关键词：明胶废水 光合细菌 沉淀 曝气 COD
Treatment of Gelatin Production Wastewater with Photosynthetic BacteriaAbstract： This article probed the feasibility of treating gelatin wastewater by photosynthetic bacteria with static experiment.It shows that the subside-hypoxic acidification-PSB-subside craft can break down gelatin wastewater COD efficiently，and decrease the residence time of wastewater.During the whole craft，the COD dropped from 2850mg/L to 89mg/L，and by this method，the COD removing rate can reach 97%，and theNH4+-N removing rate reach 92.7%.
Key words： Gelatin wastewater Photosynthetic Bacteria Subside-hypoxic COD
明胶废水主要包括选料、脱脂、浸酸、退酸、浸灰、退灰和提胶水。明胶生产废水耗水量大，约5000t每天，污染量大，具有高钙、高碱、高氯、高蛋白质的特性，治理难度大，处理费用高，目前处理方法多采用先混凝再活性污泥法处理。光合细菌(Photosynthetic Bacteria，简称PSB)是地球上最早出现的具有原始光能合成体系的原核生物，属水圈微生物的一种，能在厌氧条件下进行光合作用，且不释放氧气 。利用光合细菌处理废水的特点主要有：①可承受高有机负荷，负荷越高处理效果越好，且对部分有毒性物质有一定的适应能力；②投入少、占地面积小、动力消耗少、管理方便；③菌体可回收利用，不会造成二次污染；④不产生沼气和氧气；⑤除氨效果好，耐盐能力强；⑥不会像活性污泥那样产生污泥膨胀现象[3-4]。目前国内的相关文献仅介绍将明胶废水各工段出水单独处理，占地面积大、能耗高、成本高、处理时间长、运行管理复杂且出水仍不能达到国家一级排放标准。本试验将明胶废水各处理工段出水按废水实际出水量有机混合，利用光合细菌膜法处理该类废水，取得了很好的效果。
1 废水水质概况
废水来源：源自青海明胶股份有限公司的生产出水。
废水的各项指标：
提升井水：Ca2+浓度为2.14g/L，PH为13-14，CODCr为520mg/L
磷钙水：Cl-浓度30.4g/L，Ca2+浓度22.4g/L，PH在4-6之间，CODCr在4170mg/L提胶水：PH在6-7之间，CODCr为38040mg/L，浊度高。
2 试验材料与方法
2.1 光合细菌(PSB)菌种来源及培养基
菌种来源：郑州光合生物科技有限公司菌肥制品有限公司生产的光合细菌液体肥。 培养基：红螺菌科培养基对细菌进行扩大培养
2.2主要测试仪器
CODCr：标准重铬酸钾法测定
BOD5：采用美国哈希公司BOD5TrakTM测定仪
pH值：美国哈希公司Sengsion1型便携式酸度计测定
氨氮含量：龙尼科(上海)仪器有限公司WFZ UV-2100型紫外可见分光光度计测定
细菌计数：血球计数板法计数法
2.3工艺流程 如图1
3 试验内容
3.1 各工段废水的混凝沉淀研究
在目前国内相关文献中，均将明胶废水各工段出水进行单独处理，处理的成本高、占地面积大，不易管理且COD仍不能达到国家排放标准。本实验将提升井水、磷钙水和提胶水按公司实际日排水量(以约10：2：1比例)混合，混合后出现大量白色絮体，且沉降速度快，出水浊度低，见表1.
