目前，世界各国都面临着水污染严重、水资源短缺的现实问题。中国是全球水资源最为缺少的13个国家之一，水资源短缺已成为制约我国可持续发展的一个重要因素〔1〕。洗浴废水约占城市生活污水的30%，是一种可回收再利用的优质中水水源，将其处理后回用，将会缓解我国目前用水紧张的问题。因此，对洗浴废水的处理回用是一项具有现实意义的工作。
众多学者针对洗浴废水的处理方法进行了大量的研究工作，并取得了一定的研究成果。所涉及的处理方法包括混凝、吸附、高级氧化和生物法〔2－4〕。本研究通过纯种分离获得LAS优势降解菌，并以活性炭纤维为载体挂膜形成强化吸附性生物膜用于洗浴废水的处理，通过动态实验确定了其最佳运行参数。该项研究可为洗浴废水处理工艺的设计提供有益的借鉴。
1 LAS优势降解菌的筛选及菌种鉴定
1.1 实验条件及测试方法
1.1.1 实验条件
本实验采用的富集培养基成分：酵母膏1.2 g，MgSO4·7H2O 0.14 g，FeSO4·7H2O 0.000 5 g，K2HPO4 0.33 g，KCl 0.06 g，LAS 5 mg，蒸馏水1 000 mL，pH 7.0。0.1 MPa下灭菌30 min〔5〕。
考虑不同批次活性炭颗粒性能的差异，本研究采用深圳慧聪净化厂生产的实验用CF-Z黏胶基活性炭纤维毡代替活性炭颗粒，其中所含活性炭>130 g/m2，规格为1 m×1 m×5 mm，比表面积为1 500 m2/g。使用前用蒸馏水洗涤3次，然后煮沸1 h，再用蒸馏水洗涤3次，最后在120 ℃下烘焙48 h，备用。
为保证实验的重现性和实验结果的可比性，本实验所用水样为模拟实际洗浴废水水质自行配制，其水质：LAS（阴离子表面活性剂）为5 mg/L，CODCr为300 mg/L，NH3-N为20 mg/L。
1.1.2 主要测试方法
LAS采用亚甲蓝分光光度计法测定；COD采用COD快速消解测定仪直接测定；NH3-N采用钠氏试剂法测定；pH采用pH计测定；微生物的生长量用比浊法测定，用OD值表示。
1.2 LAS优势降解菌的筛选及鉴定
1.2.1 LAS优势降解菌的筛选
实验菌种取自辽宁省阜新市清源污水处理厂二沉池污泥。将新取回的污泥静置12 h后，取10 g放入装有90 mL无菌水的三角烧瓶中，在30 ℃条件下，以200 r/min在摇床上振荡30 min，形成均匀的菌悬液。用已灭菌的移液管各移取菌悬液5 mL，分别加入到3个盛有200 mL已灭菌富集培养基的250 mL三角烧瓶中，塞好棉塞后，在30 ℃、150 r/min的摇床上连续振荡培养5 d。观察发现：澄清的培养基逐渐变浑浊并有颗粒物出现，在三角烧瓶液面处有乳白色黏稠物生成。通过测定3个平行样品中的LAS浓度，发现3个平行样品中的LAS均有部分降解，从而确定菌悬液中已有LAS降解菌存在。
1.2.2 LAS优势降解菌的富集
为了进一步提高菌悬液中LAS降解菌的数量与活性，采用重复传种的定向培养方法多次移种传代，以此得到既能够降解LAS，又对LAS有良好耐性的优势菌株。具体实验操作：取经过前代筛选出的菌悬液5 mL，分别加入到3个盛有200 mL已灭菌富集培养基的250 mL三角烧瓶中，其中LAS质量浓度为5 mg/L。塞好棉塞后，在30 ℃、150 r/min的摇床上连续振荡培养5 d，经过3次传代接种，3个平行样中LAS的去除率分别为82.2%、85.0%和85.6%，据此认为LAS优势降解菌的富集完成。
为了同步考察LAS优势降解菌对水样中COD和NH3-N的降解能力，将富集得到的LAS优势降解菌接种于LAS、COD和NH3-N分别为5、300、20 mg/L的水样中。按前述的方法，自接种后每隔24 h测定一次LAS、COD、NH3-N浓度，结果表明，水样中的COD、LAS在反应初期下降趋势明显，随着时间的延长，其下降趋势逐渐变缓；而在反应过程中NH3-N浓度不降反升。同时发现，LAS浓度在4 d后基本达到稳定，因此在后续实验中，取经过4 d培养的菌悬液进行实验。
1.2.3 LAS优势降解菌的鉴定
