高效耐盐菌处理高浓度石化废水的研究

2010-06-05王祖佑,马庆霞,关迎春等

化学与生物工程 2010年9期

石油化工企业的有机化工厂和助剂厂所产生的废水具有排放量大、污染物组分复杂、处理难度大等特点，主要含酚类衍生物，其中以邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)含量最高，属较难生物降解的工业废水[1,2]。在这样的废水条件下，一般的生物难以较好地生存，废水处理效果不佳[3，4]。如何有效处理高浓度石化废水一直是生产企业面临的难题，也是企业实现废水稳定达标排放的瓶颈[5]。为此，作者利用从自然界分离获得的3株高效耐盐菌对高浓度石化废水进行了处理研究。

1 实验

1.1 材料和培养基

取兰州石化废水(GC-MS分析其主要特征污染物是邻苯二甲酸二正丁酯、对羟基苯甲醛、甲乙酮等有机物,以邻苯二甲酸二正丁酯为主)，根据矿化度、有机污染物的浓度，配制初始邻苯二甲酸二正丁酯含量为1000 mg·L-1的模拟废水。

菌种从兰州石化污水处理厂的活性污泥中筛选分离。

富集培养基：牛肉膏5 g，蛋白胨10 g，氯化钠5 g，pH值7.2～7.6，加水定容至1 L。

筛选培养基：NH4NO31.0 g，KH2PO40.5 g，K2HPO40.5 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，CaCl20.1 g，NaCl 0.2 g，MnSO4·H2O微量，FeSO4·7H2O微量,邻苯二甲酸二正丁酯适量，加水定容至1 L，pH值7。

1.2 方法

1.2.1 菌株的驯化分离

取少量经过富集培养的菌液接入50 mL以200 mg·L-1邻苯二甲酸二正丁酯为唯一碳源的培养基中，30℃、150 r·min-1振荡培养48 h。重复上述培养过程，直至邻苯二甲酸二正丁酯浓度达到1000 mg·L-1。采用梯度稀释法对菌株进行分离，划线法纯化。将纯化后处在对数生长期且OD600值相近的驯化菌株，按3%(体积比)的接种量接入新的唯一碳源培养基中，选取同一时间内降解率(采用气相色谱法测定)最大的菌株，置4℃冰箱备用。

1.2.2 装置及流程

实验装置如图1所示。计量泵将模拟废水从生物膜反应器底部打入，从上部出水管排出。实验采用隔膜式气泵，按向上流运行，用曝气环均匀曝气。加热装置为加热棒，利用温控仪控制温度。进水槽配备小型搅拌器，以保持进水浓度均匀。

1.模拟废水 2.计量泵 3.生化反应罐 4.温控仪 5.空气压缩机 6.沉淀池

在反应器中加入7 L的实验泥样，采用连续曝气，溶解氧控制在2.0 mg·L-1，温度控制在30℃，pH值控制在7.5～7.8，含盐量2.5%～3.0%，每隔24 h取样100 mL，每组2个平行样，测定出水的pH值、COD值、生化需氧量(BOD5)、在不同废水与营养比例下及不同营养配方条件下出水COD值情况，处理系统连续运转90 d。

1.2.3 分析测试

pH值测定： WTW pH/Oxi 340i型测试计；生化需氧量(BOD5)测定：WTW OxiTop IS型BOD测定仪；化学需氧量(COD)测定：5B-3D型COD快速测定仪。

2 结果与讨论

2.1 菌株的驯化分离

经富集、驯化培养，确定3株菌株具有较强的邻苯二甲酸二正丁酯降解能力，命名为JF-2、JF-3、JF-6，经过生理生化鉴定及分子生物学鉴定为食酸菌属(Acidovorax)。

2.2 废水处理前后各项指标变化

2.2.1 废水处理前后pH值变化(图2)

图2 废水处理前后pH值的变化

由图2可知，废水进入反应罐之前pH值调节在7.5～7.8，经过反应器活性污泥处理之后，pH值降低为5.5～6.5。其主要原因可能在于微生物在代谢过程中产生了乙酸等酸性物质。对比最适生长初始pH值可知，3株菌处理废水过程中，其pH值变化基本在其适宜生长范围内。

2.2.2 废水处理前后COD的变化

微生物以邻苯二甲酸二正丁酯作为唯一碳源，将废水中邻苯二甲酸二正丁酯代谢成CO2和H2O等。3株菌作用前后废水的COD的变化见图3。

图3 废水处理前后COD的变化

由图3可知，处理后废水的COD均大幅降低，其中JF-2菌对COD最佳去除率为93%，JF-3菌对COD最佳去除率为99%，JF-6菌对COD最佳去除率为94%，COD去除率均在80%以上。整个处理过程中，微生物对邻苯二甲酸二正丁酯的降解效果较为稳定。

2.2.3 废水处理过程中BOD5的变化(图4)

图4 废水处理过程中BOD5的变化

由图4可知，随处理时间的延长，废水BOD5不断增大，其中，JF-3的增幅最大，BOD5达到1400 mg·L-1，其次为JF-2，BOD5达到750 mg·L-1，JF-6增幅较小。表明在废水中接种高效耐盐菌可大幅提高废水的BOD5，增强其可生化性，更利于废水中污染物的降解，改善废水的生化处理效果。

2.2.4 碳源/氮源复合营养下废水处理前后COD的变化(图5)

图5 碳源/氮源复合营养下废水COD去除率

添加含碳源的营养物质，处理初期污水的COD明显增加，说明添加此营养可显著增加COD。由图5可知，模拟废水进水COD值为4100 mg·L-1时，处理后废水COD去除率虽然达到70%～85%，但仍较高，原因可能是由于装置运行时间较短，污泥对废水需要一定的时间适应。

2.2.5 未添加碳源营养下废水处理前后COD的变化(图6)

图6 未加碳源营养下废水COD去除率

在小试试验中，模拟废水初始COD值是3600 mg·L-1，添加营养液后有所升高，为4100 mg·L-1。由图6可知，生化反应器的出水COD去除率达到80%以上，出水COD浓度在800 mg·L-1以下。矿化度实测2.5×104～3.0×104mg·L-1。这充分说明生物系统形成了耐高矿化度、降解高浓度有毒有机污染物的极端微生物的优势群系。以上研究表明，模拟废水中的有机物质完全可以满足微生物生长所需，可少投加或不投加碳源营养，COD的去除效果是理想的。