张越锋1，2，吕玲玲2，骆俊乐1，吴瑛1，2

（1．塔里木大学南疆化工重点实验室，新疆阿拉尔843300；2．新疆兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地，新疆阿拉尔843300）

 摘要：将分离自新疆某棉浆厂生物水处理系统中的嗜碱细菌与高性能材料活性炭纤维结合制成生物活性炭纤维( BACF)水处理系统，对棉浆黑液进行了处理。通过不断增加棉浆黑液的污染物浓度的方法，考察了该水处理系统的处理能力，研究表明，该系统可以有效降低棉浆黑液的COD c r、悬浮物(SS)、碱度(pH)，经过不同时间处理均可使不同初始污染浓度的棉浆黑液达到印染废水排放标准。

 关键词：生物活性炭纤维；污水处理；活性微生物

 中图分类号：S562 文章编号：0253 -4320(2016)04 -0141 -03

 DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 04. 034

 棉浆粕是一种高纯度纤维素，广泛应用于造纸、医药、航天等领域，具有重要的经济价值。然而，目前棉浆粕生产工艺几乎全部采用的是碱性蒸煮工艺，该工艺过程会产生大量破性棉浆黑液，黑液中含有大量有机污染物和悬浮物（木质素、纤维素、半纤维素及其在高温、强碱条件下的分解产物等），具有色度高、碱性高、污染负荷大、难降解等特点，随着水资源的日益匮乏和环保要求的不断增强，棉浆黑液的深度处理便成为人们普遍关注问题之一。目前对棉浆废水的处理多采用多种方法的耦合工艺，如生物一接触氧化法、生化一物化组合工艺、催化一电化学反应器处理法、日光辐照H2O2-草酸铁氧化法等，然而上述工艺仍然具有一定的局限，一是很难实现对棉浆污水的深度处理，二是资金投入大很难实现市场化。本研究将棉浆厂水处理系统中的微生物进行了分离、纤维素分解能力筛选和驯化等过程，然后与吸附性和生物相容性均优越的活性炭纤维丝相结合，制成生物活性炭纤维( BACF)水处理装置，对棉浆废水进行深度处理研究，该工艺可以有效地解决微生物针对性不强、污泥老化和污泥膨胀等问题，具有绿色、效率高以及投资省的特点。

1实验材料

1.1材料

 棉浆废水（取自新疆某棉浆厂）水质如下：色度（倍）为32 768；COD c r=16 666 mg/L；pH=12。活性炭纤维（SY-ACF-1003C，购自南通森友炭纤维有限公司）。纤维素分解菌株（分离自新疆某棉浆厂污水处理系统）信息如表1。

1.2主要仪器

 SHB-Ⅲ循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限公司；SB -648曝气泵，中山市松宝电器有限公司；BT100-2J型蠕动泵，保定兰格恒流泵有限公司；PHS-3C精密pH计，上海虹益仪表有限公司；KBM-A数显恒温磁力搅拌电热套，金坛市医疗仪器厂。

2实验方法

2.1实验装置及流程

 按照30 cm x30 cm×100 cm的规格制作一透明容器，容器设有曝气装置、进口阀、出口阀、流量计等装置，容器有效容积为76 cm×30 cm×30 cm=68.4 L。将活性炭纤维丝（SY -ACF -1003C）用丙酮回流活化后束状固定于纤维带上，并置于容器中。实验开始后通过循环挂膜法将微生物附着到活性炭纤维表面制备出BACF水处理装置。装置示意图如图1所示。

2.2实验方法

 从新疆某棉浆厂的生物水处理系统中分离得到具有分解纤维素放线菌12株、细菌12株，从中选取了分解纤维素效果良好的5株细菌作为本实验的活性菌株，通过液体培养获得菌株浓度为9. 375×107个/L的种子液。将棉浆废水经过沉降后，与自来水按一定比例配制成一定COD浓度的稀释液引入到BACF水处理装置中，同时按COD:N：P（葡萄糖：氯化铵：磷酸二氢钠）= 100:5：1的质量比补充营养物质，另加入少量(0.1～0.5g/L)硫酸镁、氯化铁、氯化钙等无机盐，最后将5株细菌种子液加入到驯化好活性污泥的棉浆废水中。

