黄儒霞，兰善红，曾威龙，廖乐乐，苏淑茵，赵敏怡

(东莞理工学院 生态环境与建筑工程学院，广东 东莞 523000)

目前，我国造纸企业每生产1 t纸产品，就会产生20～40 t的废水。随着水资源短缺，生态环境污染日益严重，如何达到造纸废水的“零排放”成为工业废水处理的头等难题。本课题旨在通过模拟实验研究，依据造纸废水污染特性，研发出专用于造纸废水处理的复合微生物菌剂，从时间、投加菌量、温度和pH值等4个方面验证其处理效果并初步探索其作用机理。将复合微生物菌剂用于二级处理系统，提高了废水的净化效果，降低后续深度处理成本。

1 材料与方法

1.1 微生物菌剂

呈黄褐色固体粉末状，由分离培养的光合细菌、酵母菌和硝化细菌等固化而成。由课题组提供。

1.2 水质参数

实验废水取自东莞泰昌纸业有限公司产生的制浆废水，该废水经筛网、初沉池、调节池和厌氧池处理。其水质：CODCr为700～900 mg/L，BOD5为115～200 mg/L，SS质量浓度为100～180 mg/L，pH值为7.2，氨氮质量浓度为44～48 mg/L，TP质量浓度为0.3～0.5 mg/L。

1.3 实验方法

1.3.1 复合微生物菌剂的激活

向50 L的塑料桶里加入10 L蒸馏水，称取100 g微生物菌剂，加入塑料桶中与水混匀，在室温下持续曝气4～6 h，其中菌剂和蒸馏水的质量比为1/100。

1.3.2 不同反应时间对废水处理效果的影响实验

取10 L造纸废水，并添加1 g已激活的复合微生物菌剂，对水样进行持续性曝气，每隔1 d取样测试指标。做三个平行，结果取平均值。

1.3.3 投加菌量对废水处理效果的影响实验

分别取造纸废水10 L，投加菌剂0、0.2、0.4、0.6、0.8、1 g(质量浓度分别为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 g/L)，以空白，K-1,K-2,K-3,K-4,K-5表示，相同条件下持续曝气，每隔1 d取样测试指标，每组实验做两个平行样，结果取平均值。

1.3.4 温度和pH值对废水处理效果的影响实验

在以上基础运用控制变量法分别确定温度和pH值单变量对该菌剂处理造纸废水的影响，每组实验做两个平行样，结果取平均值。

1.4 检测方法

CODCr采用微波消解法测定；氨氮采用纳氏试剂分光光度法。

2 结果与分析

2.1 不同反应时间对废水处理效果的影响

取10 L造纸废水，添加1 g已激活的复合微生物菌剂，对水样进行持续性曝气，每隔1 d取样测试指标，结果见图1和图2所示。

从图1和图2可以看出,CODCr、氨氮浓度都随着反应时间的增加而降低，水样初始CODCr浓度为790.4 mg/L，开始时CODCr浓度变化幅度较小，第四天降解速度突然加快，降到最低的205.4 mg/L，此时CODCr的去除率达到最大的74%，第五天后，CODCr浓度趋于稳定，稍微还有升高。由于造纸废水成分较为复杂，微生物需要一定的时间去适应，所以开始阶段CODCr的降解速度特别慢，经过一段时间的适应后，微生物迅速增殖，利用废水中的有机物新陈代谢，消耗有机物，CODCr快速降低。虽然未能达到《制浆造纸工业水污染物排放标准(GB3544-2016)》规定的排放标准限值150 mg/L，但后续再进行混凝沉淀即可达标排放。初始氨氮浓度为47.78 mg/L，随着反应时间逐渐降低，在第四天后降到最低的8.72 mg/L，去除率达到81%，低于GB3544-2016 规定的排放标准限值10 mg/L，无需后续深度处理即可达标排放。综合考虑时间、经济成本，反应时间应选为84～96 h。

图1 反应时间对CODCr降解效果的影响Fig.1 Effect of reaction time on the degradation effect of CODCr

