反硝化细菌对甲胺废水的净化作用

卢小静，杨桂芳，陈 坤*，张乃群

(1.南阳师范学院 生命科学与技术学院，河南 南阳 473000； 2.信阳师范学院 生命科学学院，河南 信阳 464000)

0 引言

当前，环境污染是人类面临的最突出问题之一，尤其是被称为“生态癌症”的水污染.水污染最主要的来源是工业废水.在工业排放的废水中氨氮的污染最严重、危害最大，且难处理.化工厂排放的甲胺废水作为水污染的重要组成部分，有强烈难闻的刺鼻气味，颜色为红黄色且难以快速净化.甲胺废水主要含甲醇和氨氮化合物，具有高温、有机物含量高、碱度大、毒性强、可生化性差的特点.目前的研究表明, 甲胺物质具有致癌、致畸、致突变性, 对自然界生物安全构成巨大威胁[1-2].微生物降解一直是国内外处理的一个重要方法.其处理方法灵活、成本低、没有二次污染，微生物既可以大量投加入水体起作用，也可以被固定化后在反应器中处理废水.有学者从活性污泥中分离出一株红球菌能够有效地降解含氮制药废水中的喹啉以及选用白腐菌对低浓度的吲哚进行降解[3-4]. 另有研究表明在影响微生物处理甲胺废水的诸多影响因素中，pH值对微生物处理甲胺废水影响程度最大.并且脱氮细菌的生长pH和脱氮pH多为碱性环境[5-8].本文主要探究从甲胺废水中分离的反硝化细菌在不同碱性pH值下对甲胺废水的处理效果，为处理甲胺废水提出一种新技术.

1 材料和方法

1.1 材料

反硝化细菌(Pseudomonasmendocina)为信阳师范学院生命科学学院实验室分离甲胺废水时得到.

甲胺废水样品采集于河南省某一制药生产车间排放的富含COD、氨氮、色度较高的废水.采集时水质特征：水温为15 ℃左右，pH为11.16，COD 浓度高达8 000 mg·L-1，起始氨氮浓度为350.0 mg·L-1左右，几乎是国家排放标准(5 mg·L-1)的100倍.

1.2 处理和测定方法

1.2.1 实验处理

选择在对数生长期生长的反硝化细菌(7.8×109cell·L-1)，作为实验菌种.

取规格为1.5 m×1.0 m×0.6 m的白色水箱15个，设置5个处理，处理条件见表1，每个处理设3个重复.每个水箱内装20 L甲胺废水，测量时取平均值.A组不处理作为空白对照.每个水箱加入1.2 L在对数生长期生长的反硝化细菌(7.8×109cell·L-1).温度为25 ℃的自然条件下，光照是自然光照强度，加入反硝化细菌后通气量为18 L·min-1.处理后第1 d、第3 d、第5 d分别测定氨氮(NH3-N)含量、化学需氧量、色度和pH值的变化，研究反硝化细菌的净化效果.

表1 反硝化细菌处理甲胺废水实验条件

1.2.2 测定方法

氨氮(NH3-N)含量采用过硫酸钾-紫外分光光度法[9]测量，仪器为TU-1810紫外分光光度计，北京普析通用仪器有限公司；化学需氧量(CODCr)采用重铬酸钾法[8]测量；pH采用PHS-3CpH计测量.

2 结果与结论

2.1 甲胺废水氨氮(NH3-N)降解效果

制药厂排放的甲胺废水中氨氮浓度为350.0 mg·L-1.氮含量远远超出了国家规定的排放标准.甲胺废水中氮元素经过微生物氧化还原为含氮气体后，可有效去除水体中的氮，预防水体的富营养化.图1显示了在实验条件下氨氮(NH3-N)含量变化.由图1可知，在碱性条件下，pH的大小明显影响了反硝化细菌的降解效果.而且添加反硝化细菌处理，氨氮含量明显降低了，说明反硝化细菌有一定的脱氮能力.处理3 d、5 d时间，对照中氨氮自然降解了3%；实验组中pH为11时，反硝化细菌对氮元素降解不明显，处理3 d时降解效果为16%，处理5 d时降解效果为19%；pH为9时， 反硝化细菌处理的降解效果3 d为39%，处理5 d时降解了48%；pH为8时，反硝化细菌对氨氮的降解效果较为明显，3 d时降解效果为56%，5 d时降解效果为92.5%.因此，pH=8是该反硝化细菌脱氮的适宜pH.

