大孔树脂吸附-生物再生法处理高盐苯酚废水的研究

顾锡慧

（中海油天津化工研究设计院，天津 300131）

·环境保护·

大孔树脂吸附-生物再生法处理高盐苯酚废水的研究

顾锡慧

（中海油天津化工研究设计院，天津 300131）

本文利用大孔吸附树脂吸附-生物再生法处理高盐苯酚废水。循环再生实验结果表明XDA-1吸附-生物再生法处理高盐苯酚废水效果稳定，6次再生效率仍可维持在81%以上，对NaCl的分离效率均大于99%。再生XDA-1的大部分孔隙结构没有受到破坏，表面性质保持较好，由此可以认定生物再生是一种较为安全的再生方法。

苯酚；吸附；高盐废水；生物再生；XDA-1

本研究采用大孔树脂吸附-生物再生工艺来处理高盐苯酚废水，利用大孔吸附树脂对芳香类化合物进行选择性吸附的特性，实现苯酚与无机盐的分离，再利用微生物对苯酚的降解促进吸附剂吸附容量的再生，一次树脂吸附-生物再生过程为一个完整的处理单元。考查了大孔吸附树脂的吸附分离特性以及生物再生特性，为该类废水的吸附树脂的生物再生处理技术的开发提供了技术依据，并对高盐有机废水的处理提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 菌种驯化及培养

接种污泥取自生活污水脱氮除磷工艺的活性污泥。无机盐培养基的组成（g/L）：K2HPO40.1,NH4Cl 0.5，MgSO4·7H2O 0.1，NaCl 0.5。向无机盐培养基中加入苯酚，采用梯度法驯化出能有效处理苯酚废水的菌群。经培养离心收集菌体，用无机盐培养基将湿菌体制成质量浓度为3 g/L的悬浊液，作为实验用再生菌液。

1.2 废水来源

本实验以模拟的苯酚高盐废水作为目标废水，苯酚含量为100～1 000 mg/L，盐度为0～15%（NaCl）。加入盐酸或NaOH调解水样pH达到规定值。

1.3 静态吸附试验

大孔吸附树脂XDA-1，由西安深蓝交换吸附材料有限责任公司提供。树脂经无水乙醇索氏抽提8 h并于333K干燥3h，精确称取经预处理的树脂0.1 g，分别加到盛有相同体积废水试样的250 mL锥形瓶中，置于水浴振荡器于298 K、150 r/min条件下吸附24 h。通过预实验确定出适宜吸附苯酚的温度和pH值条件分别为298 K和7.0，在此条件下吸附处理高盐苯酚废水。

1.4 树脂物理脱附、生物再生和生物降解试验：

大孔树脂吸附饱和后，倒出模拟废水，分别向锥形瓶中加入再生菌液和经灭菌处理的无机盐溶液各200 ml，于303 K、150 r/min进行生物再生和物理脱附实验，再生216 h后，倒出再生液。通过相同条件的饱和吸附试验，对物理脱附和生物再生树脂的再生效率进行评价。并对生物再生树脂样品进行六次吸附-生物再生循环，分析各种树脂处理高盐苯酚废水的稳定性。

根据树脂吸附苯酚的总量，对苯酚一次性脱附至溶液中的生物降解进行研究。

1.5 分析方法

COD、苯酚浓度和生物量的测定方法见参考文献[1，2，3]；NaCl的检测依标准方法进行[1]；采用标准再吸附法[4]评价XDA-1再生效率。

大孔吸附树脂的比表面积及孔径分布情况通过Autosorb-I吸附仪确定，测试条件同参考文献[5]。

2 结果与讨论

2.1 XDA-1吸附分离

2.1.1 XDA-1对高盐苯酚废水的吸附分离效果

在 298 K、pH=7.0、含盐量为 15%条件下，XDA-1对苯酚和无机盐的分离效果见表1。经XDA-1吸附分离处理后，苯酚可有效的由液相转移至固相表面上，而液相中NaCl质量浓度几乎没有变化。这表明XDA-1可以有效地吸附废水中的苯酚并与NaCl分离。由实验数据可知，NaCl质量分数的增加对XDA-1对苯酚的吸附有促进作用，这主要是盐析效应引起的。

2.1.2 NaCl对XDA-1吸附动力学的影响

采用拟二级动力学模型对实验数据进行拟合。从表2可看出，不同的NaCl质量分数，此动力学模型可较好的描述XDA-1对苯酚的吸附过程，其R2值均大于0.99，且理论平衡吸附量与实测值接近。由ks的变化趋势可知，苯酚在XDA-1上的吸附速率常数随着溶液中的盐度增大而减小。