图2 反应时间对氨氮降解效果的影响Fig.2 Effect of reaction time on the degradation of ammonia nitrogen

2.2 投加菌量对废水处理效果的影响

实验结果见图3。从图3可以看出，当复合微生物菌剂的投加量较少时，废水CODCr的去除效果随着菌剂投加量的增加而提高，此时废水中的有机物质含量较高，投加的微生物量少，微生物可充分利用基质进行新陈代谢，消耗废水中的有机物。当投放量增加到一定量时，废水中微生物增多，微生物缺乏营养物质而死亡，会直接导致废水中有机物浓度升高，降低了对废水的处理效果。原液的CODCr浓度为783.4 mg/L，氨氮浓度为45.69 mg/L。反应时间为96 h时，废水的CODCr、氨氮的去除率最高。

图3 不同复合微生物菌剂投加量对废水CODCr的去除效果Fig.3 The removal efficiency of CODCr in wastewater with different compound microbicides

取96 h时的数据进行分析如图4、图5所示，当复合微生物菌剂的投加量为0.8 g/L时，去除率达到最佳。综合考虑，10 L造纸废水的最佳处理组合是96 h，投加0.8 g菌种。

图4 反应96 h后菌剂不同投加量对废水的CODCr去除效果Fig.4 The effect of different dosage of the bacteria after 96 h on CODCr removal of wastewater

图5 反应96 h后菌剂不同投加量对废水的氨氮去除效果Fig.5 The effect of different dosage of bacteria on ammonia nitrogen removal in wastewater after 96h reaction

2.3 温度对废水处理效果的影响

图6 反应96 h后不同温度对废水的CODCr去除效果Fig.6 The effect of different temperature on CODCr removal of wastewater after 96h reaction

温度与废水处理效果的关系见图6和图7。温度为15℃时，CODCr的去除率为70%，当温度为25℃时，CODCr的去除率达到最高的75%。随后又随着温度的升高去除率下降，温度达到35℃时，去除率下降到68%。图7反映出温度在15～35℃时，氨氮的去除效果随着温度的升高而提高，但是并不能表明温度越高越好。限于实验条件，我们没有再深入的探讨最适的氨氮去除温度，希望我们的数据能为后续研究者提供参考。

图7 反应96 h后不同温度对废水的氨氮去除效果Fig.7 The effect of different temperature on ammonia removal of wastewater after 96h reaction

2.4 pH值对废水处理效果的影响

对于微生物，水体中的pH值直接影响到微生物的代谢过程，如酶促反应、细胞通透性、对营养物质的吸收等均需要合适的pH值。想要得到废水最佳的去除效果，必须要探究最适宜的pH值。实验结果如图8、图9。

图8 反应96 h后不同pH值对废水的CODCr去除效果Fig.8 The effect of different pH values on CODCr removal of wastewater after 96 h reaction

可以看到：pH值为8时，CODCr、氨氮都达到了最大的去除率，分别为75%、83%。其中，pH值为7～8时，对CODCr的降解影响较小，去除率幅度在71%～75%之间。氨氮的去除对pH值较敏感，当pH值为5时，氨氮的去除率仅为30%，远低于pH值为8时最高的83%。pH值为7～8时，对氨氮的降解几乎没什么影响。故最适宜的pH值为7～8。原液的pH值为7.2左右，考虑到综合成本因素，在实际处理造纸废水时，无需再调节其pH值。

图9 反应96 h后不同pH值对废水的氨氮去除效果Fig.9 The effect of different pH values on ammonia removal of wastewater after 96 h reaction

3 结论

该菌剂的最佳降解条件为：25 ℃时，pH值为7～8条件下，用量0.8 g/L,持续曝气96 h。在最优条件下，该复合微生物菌剂对CODCr、氨氮的去除率分别达到75%、83%。该菌剂投加量对废水处理效果的影响较明显，特别是对氨氮的降解效果；但它对于温度和pH值的适用范围较宽。总之，对造纸废水的降解效果显著，且在自然条件下处理效果也不错，具有较高的经济适用价值。