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1、景德镇陶瓷学院材料学院毕业实习报告目:级:07环境工程号:200710220102学生姓名:武二磊指导老师:日 期:一、选题的目的与意义污水的处理方法可分为物理法、化学法和生物法，其中生物法一直占有重要地位， 而生物膜法则是生物法的一类重要工艺与活性污泥法相比，生物膜法具有很多优点, 比如微生物相丰富、生物链长并可存活世代周期长的微生物，污染物去除率高;一般不 需要污泥回流，不需要调整反应器内污泥量和剩余污泥排放量，易于运行管理等。生物载体是生物膜法的关键影响因素，它的性能直接影响和制约着生物膜法工艺的 处理效果。经过科研工作者的不断探索，在废水生物处理工艺发展中开发出了多种新型 载体。但是这
2、些载体在物化特性及生物附着性等方面各有其弱点，例如石英砂是广泛采 用的载体，它虽价廉易得、强度大，但由于比重大、表面孔隙少、比表面积小，对微生 物的附着能力差;活性炭粒比表面积大、孔隙多，但价格昂贵，且表面孔隙尺寸太小， 大多数微孔微生物不能利用；塑料载体质轻、坚硬，但表面光滑、孔隙小，不易挂膜;纤 维类载体则一般都存在易结块和装填困难等不足;并且大多数载体如沸石、陶粒、无烟 煤、活性炭等都不具备刺激微生物生长或提高其活性的特性。因此，有必要继续开发新 型生物载体，以进一步提高废水的处理效率。2以提高生物脱氮和污泥减量化效果为目标，进行了一种新型生物磁性载体的开发和 应用研究。该载体将水处理生
3、物膜法和催化微生物生长的技术相结合，其表面微孔发达, 同时通过磁场作用加强某些降解菌在载体表面的吸附降解作用，从而改善载体在废水中 的挂膜性能和污染物降解速度。开发具有强化微生物降解功能的生物载体是今后载体发 展的一个重要方向，对废水处理中磁致生物效应进行了一些探索。3二、课题的研究现状磁性载体，又称磁性微球或磁种是由超顺磁性纳米粒子与高分子或其它无机材料复 合形成的胶态颗粒。纳米或微米级的磁性微粒具有对外加磁场的响应性，在外磁场作用 下可以与液相基质分离，但撤去外加磁场，磁性微粒不会因被磁化而发生聚集，无磁记 忆性，可以重新分散在液相基液中，磁性微粒的这种特性被称为超顺磁性。磁性微粒的 另一
4、特点是通过功能化修饰使其表而带有不同的功能基团，通过修饰在其表面的功能化 活性基团可连接抗体、抗原、核酸及寡核昔酸等生物活性物质，因此近年来磁性微粒作 为一种磁性载体在酶固定、细胞分离与固定、靶向载药治疗及核峻的纯化与分离等生物 医学领域得到了广泛的应用。2. 1酶的固定游离酶在生物化学和生物医用化学方面的应用往往不尽如人意，而将酶固定在磁性 载体上则有诸多优势，这是因为酶固定在磁性高分子微球上后，其热稳定性和操作稳定 性都得到提高；固定化酶再生性好，使用效率高;可用于连续生产，降低生产成本;可在 外加磁场作用下快速分离适于大规模连续化操作。邱广明等在苯乙烯和甲基内烯酸轻 乙酷的共聚体系中加入
5、磁流体，制得粒径在0. 06um 1. OOum和100 lOOOum之间的 苯乙烯磁性微球，利用碳化二亚胺法固定中性白酶，发现粒径越小，固定化酶的活性越 高。HanLeilz等人还采用磁性复合微球为载体来固定木瓜蛋白酶，研究结果表明：木瓜 蛋白酶经过固定化后的pH值，热稳定性及储存稳定性均高于单体酶。而且，与单体酶 相比，固定化的木瓜蛋白酶表现出了良好的适应环境的能力。ChenDH等用碳二亚胺法将 酵母醇脱氢酶(YADH)固载于四氧化三铁磁性粒子上，固载后，微球仍具有超顺磁性，饱 和磁化率略有降低，而YADH酶的活性保留了 62%,与游离酶和比，结合酶可更好回收利 用和储存，热稳定性更高。一