 实验条件：微生物接种体积分数为0. 2%，温度25℃，曝气量为0.4 11(L-h)，不同处理时间，通过考察活性炭纤维丝的生物相容性以及不同处理时间下的污染物指标——化学需氧量( COD c r)、pH、固体悬浮物( SS)来评价本水处理系统对棉浆黑液的处理效果。

 水质污染指标测定方法：化学需氧量COD c r，重铬酸盐法GB/T 11914-1989；固体悬浮物，重量法GB/T 11901-1989；pH，酸度计。

3结果与分析

3.1  活性炭纤维丝的生物相容性

 通过显微镜观察活性炭纤维丝表面的微生物附着程度可知活性炭纤维丝具有很好的生物相容性，且微生物附着量较大，可见经过选育、驯化过的纤维素分解菌可以很好地适应污染物主要为纤维素、木质素的棉浆黑液环境，且与活性炭纤维丝结合良好。如图2所示。

3.2 BACF系统对棉浆黑液COD c r处理效果

 如图3所示，当初始COD c r值为212 mg/L时，经过13 d的处理降低至25 mg/L，去除率为88. 2%；当初始COD c r值为429 mg/L，经过17 d的处理降至117 mg/L，去除率为72.7%；当初始COD c r升至2 055 mg/L时，经过29 d的处理仍可以降至193 mg/L，去除率达90. 6%。可见采用该BACF水处理系统可以显著降低棉浆废水的COD c r值，对棉浆废水的深度处理具有良好效果，出水水质均达到了印染废水化学需氧量COD c r值的排放标准(COD c r<200 mg/L)，但也可以看出随着初始COD c r的增加，处理时间也不断增加。

3.3 BACF系统对棉浆黑液SS处理效果

 如图4所示，初始固体悬浮物SS值为15 mg/L时，经过13 d的处理降低至2 mg/L，去除率为86.7%；当初始SS值为32 mg/L时，经过17 d处理降低至15 mg/L，去除率为53%；当初始SS值为130 mg/L时，经过29 d的处降低至24 mg/L，去除率为81.5%；可见BACF系统在显著降低棉浆废水的COD值的同时，可以显著降低棉浆废水中固体悬浮物，出水水质均达到了印染废水固体悬浮物SS值的排放标准( SS <70 mg/L)。

3.4 BACF系统对棉浆黑液pH的处理效果

 如图5所示，当初始pH为7.73，经过13 d的处理后pH降低至7.02；当初始pH为8.66，经过17 d的处理后pH降低至7.82;当初始pH为9.32，经过29 d的处理后pH降低至7.18。可见采用BACF水处理系统在显著降低棉浆废水的COD值和固体悬浮物SS值的同时，也降低了整体的棉浆废水pH，且均达到了印染废水pH的排放标准（pH在6~9）。其原因可能是引入的嗜碱细菌在分解纤维素等污染物的同时代谢酸性物质而引起的。

4结论

 采用BACF系统对棉浆黑液进行深度处理具有良好的效果，通过不断增加棉浆黑液污染物浓度的方法考察了BACF系统的稳定性和抗污能力，结果表明，该系统具有较好的抗污能力，出水水质均可达到印染废水排放标准，且系统运行稳定。

 实验结果显示，活性碳纤维具有良好的生物相容性，为微生物的大量繁殖和生长提供了巨大的栖息表面积，避免了传统生物法存在的处理污泥老化、污泥膨胀等缺陷。

 在本实验中所选用的经过5种嗜碱纤维素分解细菌具有良好的分解污染物能力，且对碱性物质具有良好的代谢能力，在本实验系统中起到关键的作用。