸馏水洗涤3次，然后煮沸1 h，再用蒸馏水洗涤3次，最后在120 ℃下烘焙48 h，备用。

为保证实验的重现性和实验结果的可比性，本实验所用水样为模拟实际洗浴废水水质自行配制，其水质：LAS（阴离子表面活性剂）为5 mg/L，CODCr为300 mg/L，NH3-N为20 mg/L。

1.1.2 主要测试方法
LAS采用亚甲蓝分光光度计法测定；COD采用COD快速消解测定仪直接测定；NH3-N采用钠氏试剂法测定；pH采用pH计测定；微生物的生长量用比浊法测定，用OD值表示。

1.2 LAS优势降解菌的筛选及鉴定
 
1.2.1 LAS优势降解菌的筛选
实验菌种取自辽宁省阜新市清源污水处理厂二沉池污泥。将新取回的污泥静置12 h后，取10 g放入装有90 mL无菌水的三角烧瓶中，在30 ℃条件下，以200 r/min在摇床上振荡30 min，形成均匀的菌悬液。用已灭菌的移液管各移取菌悬液5 mL，分别加入到3个盛有200 mL已灭菌富集培养基的250 mL三角烧瓶中，塞好棉塞后，在30 ℃、150 r/min的摇床上连续振荡培养5 d。观察发现：澄清的培养基逐渐变浑浊并有颗粒物出现，在三角烧瓶液面处有乳白色黏稠物生成。通过测定3个平行样品中的LAS浓度，发现3个平行样品中的LAS均有部分降解，从而确定菌悬液中已有LAS降解菌存在。

1.2.2 LAS优势降解菌的富集
为了进一步提高菌悬液中LAS降解菌的数量与活性，采用重复传种的定向培养方法多次移种传代，以此得到既能够降解LAS，又对LAS有良好耐性的优势菌株。具体实验操作：取经过前代筛选出的菌悬液5 mL，分别加入到3个盛有200 mL已灭菌富集培养基的250 mL三角烧瓶中，其中LAS质量浓度为5 mg/L。塞好棉塞后，在30 ℃、150 r/min的摇床上连续振荡培养5 d，经过3次传代接种，3个平行样中LAS的去除率分别为82.2%、85.0%和85.6%，据此认为LAS优势降解菌的富集完成。

为了同步考察LAS优势降解菌对水样中COD和NH3-N的降解能力，将富集得到的LAS优势降解菌接种于LAS、COD和NH3-N分别为5、300、20 mg/L的水样中。按前述的方法，自接种后每隔24 h测定一次LAS、COD、NH3-N浓度，结果表明，水样中的COD、LAS在反应初期下降趋势明显，随着时间的延长，其下降趋势逐渐变缓；而在反应过程中NH3-N浓度不降反升。同时发现，LAS浓度在4 d后基本达到稳定，因此在后续实验中，取经过4 d培养的菌悬液进行实验。

1.2.3 LAS优势降解菌的鉴定
通过对LAS优势降解菌菌株的实验鉴定发现：（1）LAS优势降解菌属革兰氏阴性菌（G-），并呈短杆状；（2）呈硝酸盐还原阳性菌；（3）呈甲基红阴性，可以将产生的酸性物质转化为中性；（4）呈过氧化氢阳性，能够产生过氧化氢酶；（5）经需氧性实验测定其为好氧菌〔6, 7〕。

2 强化吸附性生物膜处理洗浴废水的动态实验研究
生物活性炭纤维（BACF）是近年发展起来的新技术，它是以活性炭纤维作为载体，人为地将工程菌吸附在其表面形成生物膜，利用工程菌的生物降解和活性炭纤维吸附的协同作用去除水中的污染物，以此来提高对污水的处理效果，同时还可延长ACF的饱和周期〔8〕。

