外加碳源对选矿废水浮选药剂生物降解效果的影响

宋卫锋，林梓河，罗丽丽，严 明

(广东工业大学 环境科学与工程学院，广东 广州 510006)

外加碳源对选矿废水浮选药剂生物降解效果的影响

宋卫锋，林梓河，罗丽丽，严 明

(广东工业大学 环境科学与工程学院，广东 广州 510006)

研究了外加葡萄糖、淀粉、乙酸钠3种碳源对SBR法降解模拟选矿废水浮选药剂的影响。实验结果表明:在停留时间为2 h、苯胺黑药(二苯胺基二硫代磷酸)、黄药(丁基黄原酸钠)、乙硫氮(三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠)初始质量浓度分别为120，6，3 mg/L的条件下，以淀粉为外加碳源时，3种浮选药剂的降解效果最好，苯胺黑药、黄药、乙硫氮的去除率分别为96.6%，89.8%，76.9%，模拟废水COD去除率为82.3%;3种共代谢基质降解苯胺黑药的反应速率常数从大到小依次为淀粉、葡萄糖、乙酸钠。

外加碳源;浮选药剂;选矿废水;生物降解

随着矿产工业的发展，浮选药剂的用量越来越大，由此带来的环境污染问题也日趋严重。苯胺黑药(二苯胺基二硫代磷酸)、黄药(丁基黄原酸钠)、乙硫氮(三水合二乙基二硫代氨基甲酸钠)是目前普遍采用的浮选药剂，也是选矿废水中的主要污染物，特别是苯胺类化合物对生物有一定的毒性，被列为优先环境控制污染物，在工业排水中要求严格控制其含量［1－2］。因此，在去除选矿废水中重金属的同时还必须严格控制浮选药剂的含量，以保护矿山的生态环境［3］。然而，目前普遍采用的物理化学法并不能有效地去除废水中的选矿药剂，因此研究微生物降解浮选药剂对有效处理选矿废水及保护矿山生态环境具有极为重要的意义。

外加碳源称为一级基质，用于微生物细胞增长并为微生物细胞活动提供能量;浮选药剂称为二级基质，不作用于微生物细胞增长，也不能为微生物细胞活动提供能量［4］。浮选药剂是难降解有机物，当外界添加易被降解有机物时可以与浮选药剂一起共代谢，促进或启动难降解物质的降解，并将其导入代谢循环［5－9］。因此，研究在外加碳源的条件下对苯胺黑药、黄药、乙硫氮进行降解，对处理选矿废水将有着重要的意义。

本工作首先对活性污泥进行驯化，使微生物能够适应并降解浮选药剂，然后在投加不同碳源的条件下考察微生物对浮选药剂的降解效果，取得了较好结果，为生化处理选矿废水提供科学依据。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

实验用试剂均为分析纯。

实验用模拟选矿废水(简称模拟废水)中苯胺黑药质量浓度为120 mg/L、黄药质量浓度为6 mg/L、乙硫氮质量浓度为3 mg/L。活性污泥取自广州某污水处理厂的二沉池，MLSS为3.56 g/L、SVI为38 mL/g。营养液主要成分见表1。

表1 营养液主要成分 ρ，mg/L

UV762型紫外分光光度计:北京泰克仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 活性污泥的驯化

实验用SBR规格为φ20 cm×25 cm，有效容积2 L，由有机玻璃制成。SBR采用间歇式进水、水力停留时间恒定的运行方式。进水体积为1 L，其中营养液900 mL、模拟废水100 mL，每两天减少营养液体积10%、增加模拟废水体积10%，直至进水全部为模拟废水为止。启动初期，微生物种类繁多，个体活跃，有大量的草履虫、钟虫、轮虫、线虫等原生动物和后生动物，随着模拟废水质量浓度的增加，原生动物和后生动物慢慢减少，在启动的第10天已基本观察不到原生动物和后生动物，在第14天，又重新观察到原生动物，继续提高浓度，在第24天出现了后生动物，说明系统已启动成功，历时24天。

1.2.2 实验装置的启动

向模拟废水中加入碳源0.1 g。SBR的运行方式为进水体积1 L，进水时间0.5 h;曝气反应停留时间10 h;采用静止沉降方式，沉淀时间1.5 h;瞬间排水，排水体积1 L。

1.3 分析方法

采用快速消解法测定模拟废水COD;采用紫外分光光度法分别于苯胺黑药、黄药、乙硫氮的最大吸收波长(230，301，257 nm)处测定3种浮选药剂的质量浓度［10－11］。

