H.S.B.微生物生化法處理苯胺污水
南京某化學(xué)工業(yè)有限公司采用硝基苯氣相催化加氫工藝生產(chǎn)苯胺產(chǎn)生的苯胺污水,苯胺濃度高達(dá)30000 mg/L,處理難度大。對(duì)此水先后采用汽提法、樹脂吸附法、超聲波法、萃取法、碳纖維吸附法、氧化法和化學(xué)反應(yīng)法等進(jìn)行處理試驗(yàn),效果均不理想。后采用汽提—生化法工藝,將高濃度的苯胺污水經(jīng)汽提回收后,再進(jìn)行生化處理,菌種選用引進(jìn)臺(tái)灣的H.S.B微生物菌種,1998年2月苯胺污水生化處理裝置建成、投運(yùn),裝置出水濃度低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn),并于1998年9月順利通過南京市環(huán)保局的驗(yàn)收。
1 處理工藝的確定
1.1 污水水量、水質(zhì)
苯胺采用硝基苯加熱至氣態(tài)和氫氣在催化劑作用下進(jìn)行加氫反應(yīng)制成粗苯胺,再通過精制、脫去粗苯胺中的水及高沸點(diǎn)物質(zhì)制成成品苯胺。污水來自還原和精制過程,產(chǎn)生量為0.5 m3/h,苯胺含量:汽提前濃度為 20000~30000 mg/L,汽提后為1000~2000mg/L,暴露空氣后污水成棕色,是目前國(guó)內(nèi)外較難處理的高濃度有機(jī)污水之一。
1.2 處理工藝的選擇
從1993年至1997年的4年中,為選擇較好的治理方法,攻關(guān)小組先后進(jìn)行了汽提法、樹脂吸附法、碳素纖維吸附法、萃取法、苯胺甲醛縮合法、超聲波法和生化法試驗(yàn),試驗(yàn)定性結(jié)果見表1。
表1 定性對(duì)比
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汽提法能處理高濃度污水且能回收污水中的苯胺。生化法雖不宜處理高濃度污水,但對(duì)較低濃度苯胺污水卻是可行的,且處理后的排放水中苯胺含量和CODCr、色度均能達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn),將兩法串聯(lián)是處理苯胺污水的最佳方法。
苯胺屬于較難生化降解的有機(jī)物,不易直接好氧分解。選擇厭氧—好氧串聯(lián)法,可利用厭氧生物使苯胺經(jīng)過酸化和甲烷化作用,分解為易降解產(chǎn)物,然后與好氧生物處理串聯(lián),使污染物除去。上流式厭氧污泥床反應(yīng)器具有污泥顆粒化、處理效率高、相分離好等特點(diǎn);好氧反應(yīng)器中的間歇式活性污泥法具有投資少、處理水質(zhì)穩(wěn)定、能有效除去氮元素等特點(diǎn),因而選用上述兩種反應(yīng)器。
1.3 菌種
資料[1]顯示,苯胺分子中苯環(huán)的還原和斷裂以革蘭氏陰性微生物作媒介。用常規(guī)法培養(yǎng)的污泥中,基本不含有分解苯胺的優(yōu)勢(shì)菌種,所以選擇含有優(yōu)勢(shì)菌種的菌群是苯胺污水能否得到有效處理的關(guān)鍵。
H.S.B.菌種系從深海湖泊底部、化工廠周圍土壤及其它優(yōu)勢(shì)菌種(80多種)中選取部分菌種形成特定配比,從而形成特殊順序的食物鏈,利用各菌種互生、異生、代謝關(guān)系,分解特定的有機(jī)物。目前,H.S.B.菌種研究人員已掌握帶有多個(gè)質(zhì)粒的新菌株,利用降解性質(zhì)粒的相容性,把能夠降解不同有機(jī)物的質(zhì)粒組合到一個(gè)菌株中,組成一個(gè)多質(zhì)新菌株,這樣使一種微生物能降解多種污染物,且能完成降解過程中的多個(gè)環(huán)節(jié)。另外還可以通過結(jié)合轉(zhuǎn)移不帶降解性質(zhì)粒的菌株帶上質(zhì)粒,獲得降解能力,構(gòu)建出超級(jí)工程菌。H.S.B.菌種能處理上百種復(fù)雜的有機(jī)物[2],因此選定H.S.B.微生物作為菌種處理苯胺污水。
2 生化中試試驗(yàn)
為了驗(yàn)證污水處理工藝流程的可行性,進(jìn)行了規(guī)模為20L/h的生化中試試驗(yàn)。
2.1 試驗(yàn)用水水質(zhì)(汽提后)
表2 生化中試用水水質(zhì)
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2.2 處理流程
厭氧池和曝氣池操作順序見表3。
表3 操作情況
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由表4可知,當(dāng)進(jìn)水苯胺含量<2000 mg/L,CODcr<7000 mg/L時(shí),苯胺去除率達(dá)99.9%,