6、般来说，磁性载体的性质对固定化酶的应用十分重要，它需满足一定的条件:磁 响应性要好、可与生物相容、能够提供足够大的表面积、使酶反应顺利进行、降低反应 基质和产物的分散限制、具有一定的机械强度、再使用性、带有反应性的功能基团。2. 2环境、食品微生物检测以磁性微球为基础的免疫磁性分离(IMS)技术不但广泛应用于医学、生物学的各个 领域，而且在环境和食品卫生检测方面的应用也初现端倪。免疫磁分离技术可快速将目 标微生物从样品中分离出来，如果和其它检验方法，如酶联免疫吸附分析(EL1SA)、多 聚酶链式反应(PCR)、荧光免疫分析(FIA)、电子化学发光(ECL)等相结合，可数倍地提 高分离效率和检测
7、极限。目前，磁性高分子微球的研究多限于实验室阶段和初步的应用研究，但其中仍有一 些成功应用的例子。如挪威的Dynal公司开发了一系列的商品化磁性高分子微球 Dynabeadso该公司的系列产品已经成功地应用于微生物学、免疫学、分子生物学、癌 症研究等领域，同时还在美、英、德、日、澳等国建立了分支机构。另据报道，澳大利 亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)研制成功粒径为100um的磁性离子交换树脂珠粒， 用于除去饮用水中的有机物。三、文献资料收集随着我国国民经济人民生活水平不断提高与之相关的汽车、轻工、电子等行业得以 迅速发展。新颖、先进的汽车、轻工、电子涂装工艺普遍在工业生产中被广泛采用，随
8、之产生 的涂装废水处理问题也深受社会重视。3.1汽车涂装废水的来源及特点在涂装工艺中产生的废水主要有前脱脂、酸洗和磷化表调等前处理废水、电泳涂装 废水和喷涂底、中、面漆肘的喷漆废水。各股废水的成分复杂，浓度各不相同，处理难 度大。此废水除部分水洗水从水槽连续溢流外，各工序所产生的废水或废液多为间歇排 放，各股废水混合后形成高浊度的涂装废水，废水的水量及水质在一天内变化很大，且 无规律可循，废水中污染物成份复杂，含有多种有毒物质，浓度高，可生化性差。经多 年的监测，其综合水质情况为：CODcr浓度10002500mg/L,BOD5浓度100250mg/L, SS浓度400600mg/L,石油类浓
9、度3085mg/L,磷酸盐浓度2550mg/L, pH 7.0 8.5, Zi?+浓度 5.020mg/L。63.2涂装废水的产生涂装废水主要产生在涂装前处理和电泳涂装生产过程。为保证涂装质量，需要对被 涂物进行表面预处理，以去除表面的油渍、污物、锈蚀物及其它不利于涂装的有害杂质。 为了提高漆膜的防腐性能，还要对被涂物进行磷化、钝化或阳极氧化处理等。被涂物经过 上述处理后,会附着处理液，需要用充足的水流冲洗。在对其浸泡和清洗过程中，产生了大 量含有害化学物质和重金属离子的工业废水。在电泳涂装时，被涂物需要用大量的水冲洗, 才能除掉附着在被涂物上的浮漆、沉渣和电泳漆液。在此过程产生的废水中含有酸
10、、碱、 有机溶剂、金属盐类、有机树脂、颜料、化学填料等有害化学物质。3.2汽车涂装废水的特点(1) 废水种类多、成分复杂汽车涂装线排放的废水种类很多，每-利废水质(成分、浓度)因使用的材料而异，仅脱 脂液就多种配方，涂料(任何-利涂料均由树脂、颜料、剂、添加剂等组成)种类更多。(2) 排放无规律除部分水洗水连续溢流排放外，涂装线废水废液多为间歇式集中排放。(3) 水量、水质变化大由于各种废水成分、浓度各异，且排放无规造成汽车涂装线排水水量、水质变化。四、试验方案的确定1) 由于微生物的来自于昌河的涂装废水处理厂的曝气池中的活性污泥，而本次实 验最终需要处理涂装废水，因此需要对微生物进行驯化处理
11、。驯化处理可以提高微生物 对特定废水的处理能力。2) 生物膜法工艺能否正常运行的关键在于挂膜，即生物膜的培养与形成，而生物 膜形成的关键是微生物在载体表面的固定。微生物在载体表面吸附并实现固定化是微生 物表面和载体表面之间相互作用的结果，这种相互作用过程与微生物的自身特性、载体 的理化性质和环境因素（温度、pH值、水力剪切力等）有关。微生物转移到载体表面后， 首先形成的是可逆附着，可逆附着实际上是附着与脱吸的双向动态过程，不可逆附着是 微生物在可逆附着的过程中分泌粘性代谢产物而将载体表而牢牢粘住，使得附着过程成 为不可逆，不可逆附着是微生物群落的基础。在生物膜法废水处理工艺中，常用有机物去除率
