微生物法处理苯胺工业废水

本文采用一种新的复合菌种(台湾产)处理苯胺工业废水。该复合菌是特选超级微生物菌群，它摄取并分解有机物，与传统的活性污泥法相比，其污泥量小，运行费用低。
目前我国采用硝基苯气相催化加氢工艺生产苯胺比传统的铁还原法产生的污染要少得多，生产中伴随产生的污水虽然水量不大，但由于苯胺在常温下与水的互溶性较大，而苯胺又极易氧化变红，造成苯胺工厂排出的工业废水产生一定程度的污染。同时苯胺的污染也是制约苯胺工业发展的一个重要因素。
国内采用的治理苯胺污水的方法有物理法、化学法、生化法等。如过去研究采用大孔树脂吸附处理苯胺废水的工芤路线虽然小试取得较好效果，但中试结果表明，虽苯胺去除率可达98%以上，但COD尚不达标，运行费用也较高。本文通过引用一种新的复合菌种(台湾产)，该复合菌是特选超级微生物菌群，它摄取并分解有机物，与传统的活性污泥法相比，其污泥量小，运行费用低。经中试试验和工程实践证实，均表现良好的处理效果。在一定进水浓度下(苯胺含量低于2300mg/L，COD小于7000mg/L)，经微生物处理苯胺污水后出水水质接近国家规定的一级排放标准(GB8978 -1996)：苯胺含量低于1mg/L，COD低于60mg/L。
1.材料与方法
1.1 菌株和实验试剂
复合菌种　 台湾产；
磷酸　　 工业级；
硫酸　　 工业级；
蛋白胨　　生化级。
1.2 分析方法
苯胺采用GB 11889 - 89；
生化需氧量(BOD5)采用GB 7488 - 87；
化学需氧量(COD)采用GB 11914 - 89；
悬浮物采用GB 11901 - 87；
色度采用GB 11903 - 89。
2 微生物处理苯胺工业废水原理
2.1 厌氧和好氧处理苯胺工业废水原理
微生物净化处理有机物的实质就是废水处理装置实际是一个小型生态系统，在此系统中各种微生物利用其各自生理生化特性把有机物从复杂状况逐级降解，最终成为CH4、CO2 及少量的NH3、H2 S等产物。同时微生物也获得能量而生生不息，最终达到微生物生存和有机物降解目的。微生物处理苯胺废水过程分厌氧处理过程和好氧处理过程，具体处理过程如下简述。
苯胺厌氧处理过程主要分两个阶段，酸性发酵阶段和碱性产气阶段。在酸性发酵阶段的厌氧微生物，主要是兼氧微生物，这种细菌能在微微有一点氧的水中生存繁殖，如水解性细菌和发酵性细菌它们能利用细胞内酶系列使复杂的高分子有机物降解为低分子，非溶解性有机物转化为溶解性有机物，接着由兼性或专性厌氧菌、乙酸产氢细菌等细菌利用前阶段所产生的各种有机酸降解成乙酸和氢气。在碱性产气阶段的厌氧微生物主要是甲烷菌，它们是绝对的厌氧菌，只能在无氧的水中繁殖，并能把有机酸进一步分解为CH4、CO2 及少量的NH3、H2 S等产物。好氧阶段的微生物必须在水中溶解氧很丰富的条件下才能生存繁衍，它们以废水中的有机物作为新陈代谢的基质，通过一系列反应最终把有机物转化成为H2O、CO2 以及少量的硝酸盐。在好氧阶段处理废水占优势的菌群主要为生枝状动胶菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属、产碱杆菌属、埃氏菌属等。这些细菌除能降解有机物外，还能够形成絮凝体，从而达到控制活性污泥沉降使之与净化的水分开。
2.2 微生物法降解苯胺的机理初探
微生物对苯胺降解主要依靠优势菌种体内酶的作用，苯胺厌氧降解推测按以下途径进行：还原阶段：兼氧条件下，苯胺有投运初期菌种添加剂和以后酸性发酵阶段产生的羧酸作用下，生成甲酰苯胺类被NAD还原脱NH2 生成苯甲酸，继续还原生成环己烷酸。氧化阶段是辅酶A (HS - CoA)对环己烷酸及其中间产物进行一系列β - 氧化过程，脂环在最后阶段断裂，产生乙酸、氢气和二氧化碳，最终可生成CH4、CO2。以上两个阶段是在一稳定的厌氧微生物体系中进行的，实验证明：苯环的还原和断裂是以革兰氏阴性兼氧菌作媒介。