2.1 动态实验装置设计
动态实验装置为自制的40 cm×30 cm×40 cm的玻璃容器，用隔板平均分为3格作为3个独立的反应器，即：反应器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。反应器Ⅰ、Ⅲ用作生物活性炭纤维反应器（BACF），反应器Ⅱ用作活性炭纤维反应器（ACF）。在各反应器中装填活性炭纤维，活性炭纤维的填充量为总容积的40%，有效容积约6 L。反应器Ⅱ直接用作活性炭纤维吸附床，反应器Ⅰ采用活性污泥直接挂膜，反应器Ⅲ采用LAS优势降解菌菌悬液挂膜。实验过程中，利用高位水箱自反应器的一端进水，在进水管路中设置控制阀，调节进水量；另一端靠近底部设置取样口。利用充氧机在生物反应器Ⅰ、Ⅲ的进水端进行曝气。为考察不同工艺对洗浴废水的处理效果，在相同的进水条件下，对3个反应器的处理效果进行对比实验。

2.2 动态实验过程及结果分析
 
2.2.1 生物活性炭反应器挂膜法
 
在动态实验装置安装完成后，量取备用的活性污泥样品2 L（经测定活性污泥的MLSS为21.74 g/L），将其倒入反应器Ⅰ内，然后加入洗浴废水直至恰能浸没活性炭纤维载体材料；之后利用供氧机对反应器Ⅰ进行供氧，静置曝气48 h后，排空反应器中的污水。按上述步骤重复操作2次，经过6 d的反复操作以后，开始以1.5 L/h的流量连续通入洗浴废水，同时在反应器Ⅰ进水口处持续曝气〔9, 10〕。

取LAS优势降解菌菌悬液（OD=0.4）2 L加入到反应器Ⅲ内，采用上述相同的方法对反应器Ⅲ进行挂膜。

挂膜在常温（20～25 ℃）条件下进行，经过6 d的反复闷曝、排空后，肉眼可见反应器Ⅰ的曝气口端有淡黄的胶质黏性物质产生；反应器Ⅲ的曝气口则呈现乳白色的膜状物质，且较反应器Ⅰ中形成的生物膜厚度略薄。自洗浴废水流入后，随着时间的延长，反应器Ⅰ、Ⅲ生物膜不断地向外围扩散。

2.2.2 动态反应条件
在反应器Ⅰ、Ⅲ挂膜完成后，为对比3个反应器对洗浴废水的处理效果，同时对3个反应器进行动态实验研究。为增强实验结果的可比性，反应器Ⅰ、Ⅲ采用相同的反应条件，即：进水流量为1.5 L/h，HRT为4 h，曝气量为1.5 mg/L；而反应器Ⅱ的进水流量为3 L/h，HRT为2 h（前期实验研究表明：HRT 为30 min时，活性炭纤维即可达到吸附平衡），目的是为了避免由于水力停留时间过长在活性炭纤维上产生自然挂膜现象而失去比较意义。

2.2.3 实验结果分析
动态运行阶段，每隔2 h分别对3个反应器出水中的LAS、COD、NH3-N监测一次，在此基础上，计算各工艺对洗浴废水中LAS、COD、NH3-N的去除率。
3 结论
通过对微生物样品的富集培养、纯种分离获得LAS优势降解菌，并对其进行了菌种鉴定。在此基础上，通过设计动态实验，对3种工艺处理洗浴废水的效果进行了对比实验研究。得出的结论如下：

（1）对LAS优势降解菌菌种的鉴定结果表明， LAS优势降解菌属革兰氏阴性菌（G-），并呈短杆状；为硝酸盐还原阳性菌；呈甲基红阴性，可以将产生的酸性物质转化为中性；呈过氧化氢阳性，能够产生过氧化氢酶；经需氧性实验测定其为好氧菌。

（2）通过动态对比实验研究发现，在反应器Ⅰ、Ⅲ进水流量为1.5 L/h，HRT为4 h，曝气量为1.5 mg/L；反应器Ⅱ进水流量为3 L/h，HRT为 2 h的实验条件下，反应器Ⅲ对洗浴废水中LAS和COD的去除效果均好于反应器Ⅰ、Ⅱ，达到稳定运行后其去除率分别为87.14%和85.87%；对洗浴废水中NH3-N的去除效果，反应器Ⅰ好于反应器Ⅱ、Ⅲ，达到稳定运行后，其去除率为78.63%。

（3）在进水流量为1.5 L/h，HRT为4 h，曝气量为1.5 mg/L的动态实验条件下，采用LAS优势降解菌菌悬液挂膜形成的强化吸附性生物膜处理洗浴废水，LAS、COD和NH3-N去除率可分别达到87.14%、85.87%和74.89%。