图1不同处理下甲胺废水氨氮含量变化

2.2 甲胺废水化学需氧量的变化

甲胺废水中含有大量的有机物如一甲胺、二甲胺、三甲胺、甲醇等，这些有机物及氨氮化合物的氧化分解都需要大量的氧气，造成甲胺废水化学需氧量高的特点.图2说明了化学需氧量(CODCr)在处理3 d，5 d的变化情况.对照组中3 d时，CODCr自然降解了4.2%，到5 d时，CODCr自然降解了6.3%.加入反硝化细菌的实验组的几个处理，化学需氧量都明显降低了.当pH为11时，3 d CODCr降低了7%，效果不明显，5 d时降解了34%；pH为10时，3 d时CODCr降低了21.7%，5 d CODCr降低了37.3%；pH为9时，降解效果反而不如pH为10和11的情况；pH为8时，由图可知，降解效果良好，3 d降解了43.7%，5 d降解了78.3%.由此可知，pH=8是反硝化细菌降低CODCr的最适pH.

图2 不同处理下甲胺废水化学需氧量变化

2.3 甲胺废水色度变化

甲胺废水颜色为红黄色，图3为实验过程中废水色度的变化情况.在3 d，5 d时间内, 在自然状态下，对照组中色度自然下降了2%和2.6%.加入反硝化细菌的实验组中，pH为11时，3 d时色度的下降效果为43%，5 d时色度的下降效果65%；pH为10时，3 d降解效果为47.3%，5 d降解效果为63%；pH为9时，3 d、5 d色度的下降效果分别为40%和54%；pH为8时，实验处理效果更为显著，3 d、5 d色度的下降效果分别为62%和85.1%，实验处理后，甲胺废水的红黄色已经转变为浅黄色.

图3 不同处理下甲胺废水色度变化

2.4 pH值变化

在实验处理过程中，pH值影响废水净化,随着化学反应的进行，溶液中氢氧根离子在脱氮过程不断被消耗，放出氢离子，pH值也在发生变化.如图4所示，在3 d、5 d时间内，自然状态下对照中变化了1.1%和1.2%.实验组，反硝化细菌处理后，pH普遍有所降低.当pH为11时，降解效果最显著，3 d和5 d分别降解了11.8%和19.1%.因此，在废水处理过程中，净化废水的最适pH需要不断调整.

图4 不同处理下甲胺废水pH 值变化

3 讨论

甲胺废水作为水体污染的一个重要组成部分，具有难以快速净化的特点，是目前国内外水处理的难点问题.利用微生物治理，具有高效节能、操作简便、处理彻底而又成本低廉的特点.在实验中，当pH为8时，经过反硝化细菌处理3 d和5 d后, CODCr去除率最高可达到43.7%和78.3%，氨氮降解率可达到56%和92.5%，其降解废水的效果较好，在实际应用中能起到很大作用.生物处理废水其缺点和不足是周期长，需要占用一定的土地面积.本实验处理的制药废水中有机物浓度高, 且有一定的毒性,排放的废水水质、水量随着季节的波动变化很大, 相应处理难度也较大.对于经济条件好的地区处理的费用和硬件设施相对较好，对于不发达地区，难度较大.生物方法处理制药废水优点是成本低，可以循环利用，没有副作用产物.通过不断的试验、分析、反复论证,在现有科学技术的基础上，争取找到一套易操作、效果好的生物处理工艺，使甲胺生产废水能够达标排放.