苯胺好氧降解过程一般公认过程为：苯胺水解脱氨。苯胺在水解酶的连续作用下，脱去NH3 生成邻苯二酚，再脱H2生成邻苯醌，然后在辅酶A的作用下，邻位开环，分裂成己二酸(或间位开环)，生成的有机酸等有机化合物在乙酰辅酶A的作用下继续氧化，生成物质进入三羧酸循环，最终氧化生成CO2、H2O。
3.实验过程
3.1 废水前处理
首先在前处理池中，把苯胺废水用硫酸调整pH值在7左右，同时用水稀释苯胺浓度含量低于2300mg/L，COD小于7000mg/L，同时加入一定量的磷酸和蛋白胨后，用离心泵打入高位槽，放入厌氧池中，
3.2 接种
从厌氧池的顶部沉淀槽部位加入一定量的活性炭，同时加入总体积的2% ～20%的复合菌种，在厌氧池(兼氧池)中，用厌氧池的离心机进行循环，运行三天后，开始从高位槽缓慢加入苯胺废水，处理好的水从上面沉淀槽溢流进入缓冲池，最后流入曝气池，曝气池到一定量时，打开风机开始曝气，曝气池开始闷曝，三天后处理的水重新打回厌氧池中如此循环几天后，所有复合菌株均吸附在活性炭上后，开始菌种的复壮。
3.3 复壮
所有菌种在处理废水的时候均有适应过程，也就是我们所说的驯化过程，同时也是对菌种的淘汰过程，驯化菌种时，先处理苯胺浓度比较低的工业废水，同时加入一定量的磷酸和蛋白胨补充磷源和有机氮，增加营养目的是提高菌株的适应力、增加菌株数量，最终使菌种适应处理苯胺废水的环境，同时能有效利用苯胺的胺做为氮源。菌种处理后的苯胺废水COD和BOD5 达到要求后，开始提高处理苯胺废水的浓度，同时注意C∶N∶P三种营养成分的比例。
3.4 运行
当处理后废水COD和BOD5 达到实验要求时，可适当提高苯胺工业废水的浓度，的最后如果一切正常后，可适当提高苯胺的含量低于2300mg/L，COD小于7000mg/L 时，可适当提高所处理苯胺工业废水处理量，曝气池也可缩短曝气时间，从中确定比较适合的厌氧池的废水处理液量，同时也可确定曝气池的曝气时间。
4.结果与讨论
4.1 实验确定装置运行条件
4.1.1 pH的确定
pH操作条件为pH = 6.0～8.5，试验最适pH = 6.5 ～718，废水pH = 7.0～8.0，由于厌氧槽中需加入P源营氧液故前处理池中废水pH略有下降，宜用碱调pH = 7.0左右，处理出水pH = 7.0～8.0。
4.1.2 温度的确定
细菌一般在5 ～55℃生存，操作控制在15 ～45℃较适宜，由于菌体在较低温度下生命活力下降，因此水温最好大于15℃，处理效果最好。
4.1.3 营氧液
由于废水中苯胺不缺乏C、N，因此仅需补充少量P即可，一般废水中P∶N∶C比例大致在1∶5∶100范围内即可，因此水中P含量约为3～5mg/L。致于其它微量元素均不需配制仅稀释用的清江水中就含有足够的Ca、Mg、S、Fe等。
4.2 实验优缺点
微生物处理苯胺工业废水，其中采用厌氧技术优缺点并存：优点是成本低，能源消耗少，污泥量少，适应性强；缺点是初次起动较慢，不能除去水中N、P，对毒物较敏感。
5.结论
(1)通过以上实验，当进水苯胺含量≤2000mg/L，COD≤7000mg/L时，苯胺去除率达99.9%以上，COD 去除率大于98%。出水苯胺含量< 1mg/L，COD < 60mg/L，达到国家一级排放标准。
(2)色度变化：未处理苯胺废水外观呈红棕色，随氧化程度有很大差异，但经过处理后，出水水质无色、澄清，色度小于50倍，达到国家一级排放标准。
(3)处理过程中产生的污泥增量：在试验正常操作数周污泥并无明显增长，但总体处理1kg COD 所产生污泥量为0105kg。