第２５卷第９期２６４２００９年９月
农业工程学报
ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＳＡＥ
、ｂ１．２５Ｎｏ．９
Ｓｅｐ．２００９
侯轶１，李友明１，胡松青２※
（１．华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州５１０６４０；２．华南理工大学轻工与食品学院，广州５１０６４０）
摘要：为强化废水中烟碱的厌氧生物降解性能，对造纸法制烟草薄片产生的废水，在厌氧颗粒污泥ＵＡＳＢ小试反应器中的生物降解进行监测和分析，测定了厌氧处理过程中烟碱的降解曲线，发现微生物对烟碱的降解过程可能涉及协同降解机理。提出了以反硝化反应强化厌氧过程中烟碱降解的思路，通过外加硝酸 盐来诱导驯化厌氧颗粒污泥中硝化菌的代谢活动，经过驯化，厌氧颗粒污泥ＵＡＳＢ小试反应器出水中烟碱浓度由１２０ｍｇ／Ｌ以上降至约２５ｍｇ／Ｌ，同时反硝化反应促进了废水中其他有机物的深度降解，出水化学需氧量（Ｃ０１）ｃ，）由约６００ｍｇ／Ｌ降至２００～３００ｍｇ／Ｌ，反硝化强化造纸法烟草薄片废水中烟碱生物降解作用明显。
关键词：废水，污泥处理，反硝化，烟碱，强化
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６８１９．２００９．０９．０４７
中图分类号：Ｘ８３２文献标识码：Ａ文章编号：１００２—６８１９（２００９）一９—０２６４—０５
侯轶，李友明，胡松青．烟草薄片生产废水中烟碱的厌氧降解及反硝化强化［Ｊ］．农业工程学报，２００９，２５（９）：２６４－－２６８．ＨｏｕＹｉ，ＬｉＹｏｕｍｉｎｇ，ＨｕＳｏｎｇｑｉｎｇ．Ａｎａｅｒｏｂｉｃｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｉｏ－ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｎｉｃｏｔｉｎｅｉｎｔｏｂａｃｃｏｓｈｅｅｔｓｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣＳＡＥ，２００９，２５（９）：２６４－－２６８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅｗｉｔｈＥｎｇｌｉｓｈａｂｓｔｒａｃ０
０引言
有机玻璃，以便于观察。
为了利用制烟过程中占原料总量１／３的烟梗、碎叶、
碎末和次级烟叶等“下脚料”，获取更大的经济效益，
制烟商通过造纸法【ｌ】将其制成烟草薄片，再用于卷烟生
产。其制造过程中产生的废水不仅最大，且成分复杂，
属于难处理的高浓有机废水［２－３】，若未将其妥善处理，将
…＋
严重污染水环境，而目前国内外对此则研究较少∽Ｊ。
本文以上流式厌氧颗粒污泥小试反应器（ｕＡＳＢ）为
研究基础，对造纸法烟草薄片废水中特征物质烟碱的生
…。
物降解进行分析，并通过反硝化反应有目的地驯化强化
厌氧段微生物对烟碱的选择性，将厌氧颗粒污泥引入并由ｌ蕈
应用到废水深度处理领域，可降低甚至取消后续深化处
理的负担，促进废水处理系统的经济有效运行。
１材料和方法
１．１材料
１．１．１厌氧颗粒污泥ＵＡＳＢ小试反应器
试验所用ＵＡＳＢ小试反应器总体积为２．１３３Ｌ，反应区的体积为１．６８８Ｌ。反应器工艺流程如图１所示。反应器主要由厌氧反应器和回流槽组成外循环，所用材料为
收稿日期：２００８—１０－０９修订日期：２００９－０４－０３
基金项目：国家自然科学基金项目（２０７７６０５５）；教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目（Ⅱ玎０５５２）
作者简介：侯轶（１９７３一）．女，湖南津市人．博士，研究方向为工业废水的深度生物处理。广州华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，５１０６４０。Ｅｍａｉｈｅ．蛐ｏｕ＠．ｓｅｕｔ．ｅｄｕ．∞
※通信作者：胡松青（１９７２一），男，湖南双峰人，博士，副教授，研究方向为农业食品中微生物的分析。广州华南理工大学轻工与食品学院，５１０６４０。Ｅｍａｉｌ：ｆｂｓｑｂｕ《亘｝ｓ印Ｌ酣ｌＬ皿
图１ＵＡＳＢ小试试验装置图
Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｕｐ·ｆｌｏｗ
ａｎａｅｒｏｂｉｃｓｌｕｄｇｅ
ｂｉｏｒｅａｔｏｒ（ＵＡＳＢ）ａｐｐａｒａｔｕｓ
试验采用间歇式处理，进水先用工业氮充气５ｍｉｎ，驱走溶解于其中的氧，由恒流泵直接由反应器底部泵入，自下向上流经反应器，经三相分离器将水与气、泥分离后循环进入回流槽，循环水流速通过调节恒流泵的转速控制，最后由反应器排水口出水。反应器密封，每次进水控制在１．５Ｌ左右，反应器采取适当措施使温度保持在３０℃左右。
以广东省某造纸法烟草薄片生产企业废水系统厌氧活性污泥为接种污泥，经过近２个月的驯化和启动，小试反应器中己培养出成熟的厌氧颗粒污泥【６Ｊ，其性能指标和外观见表ｌ、图２。厌氧颗粒污泥生物活性较高，水力停留时间６～１０
ｈ内可将废水ＣＯＤｃ，去除８５％～９０％。
万方数据