CODcr 去除率達(dá)97.8%,出水苯胺含量<1 mg/L,CODcr<100 mg/L,色度<50倍,達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)試驗(yàn),去除1kg CODcr產(chǎn)生污泥約0.05 kg。
上述結(jié)果表明,由臺(tái)灣引進(jìn)的H.S.B菌種對(duì)苯胺有較強(qiáng)的分解能力,且運(yùn)行費(fèi)用低,操作性強(qiáng),可應(yīng)用于生產(chǎn)。
表4 處理前后苯胺、CODcr色度變化和去除率
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3 工程應(yīng)用
3.1 工程設(shè)計(jì)參數(shù)
苯胺污水處理工程在中試基礎(chǔ)上放大50倍進(jìn)行設(shè)計(jì),基本流程與中試相似,但更加具有應(yīng)變能力和可操作性,并且增加了廢水預(yù)處理系統(tǒng),各級(jí)出水均可回流,處理苯胺污水能力為20~30 m3/d,主要工藝控制參數(shù)和指標(biāo)為:原水pH值7~8,厭氧和曝氣溫度15~45℃,原水COD≤7000 mg/L,厭氧時(shí)間48 h,曝氣時(shí)間20 h,壓縮空氣壓力0.2~0.4 MPa。
3.2 菌種馴化階段
菌種馴化期為65d,馴化情況見表5。
表5 菌種馴化情況
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1998年1月28日投加菌種,并進(jìn)入菌種馴化期,至3月31日,曝氣池中污泥濃度達(dá)2g/L,曝氣出水中苯胺含量小于1mg/L,污泥馴化取得成功。
3.3 正常運(yùn)行階段
1998年4月至12月分析數(shù)據(jù)共218組,平均結(jié)果見表6。
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4 H.S.B.法處理苯胺污水的一些探討
4.1 菌種投加方式
在工程施工中,將全部菌種投入?yún)捬醭刂校谘b置運(yùn)行一定時(shí)間后,厭氧池中出現(xiàn)了污泥,說明H.S.B.菌種具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,好氧細(xì)菌在厭氧池中處于休眠狀態(tài),而厭氧細(xì)菌逐漸生長(zhǎng)并相互結(jié)合成特有的顆粒狀污泥而沉降,處于休眠狀態(tài)的好氧細(xì)菌由于懸浮在水中而被帶入好氧池,遇到適宜環(huán)境再生長(zhǎng),結(jié)合成絮狀污泥。
此種投加方式也說明厭氧菌群和好氧菌群除某些優(yōu)勢(shì)菌種外,大部分菌種是相同的。此外,定期補(bǔ)加少量菌種有利于系統(tǒng)的正常運(yùn)行,1999年該污水處理裝置補(bǔ)加過一次。
4.2 毒物沖擊對(duì)菌種的影響
UASB系統(tǒng)的顆粒狀污泥和循環(huán)裝置,具有對(duì)一定的毒物沖擊的耐受性,但如果較長(zhǎng)時(shí)間的高濃度污水進(jìn)入系統(tǒng),菌種生長(zhǎng)將受到抑制,并有可能形成單胞狀態(tài)而破壞生物聚集體(顆;蛐鯛睿覇伟麪顟B(tài)的菌種易隨污水流失。
4.3 泡沫問題
在生化處理調(diào)試和運(yùn)行中,經(jīng)常有大量泡沫產(chǎn)生的現(xiàn)象,其原因有以下幾類:
、 由于C、N、P配比失衡或水中氧含量過高而破壞菌種生長(zhǎng)平衡,諾卡氏菌種的過量生長(zhǎng)將引起灰褐色和粘稠泡沫;
、 菌種受毒物沖擊導(dǎo)致細(xì)胞破裂釋放原生質(zhì)而引起泡沫。
這兩種情況往往出現(xiàn)泡沫封池現(xiàn)象,須及時(shí)處理。
4.4 活性炭的作用
活性炭表面具有一定數(shù)量的羥基、醛基和羰基,易與細(xì)菌結(jié)合成為細(xì)菌的載體。UASB厭氧池中顆粒污泥的形成不依賴載體,但活性炭加入有利于吸附懸浮在水中的單胞菌種而避免菌種流失,而且對(duì)苯胺有一定的吸附作用和緩沖毒物沖擊的作用。由于頻繁排水和操作上的一些問題,適時(shí)補(bǔ)加少量活性炭是必要的。
4.5 污泥增長(zhǎng)問題
H.S.B.菌種由于種類較全,分解能力較強(qiáng),因而污泥產(chǎn)生量很少,如果在一定周期后適當(dāng)增加曝氣時(shí)間,采用延時(shí)曝氣法,還將減少剩余污泥產(chǎn)生量。
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