2 结果与讨论

2.1 最佳停留时间的确定

在未外加碳源的情况下，苯胺黑药、黄药、乙硫氮3种浮选药剂的降解效果分别见图1、图2和图3。

由图1、图2和图3可见:停留时间为2 h时，微生物对3种浮选药剂的去除率已基本达到稳定;苯胺黑药、黄药、乙硫氮的去除率分别为 90.5%，72.6%，67.6%;此后随停留时间的延长，3 种浮选药剂的质量浓度略有增加。模拟废水COD在反应前2 h由421 mg/L降至 114 mg/L，去除率达72.9%。

基于以上实验结果提出两种假设。第一，有机物进入系统后，首先被活性污泥吸附［12］，模拟废水中的有机物质量浓度大幅下降，此过程一般在30 min内完成。但是随着停留时间的延长，被活性污泥吸收的有机物有少部分又重新溶于模拟废水中，同时也有部分中间产物进入模拟废水，导致模拟废水中药剂质量浓度及COD上升。第二种假设是，当有机物进入系统时，微生物在2 h内将药剂降至较低质量浓度，此时模拟废水中的COD已不能满足微生物生长的需求，微生物之间彼此竞争，优胜劣汰，少数微生物死亡，导致模拟废水中的药剂质量浓度略有增加。

综合考虑降解效果，认为第一种假设的可能性较小。因为在本实验中有机物进入系统后的前2 h内，药剂质量浓度一直明显下降，并且2 h后药剂质量浓度没有明显的增加。因此，实验确定SBR的最佳停留时间为2 h。

2.2 外加碳源对3种浮选药剂的降解效果

外加碳源对苯胺黑药、黄药、乙硫氮3种浮选药剂降解效果的影响分别见图4、图5和图6。由图4、图5和图6可见，当以淀粉为外加碳源时，3种浮选药剂的降解效果均最好。苯胺黑药、黄药、乙硫氮的去除率分别为96.6%，89.8%，76.9%。当以葡萄糖、淀粉、醋酸钠为外加碳源时，模拟废水的 COD去除率分别为 81.2%，82.3% ，75.4% 。

2.3 苯胺黑药的好氧降解动力学

由于苯胺黑药在模拟废水中的质量浓度最高，对模拟废水的 COD 贡献也最大［13－14］，因此，对苯胺黑药进行好氧降解动力学分析。根据实验数据，分别对3种不同共代谢基质条件下的苯胺黑药降解动力学进行模拟。外加碳源时苯胺黑药的降解动力学参数见表2。由表2可见，在不同共代谢基质条件下，苯胺黑药的降解基本符合一级反应动力学方程;反应速率常数从大到小依次为淀粉、葡萄糖、乙酸钠、无外加碳源。由此可见，在本实验条件下以淀粉作为共代谢基质时，苯胺黑药的降解速率最快，这可能与微生物酶活性有关，具体原因有待进一步证实。

表2 外加碳源时苯胺黑药的降解动力学参数

3 结论

a)采用SBR处理模拟废水中的浮选药剂。在停留时间为2 h的条件下，苯胺黑药、黄药、乙硫氮的去除率分别为 90.5%、72.6%、67.6%，模拟废水COD去除率为72.9%。

b)当在SBR中加入淀粉作为外加碳源时，3种浮选药剂的去除率均有一定程度的提高，苯胺黑药、黄药、乙硫氮的去除率分别为96.6%，89.8%，76.9%，模拟废水COD去除率为82.3%。

c)3种共代谢基质降解苯胺黑药的反应速率常数从大到小依次为淀粉、葡萄糖、乙酸钠，以淀粉为共代谢基质时苯胺黑药的降解速率最快。

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Effects of External Carbon Resource on Biodegradation of Flotation Reagents in Ore Milling Wastewater

Song Weifeng，Lin Zihe，Luo Lili，Yan Ming

(College of Environmental Science and Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou Guangdong 510006，China)

The effects of 3 external carbon resources，such as glucose，starch and sodium acetate，on the biodegradation of flotation reagents in simulated ore milling wastewater by SBR process were studied.The experimental results show that:When the residence time is 2 h，the initial concentrations ofaniline aerofloat(dianilino dithiophosphoric acid)，xanthate(sodium n-butyl-xanthate)，diethyldithiocarbamate(Sodium diethyldithiocarbamate trihydrate)are 120，6，3 mg/L respectively，and starch is used as the external carbon resource，the biodegradation effects of the 3 flotation reagents are the best with 96.6%，89.8%，76.9%of removal rates respectively，and the COD removal rate is 82.3%;The order of reaction rate constants of aniline aerofloat biodegradation with the 3 cometabolism substrates is starch，glucose，sodium acetate(from large to small).

external carbon resource;flotation reagent;ore milling wastewater;biodegradation

X781

A

1006－1878(2011)03－0218－04

2010－11－30;

2011－02－18。

宋卫锋(1972—)，男，河南省平顶山市人，博士，副教授，主要从事水污染控制理论与技术研究。电话13380039005，电邮 weifengsong@263.net。

(编辑 王 馨)