经混凝沉淀后废水CODCr、Ca2+、Cl-浓度与理论混合(CODCr为3968mg/L，Ca2+浓度为5.1g/L)后废水各项指标相比，均有明显降低。这是由于混合后大量的Ca2+可以和大量的氨基酸和少量碳水化合物形成螯合物，同时，磷钙水中大量的H2PO41-由于混合水样中较多的OH-而失去一个H+变成HPO42-或继续失去一个H+变成PO43-，HPO42-和PO43-均能和Ca2+形成磷酸盐沉淀(CaHPO4絮体较大)，同时，在提升井水中本身也存在Ca(OH)2沉淀及其他絮体，这些沉淀、絮体相互结合形成大的絮体，便出现了上述沉降速度快、沉降后浊度低等现象。从混合前后废水中COD和Ca2+浓度对比也可以看出试验中有上述物化反应存在。
3.2 酸化前的预处理
通过试验检测出混合后废水中S2-的含量为8.01g/L，若直接进入酸化及PSB处理，无论在酸性还是碱性条件下，硫化物都会对光合细菌产生毒害作用，从而降低细菌处理废水的能力。因此，在废水酸化前，进行较高量的曝气处理，使大部分S2-氧化亚硫酸根或硫酸根。然后进行厌氧酸化处理，从而减少其对光合细菌的毒害作用。
3.3 废水在PSB阶段的工艺探讨
将提升井水、磷钙水和提胶水三工艺段混合后的废水COD仍较高，且Cl-含量高达3.96g/L，若利用普通的生物处理法，大部分微生物都会由于高Cl-浓度而死亡，普通微生物的耐Cl-浓度均在3000mg/L以下，因此，试验选择具有耐盐能力的光合细菌处理该类明胶废水。
3.3.1 PSB段对反应器曝气时间的确定
将经混合沉淀、曝气、厌氧酸化处理的明胶废水转入光合细菌反应器中进行不同时间梯度的曝气处理，见表2.以多孔球型悬浮填料作为挂膜填料以保证光合细菌的浓度[6-7]，控制进水PH值为微碱性，温度为25℃，采用白天自然光照曝气，夜间光照厌氧处理方式，控制光照强度为2500Lx，以24小时为一个出水周期。研究不同时间的曝气处理对光合细菌处理明胶废水的影响。
约12天后，反应器中膜趋于稳定，填料上附着一层黄褐色絮状物，手感滑腻，扰动时不易脱落，细菌便具备一定的处理能力，此时，取各反应器出水进行CODCr测定，实验结果见表3.
从表2的数据可以看出，对明胶废水曝气的时间越长越有利于COD的去除。当对废水进行2、4、6小时曝气处理时，各反应器都出现了不同程度的“黑臭"现象，曝气6小时的反应器在重新曝气后能逐步恢复，慢慢出现红褐色，2、4小时的反应器均不能恢复原来的现象，24小时微好氧曝气的反应器效果最佳，废水COD去除率最高。反应器中出现“黑臭"现象说明废水中含有硫酸根，在反硫化细菌的作用下将硫酸根还原为H2S或硫化物。因此，较长时间的曝气处理更有利于明胶废水COD的降低。
3.3.2 废水在PSB段停留时间的确定
本工艺废水停留时间最长的是在PSB段，因此，尽可能减小废水在PSB段的停留时间至关重要。试验取6小时、24小时微好氧曝气处理的反应器废水间断检测CODCr随时间变化的情况，见图2.
从图2可以看出：利用光合细菌处理明胶废水，COD变化主要发生在前24小时，在24小时以后废水COD随时间变化的趋势不明显。由此可以确定光合细菌处理该类明胶废水时，废水在PSB段的停留时间可以控制在24小时，以便处理更大量的废水。同时，从图中曲线的走向也可以看出：对废水进行24小时微好氧曝气，废水COD下降要明显高于6小时曝气的反应器。
3.3.3 废水在PSB段氨氮含量的变化
由于明胶废水中含有大量的蛋白质，因此NH4+-N含量比较高，本实验探讨了PSB段NH4+-N含量的变化。利用分光光度法检测48小时微好氧曝气反应器中NH4+-N含量的变化情况，结果如图3.从图3结果可以看出，经过PSB处理阶段后，废水中NH4+-N的含量降低至10mg/L以下，说明光合细菌能高效去除废水中氨态氮，这是因为通过酸化水解处理后，几乎所有的蛋白质都在酸化菌的作用下水解成为小分子的氨基酸，光合细菌在适宜的条件下便能够高效地吸收并降解废水中的氨基酸，同时，在微好氧条件下，硝化细菌会将废水中部分NH4+-N转化为NO3--N，从而降低废水中氨态氮含量。同时，从曲线中还可以看出，细菌在微好氧初期(0—25小时)时对氨态氮的降解效率最高。
3.4 废水的后处理工艺
利用光合细菌处理高浓度明胶废水时有机物的降解效率很高，但出BOD、COD还不能达到标准，需进一步处理。后续处理方法主要包括生物法(小球藻或绿藻处理，活性污泥法或好氧生物膜法处理[9，10])和化学混凝法。本实验PSB出水的氯离子浓度仍在3000mg/L以上，利用生物法处理难度非常大，同时，试验出水由一定浊度，因此，试验采用化学混凝法进行后续处理，向PSB出水投加一定比例的聚合氯化铝，废水的浊度和COD都有很高的去除率。浊度达到1.6，COD值见表4.