通过对LAS优势降解菌菌株的实验鉴定发现：（1）LAS优势降解菌属革兰氏阴性菌（G-），并呈短杆状；（2）呈硝酸盐还原阳性菌；（3）呈甲基红阴性，可以将产生的酸性物质转化为中性；（4）呈过氧化氢阳性，能够产生过氧化氢酶；（5）经需氧性实验测定其为好氧菌〔6, 7〕。
2 强化吸附性生物膜处理洗浴废水的动态实验研究
生物活性炭纤维（BACF）是近年发展起来的新技术，它是以活性炭纤维作为载体，人为地将工程菌吸附在其表面形成生物膜，利用工程菌的生物降解和活性炭纤维吸附的协同作用去除水中的污染物，以此来提高对污水的处理效果，同时还可延长ACF的饱和周期〔8〕。
2.1 动态实验装置设计
动态实验装置如图 1所示。
图 1 动态实验装置示意
动态实验装置为自制的40 cm×30 cm×40 cm的玻璃容器，用隔板平均分为3格作为3个独立的反应器，即：反应器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。反应器Ⅰ、Ⅲ用作生物活性炭纤维反应器（BACF），反应器Ⅱ用作活性炭纤维反应器（ACF）。在各反应器中装填活性炭纤维，活性炭纤维的填充量为总容积的40%，有效容积约6 L。反应器Ⅱ直接用作活性炭纤维吸附床，反应器Ⅰ采用活性污泥直接挂膜，反应器Ⅲ采用LAS优势降解菌菌悬液挂膜。实验过程中，利用高位水箱自反应器的一端进水，在进水管路中设置控制阀，调节进水量；另一端靠近底部设置取样口。利用充氧机在生物反应器Ⅰ、Ⅲ的进水端进行曝气。为考察不同工艺对洗浴废水的处理效果，在相同的进水条件下，对3个反应器的处理效果进行对比实验。
2.2 动态实验过程及结果分析
2.2.1 生物活性炭反应器挂膜法
在动态实验装置安装完成后，量取备用的活性污泥样品2 L（经测定活性污泥的MLSS为21.74 g/L），将其倒入反应器Ⅰ内，然后加入洗浴废水直至恰能浸没活性炭纤维载体材料；之后利用供氧机对反应器Ⅰ进行供氧，静置曝气48 h后，排空反应器中的污水。按上述步骤重复操作2次，经过6 d的反复操作以后，开始以1.5 L/h的流量连续通入洗浴废水，同时在反应器Ⅰ进水口处持续曝气〔9, 10〕。
取LAS优势降解菌菌悬液（OD=0.4）2 L加入到反应器Ⅲ内，采用上述相同的方法对反应器Ⅲ进行挂膜。
挂膜在常温（20～25 ℃）条件下进行，经过6 d的反复闷曝、排空后，肉眼可见反应器Ⅰ的曝气口端有淡黄的胶质黏性物质产生；反应器Ⅲ的曝气口则呈现乳白色的膜状物质，且较反应器Ⅰ中形成的生物膜厚度略薄。自洗浴废水流入后，随着时间的延长，反应器Ⅰ、Ⅲ生物膜不断地向外围扩散。
2.2.2 动态反应条件
在反应器Ⅰ、Ⅲ挂膜完成后，为对比3个反应器对洗浴废水的处理效果，同时对3个反应器进行动态实验研究。为增强实验结果的可比性，反应器Ⅰ、Ⅲ采用相同的反应条件，即：进水流量为1.5 L/h，HRT为4 h，曝气量为1.5 mg/L；而反应器Ⅱ的进水流量为3 L/h，HRT为2 h（前期实验研究表明：HRT 为30 min时，活性炭纤维即可达到吸附平衡），目的是为了避免由于水力停留时间过长在活性炭纤维上产生自然挂膜现象而失去比较意义。
2.2.3 实验结果分析
动态运行阶段，每隔2 h分别对3个反应器出水中的LAS、COD、NH3-N监测一次，在此基础上，计算各工艺对洗浴废水中LAS、COD、NH3-N的去除率。
3种工艺对洗浴废水中LAS的去除效果见图 2。
图 2 3种工艺对洗浴废水中LAS的去除效果
从图 2可以看出，反应器Ⅰ连续运行14 d后对LAS的去除率才趋于稳定，稳定后的LAS去除率约为79.51%；反应器Ⅲ连续运行10 d后即对LAS的去除率趋于稳定，稳定后的LAS去除率约为87.14%；而反应器Ⅱ在运行初始阶段对LAS表现出良好的吸附性，但随着处理时间的延长，其对LAS的去除率日渐降低，实验观测期间平均LAS去除率仅为66.67%。
分析其原因主要是：反应器Ⅰ采用普通活性污泥挂膜，由于普通活性污泥中菌种复杂多样，可能引发了除LAS降解菌以外的其他菌体大量繁殖，从而影响了其对LAS的降解性能。而反应器Ⅲ采用LAS优势降解菌菌悬液进行挂膜，其对洗浴废水的适应能力较强，所以在较短的时间内就能达到稳定，进入稳定期后在活性炭纤维和生物膜的协同作用下，对LAS的去除率相对较高。反应器Ⅱ由于活性炭纤维的吸附容量有限，虽然在初始阶段表现出良好的吸附性，但随着对有机物吸附量的增大，多数吸附位被占用，影响了吸附的持久性，因此随着时间的增长，吸附能力逐渐下降。