第９期侯轶等：烟草薄片生产废水中烟碱的厌氧降解及反硝化强化２６５
表１厌氧颗粒污泥的常规理化性质
ＴａｂｌｅｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｕｒｅａｎａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌｅｓｌｕｄｇｅｓ
污泥浓度污泥体积指数含水率密度沉降速度平均粒径平均孔径／ｇ·Ｌ１／ｍＬ·ｇ－１肠／ｇ·ｃｍｌ３／Ｉｎ·ｈ１／ｕｍ／ｎｍ１５．２１２．８８８．３１．０８８２．１４８７．５６２
图２成熟厌氧颗粒污泥外观
Ｆｉｇ．２Ａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｍａｔｕｒｅａｎａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅ
１．１．２仪器和试剂
试验所用化学试剂均为市售分析纯试剂。废水性质如化学需氧量（ＣＯＤｃ，）、度和总有机碳（ＴＯＣ）通过ＤＲ，２０１０便携式水质分析仪（美国Ｈａｃｈ公司）进行测定；五日生化需氧量（ＢＯＤ５）通过ＢＯＤｒｒａｋ测试仪（美国Ｈａｃｈ公司）进行测定：ｐＨ值通过ＳｅｎｓｉｏｎｌｐＨ计（美国Ｈａｔｈ公司）进行测定；红外光谱分析通过ＦＴ－ＩＲＮＥＸＵＳＴＭ红外光谱仪（ＴｈｅｒｍｏＮｉｃｏｌｅｔ公司）进行。
１．２试验方法
废水的分析方法参照“水和废水监测分析方法”（第４版，国家环保局编著）规定和相关标准进行【７１。
烟碱的监测分析采用基于甲基橙络合显的分光光度法进行测定【８】。为消除废水中其他污染物对烟碱测定的影响，废水在萃取络合显前调节ｐＨ值进行预处理。
２结果和分析
从前期的研究结果【９】可知造纸法烟草薄片废水的水质随生产原料烟叶种类不同而波动较大，水样偏酸性，出水ｐＨ值在４．６－．一５．２之间，废水度较深（呈红棕），悬浮物浓度很高，金属离子浓度较高，易腐化变质，废水中有机污染物含量较高，ＣＯＤｃ，在３０００１００００ｍｇ／Ｌ之问，ＢＯＤｓ／ＣＯＤｃｒ基本在０．４以上，废水可生化性能较好。２．１造纸法烟草薄片废水中烟碱降解与测定
将造纸法烟草薄片生产废水经初步絮凝沉淀后进入小试反应器，选择水力停留时间为６～８ｈ，连续运行１６个周期，对厌氧颗粒污泥ＵＡＳＢ反应器进水的ＣＯＤｃｒ烟碱含量及处理后出水中的烟碱含量进行了测定，结果如图３所示。
从图３中可以看出造纸法烟草薄片生产废水中烟碱的含量随原料的不同波动较大，其波动趋势基本与ＣＯＤｃ，的波动一致，烟碱浓度一般在３００～６００ｍｇ／Ｌ范围内，而经厌氧颗粒污泥ＵＡＳＢ处理后出水中烟碱的浓度在
１２０ｍｇ／Ｌ以上，与废水总ＣＯＤｃ，去除率为８５％～９０％相比，烟碱这种物质的生物降解率相对不高。
７００
—６００
艺５００
要４００
篓３００
墨２００
１００
＋实际废水的烟碱浓度—－～厌氧ｍ水的烟碱浓度
＋实际废水的ＣＯＤｃ，
０２４６８１０１２１４１６ｌｇ
周期
，
■
昔
≮
苦
８
图３实际废水和厌氧出水中烟碱及ＣＯＤｃ，的测定
Ｆｉｇ．３ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｎｉｃｏｔｉｎｅａｎｄＣＯＤｏｉｎｉｎｆｌｕｅｎｔｓａｎｄｅｆｆｌｕｅｎｔｓ以２４ｈ为一周期进行间歇处理，记录过程中∞Ｄｃｒ和烟碱浓度的变化如图４所示。从图４可以看出，烟碱的生物降解过程与ＣＯＤｃ，的降解基本同步，在最初２ｈ内ＣＯＤｃ，和烟碱都有一个浓度迅速降低的过程，这是厌氧颗粒污泥的吸附作用所致。在随后的１０ｈ内，烟碱浓度逐渐降低，说明厌氧微生物对烟碱的降解是一个边吸附捕集、边降解的过程，但其降解速率明显小于ＣＯＤｃ，的降解速率，表明现有厌氧颗粒污泥中的微生物对烟碱没有选择敏感性，而当后期ＣＯＤｃ，降解很少时，烟碱的降解也基本停止，这表明厌氧颗粒污泥中的微生物对烟碱的降解过程可能涉及协同降解机理，对造纸法烟草薄片废水中烟碱的生物降解涉及到的可能不只是某一单一菌种，而是某一类种，因此，从工程应用的角度来说，应该以厌氧颗粒污泥为整体，通过调节外部环境来强化厌氧颗粒污泥中某一类微生物的代谢活动，从而使相应的微生物类得以富集，表现出与特定废水相对应的特异微生物落结构，达到强化废水中烟碱的生物降解的目的。
，
每
誉
≮
８
Ｕ
４５００
３０００
２４００
３０００
２５００
２０００
１５００
１０００
５００
０４８１２１６２０２４
时间／ｂ
图４一个运行周期内烟碱的降解
Ｆｉｇ．４Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｎｉｃｏｔｉｎｅｉｎｂａｔｃｈｏｐｅｒａｔｉｏｎ
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烟碱作为含氮双杂环化合物，其结构中的六元杂环具有“缺兀电子结构”，导致环上的电荷密度下降，而其五元杂环与一个苯杂环稠合的立体结构又导致空间体积位阻效应增大以及疏水性增强，这些因素综合作用将不利于氧从分子中获得电子【１０】，使得烟碱在好氧条件下的
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