12、或氨氮去除率作为判断生物膜是否 成熟的指标性参数。而本次实验主要是以有机物去除率为判断生物膜成熟的指标参数。3）试验在10-15C的条件下，接种污泥为昌河涂装废水曝气池的污泥与模拟废水 混合均匀后的污泥，新鲜污泥的浓度为6.439/L, SV为25。将上述的污泥分别加入装无 载体、非磁载体、弱磁性载体和强磁性载体的四个反应器中，浸没载体，进行曝气。每 天曝气23小时，每两天取出200mL 清液，然后加入200mL模拟废水，继续曝气。 经观察、镜检，七天后载体表面开始出现粘性生物膜附着特征。从试验开始，连续运行 14天，每天测定进、出水的C0Dcro汽CODcr去除率稳定在70%以上时，认为载体
13、挂膜 成功。4）挂膜完成后分别向四个反应器中加入涂装废水，由于涂装废水与模拟废水组分 CODcr的都不同，其中涂装废水的CODcr 880mg/L,因此先加入涂装废水与清水的体 积比为1： 2的废水，其废水的CODcr 156mg/Lo继续每天曝气23小时，每两天取出上 清液200mL,加入200mL的涂装废水与清水的体积比为1： 1的废水。这样使微生物得到 驯化，适应涂装废水组分，提高微生物处理涂装废水的效果。5）挂膜驯化处理完成后，由于挂膜和驯化处理微生物时都是控制废水的CODcr在 300mg/L以下，因此处理的涂装废水的CODcr保持在300mg/L以下，所以分别向五个反 应器中继续加
14、入涂装废水与清水的体积比为1： 1的废水，进行废水的处理。每天曝气8 小时，每两天取出上清液200mL,再加入200mL的涂装废水与清水的体积比为1 ： 1的废 水。五、试验工艺技术的关键与难点磁性多孔陶粒既可以改变水中的一些物理参数,如渗透压、电导率、pH值、折射率 会略增大而密度、蒸发速率和黏度等会稍变小，还可以起到刺激菌群良性生长代谢的 作用，使新生的菌膜极易挂于载体表面，而衰老的菌尸体也极易脱落，显示出良好的生 物磁效能和生物活性炭功能。尽管磁性多孔陶粒对处理污水有着很好的效果，但还存在 的一些问题需要解决：1）磁性陶粒的磁性强弱对微生物的影响，可能磁性过强不但不能促进微生物的生 长，
15、还会是微生物无法正常生长甚至死亡，磁性过弱可能达不到磁性的效果可能与一般 的陶粒效果一样。磁性的强弱对微生物的处理污水时.是否有影响。因此需要做一些对比 试验来验证磁性的强弱对于微生物挂膜以及水处理的影响。2）磁性陶粒的比重问题，比重比水大很多会使陶粒完全处于水的最底层，对于污 水的处理效果以及效率都不好，因此可以制作出一种比重与水差不多大，当不曝气时陶 粒能在重力作用下沉入水底，当曝起时由于气体的浮力上升使产生的力让陶粒能悬浮于 水中，使陶粒于水体的接触增大，加强了污水的处理效果和效率。3）温度对微生物的影响很大，在处理污水时微生物对温度的影响十分的明显，汽 气温低于8C以下时，污水的处理效果很不明显。因此需要在温度在15C以上时微生物 处理污水的效果才能达到很好的效果，所以在冬季较冷的城市还需要有增温的设备。最终如何提高磁性多孔陶粒处理污水的效果，充分发挥磁性陶粒的磁性与水体、磁 性与生物体的关系，增强陶粒与微生物膜间的牢固性及发挥载体自身的特性是今后研究 尚待解决的问题。而这些问题的解决不仅有赖于制备方法的改进，而且有赖于对载体的 系统评价和载体效应的深入研究。六、主要参考文献与资料1 陆光立，赵庆祥. J .城市环境与城市生态，1998 , 112 柴诚敬，贾绍义,李宗堂，等.J .化学工业与工程,1999 ,163 胡