3种工艺对洗浴废水中COD的去除效果见图 3。
图 3 3种工艺对洗浴废水中COD的去除效果
从图 3可以看出，反应器Ⅰ连续运行12 d后对COD的去除率趋于稳定，稳定后的COD去除率约为81.67%；反应器Ⅲ连续运行13 d后对COD的去除率趋于稳定，稳定后的COD去除率约为85.87%；而反应器Ⅱ在运行初始阶段对COD表现出良好的吸附性，但随着处理时间的延长，其对COD的去除率日渐降低，COD去除率最高可达73.67%。
分析其原因主要是：反应器Ⅰ在运行初期由于微生物刚刚附着于活性炭纤维表面，营养匮乏，生长较为缓慢，同时微生物的附着又占据了活性炭纤维的有效吸附位，因此在初始阶段其对COD的去除率相对较低；随着处理时间的延长，活性炭纤维不断使污水中的营养物质聚集在表面上，异养菌大量繁殖，COD去除率显著增加；达到稳定运行后，污泥中的杂质和菌种的代谢产物在挂膜期间占据了活性炭纤维上一定量的吸附位，致使出水COD相对较高。反应器Ⅲ由于菌种相对单一，其适应能力较弱，达到稳定运行的时间相对较长；但达到稳定运行后，活性炭纤维的吸附中心不会被大量占用，因此废水处理阶段反应器Ⅲ的吸附能力与微生物降解作用的协同效果明显，出水效果更佳。反应器Ⅱ单纯依靠活性炭纤维的吸附作用，对洗浴废水中COD的去除在运行初期比较稳定；随着运行时间的延长，其对COD的去除率逐渐下降，连续运行18 d后达到吸附平衡，测试期间平均COD去除率为59.94%。
3种工艺对洗浴废水中NH3-N的去除效果如图 4所示。
图 4 3种工艺对洗浴废水中NH3-N的去除效果
从图 4可以看出，反应器Ⅰ对NH3-N的去除相对较好，达到稳定去除NH3-N用时15 d，稳定后的平均NH3-N去除率为78.63%；反应器Ⅱ对NH3-N的去除率从运行初期就一直比较稳定，但NH3-N去除率仅为42.18%；反应器Ⅲ在启动初期NH3-N去除率较低，仅为12.90%，启动12 d后，NH3-N去除率开始迅速增加，直到第17天后，NH3-N去除率接近稳定，稳定后的平均NH3-N去除率为74.89%。
分析其原因主要是：NH3-N的去除依赖于生物膜中硝化菌的数量和活性，在反应初期，环境中有机物含量高，造成异养菌优势生长，对硝化菌的生长产生抑制作用，因此运行初期氨氮的去除效果较差，消耗的氮素营养仅用于异养菌的同化作用。随着对有机物去除的稳定，异养菌对硝化细菌的抑制减弱，大量的硝化细菌附着在载体上开始生长繁殖，氨氮去除率增大。活性污泥挂膜对NH3-N的处理效果之所以好于菌悬液挂膜，是由于接种用活性污泥中原本含有硝化细菌，挂膜初期被直接截留并附着于载体表面生长繁殖，待生物膜生长稳定后，在生物膜中硝化细菌所占的比例较高，因此其对氨氮的去除效果相对较好。。
3 结论
通过对微生物样品的富集培养、纯种分离获得LAS优势降解菌，并对其进行了菌种鉴定。在此基础上，通过设计动态实验，对3种工艺处理洗浴废水的效果进行了对比实验研究。得出的结论如下：
（1）对LAS优势降解菌菌种的鉴定结果表明， LAS优势降解菌属革兰氏阴性菌（G-），并呈短杆状；为硝酸盐还原阳性菌；呈甲基红阴性，可以将产生的酸性物质转化为中性；呈过氧化氢阳性，能够产生过氧化氢酶；经需氧性实验测定其为好氧菌。
（2）通过动态对比实验研究发现，在反应器Ⅰ、Ⅲ进水流量为1.5 L/h，HRT为4 h，曝气量为1.5 mg/L；反应器Ⅱ进水流量为3 L/h，HRT为 2 h的实验条件下，反应器Ⅲ对洗浴废水中LAS和COD的去除效果均好于反应器Ⅰ、Ⅱ，达到稳定运行后其去除率分别为87.14%和85.87%；对洗浴废水中NH3-N的去除效果，反应器Ⅰ好于反应器Ⅱ、Ⅲ，达到稳定运行后，其去除率为78.63%。
（3）在进水流量为1.5 L/h，HRT为4 h，曝气量为1.5 mg/L的动态实验条件下，采用LAS优势降解菌菌悬液挂膜形成的强化吸附性生物膜处理洗浴废水，LAS、COD和NH3-N去除率可分别达到87.14%、85.87%和74.89%。