表2 动力学数据拟合

2.2 生物再生过程

2.2.1 生物再生、生物降解和物理脱附过程

物理脱附、生物再生和生物降解三种实验过程液相苯酚浓度的变化随时间的变化趋势见图1。经3 h的物理脱附，苯酚在固液两相间的分配基本达到平衡状态；通过物理脱附和生物再生过程的液相苯酚浓度值比较，可知3 h时树脂的再生效率比物理脱附的再生效率提高了9.3%（表3），且液相苯酚浓度减低了148.5 mg/l（图1），说明微生物以极大地发挥了对苯酚的降解作用；随着再生时间的延长，微生物对脱附物的降解促使苯酚不断固相向液相转移，从而实现了XDA-1吸附容量的恢复。从经济和效率角度综合考虑，确定48 h为适宜的再生时间（表3）。

图1 不同实验过程苯酚浓度随时间的变化情况

图2 生物再生实验和生物降解实验COD和OD660的变化情况（□和■分别表示生物再生过程的OD660和COD值；△和▲分别代表生物降解过程的OD660和COD值）

表3 再生时间与XDA-1再生效率（PR）的关系

从图2中，比较生物再生和生物降解过程的COD和OD660变化趋势可知，在生物再生过程中微生物对脱附的苯酚量而言其降解能力过剩。这从一个侧面说明了生物再生过程中，苯酚的脱附是整个再生过程的限速步骤。

2.2.2 生物再生稳定性及对XDA-1表面性质的影响经6次循环使用，得到XDA-1对NaCl的分离效率及其生物再生效率的变化情况，见图3。6次循环使用过程中，对NaCl的分离效率均大于99%，再生效率稳定在81%以上，表明大孔树脂吸附-生物再生法用于处理高盐苯酚废水具有很好的稳定性。

图3 XDA-1循环使用次数对NaCl分离效率（SE）及PR的影响

对初始及经六次间歇生物再生的XDA-1样品的比表面积及孔径分布进行表征，结果见图4和表4。由表4可以看出，再生XDA-1的BET比表面积和孔容积均可恢复到初始样品的77%以上；平均孔径基本没有变化（图4），表明XDA-1的大部分孔隙结构没有受到破坏，表面性质保持较好，由此可以认定生物再生是一种较为安全的再生办法。

表4 初始及再生XDA-1的表面性质参数对比

3 结论

a)大孔吸附树脂XDA-1可以有效地分离苯酚和无机盐，对NaCl的分离效率大于98%。由于盐析作用，盐度增大促进苯酚在XDA-1表面上吸附；拟二级动力学模型可对不同盐度条件下的苯酚吸附动力学进行较好的描述。

b)对比生物再生、生物降解和物理解吸三种过程可知，微生物对脱附吸附质的降解作用促进苯酚的脱附，从而促使树脂吸附容量的不断再生；在生物再生过程中，吸附质物理脱附是整个过程的限速步骤。

c)XDA-1吸附-生物再生法处理高盐苯酚废水效果稳定，6次再生效率仍可维持在81%以上，对NaCl的分离效率均大于99%。再生XDA-1的大部分孔隙结构没有受到破坏，表面性质保持较好，由此可以认定生物再生是一种较为安全的再生方法。

［1］ 国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[D].第3版.北京：中国环境科学出版社，1989，287-289.

［2］ 房德敏，李洁，周永梅，等.器械消毒液中苯酚的含量测定[J].华西药学杂志，2004，19（5）：385-386.

［3］ Barreiros L,Nogales B,Manaia C M,and et al.A novel pathway for mineralization of the thiocarbamate herbicide molinate by a defined bacterial mixed culture[J].Environ.Microbiol.,2003,5(10),944-953.

［4］ Narbaitz R M,Cen J.Alternative methods for determining the percentage regeneration ofactive carbon[J].Water Res.,1997,31(10), 2532-2542.

［5］ Gu X H,Zhou J T,Zhang A L,and et al.Feasibility study of the treatment of aniline hypersaline wastewater with a combined adsorption/bio-regeneration system[J].Desalination,2008,227(1-3), 139-149.

book=3,ebook=19

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.01.022

X783

A

1008－1267（2010）01-0053－03

2009-08-13

顾锡慧（1979-），女，博士，从事环境化学和环境生物工程方面的研究。