苯胺廢水生物處理方法
苯胺作為一種重要的有機化工原料和化工產品，由其制得的化工產品和中間體有300余種，廣泛應用于染料、農業(yè)、醫(yī)藥、軍工等行業(yè)，其本身也可作為黑色染料使用。國內眾多染料廠、農藥廠、制藥廠及其它化工廠在生產過程中會產生各類苯胺廢水，其質量濃度可達數(shù)千mg/L。由于苯胺對生態(tài)生物的毒性，其已經(jīng)被列入“中國環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單”中，在排水中要求嚴格控制，我國規(guī)定的污水綜合排放標準中苯胺類物質的最高允許排放濃度為5.0mg/L。
目前隨著化工工業(yè)的發(fā)展，苯胺的需求明顯上升，由此進入環(huán)境的量也會越來越大。如何減少苯胺對環(huán)境的污染，已經(jīng)引起了人們的高度關注。目前國內外對苯胺廢水的處理主要有物理，化學，生物等方法.苯胺廢水的毒性強,生物降解性差,現(xiàn)有的生化處理系統(tǒng)難以有效去除污染,但隨著高效苯胺降解菌的篩選分離,生物處理方法具有很大的潛力。
一、實驗
1.1實驗材料及儀器
自制厭氧塔(UASB)，恒溫水浴鍋(JY-501型，最高使用溫度：95，電壓：220V，功率：15Kw)，DHL-A電腦恒流泵(微量)，電動式空氣壓縮機(功率：20W，電壓：220V/50Hz，進氣量：55L/min),數(shù)字式實驗室酸度計PHS-3CT，調解池，溫控儀，好氧池(SBR)，一般實驗儀器等。
藥品：苯胺，磷酸二氫鉀，氯化銨，葡萄糖，甲醇
1.2 實驗研究內容及實驗分析項目和方法
本課題研究以UASB反應系統(tǒng)為依托,采用實驗室馴化得到的降解細菌強化處理含高濃度苯胺廢水,研究其苯胺降解能力和絮凝特性,并考察其生物強化效能。通過實驗室馴化得到可以高效降解苯胺的菌種，實現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的處理苯胺廢水的目的，并將試樣結果應用到實際生產中。通過實驗計算出處理30噸含苯胺300mg/l的廢水所需要的UASB設備容量，并以液相色譜法測定廢水中苯胺的濃度來研究廢水的生物處理。通過實驗計算出處理30噸含苯胺300mg/l(測COD=750mg/l)的廢水所需要的UASB設備容量，并設計出合理的工藝流程。
1.2.1實驗條件
厭氧折流板反應器(UASB)和曝氣設備(SBR)的實驗底物均采用化工廠生產的苯胺廢水，水樣配制中補充少量N，P，正常運行中滿足COD:N:P=100:5:1,調節(jié)PH值在6.0-8.0之間,以保證反應器正常運行。
1.2.2污泥馴化
試驗廢水為模擬苯胺溶液,試驗污泥取自濱化水處理廠的曝氣池回流污泥,取回的活性污泥曝氣24h后沉降30min,棄去上清液,將所取的泥水混合物3L加到反應器中,然后稱取一定量的分析純苯胺,與自來水5L(包括100mLNH4Cl和KH2PO4混合而成的V(C)∶V(N)∶V(P)=100∶5∶1營養(yǎng)液)混合均勻加至反應器中,進行培養(yǎng)馴化.馴化初期控制CODCr在300mg/L左右,每兩小時取樣測COD濃度,當COD去除率上升后,逐步提高苯胺溶液的濃度,使進水混合后CODCr達到2000mg/L左右.苯胺進水濃度過高,表現(xiàn)出有毒有機物對生物的抑制效應,影響污染物的去除效果,因此,試驗控制進水混合后CODCr為2000mg/L左右.
1.2.3污泥馴化期間的試驗研究
馴化期間，逐漸增加苯胺廢水的量，每變化一次廢水維持五天，待運行穩(wěn)定后再次改變化工廠廢水的量，各階段馴化結束后出水苯胺含量及COD含量見下表。馴化期間各階段廢水中苯胺含量及相應出水苯胺含量和COD含量。
|
初始苯胺含量 (mg/l) |
10 |
30 |
50 |
70 |
90 |
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馴化時間 (/d) |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
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馴化后苯胺含量 (mg/l) |
4.080 |
5.101 |
5.625 |
5.971 |
6.163 |
|
苯胺去除率 (mg/l) |
97.46 |
92.17 |
92.15 |
92.01 |
91.10 |
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馴化后 COD 含量 mg/l |
69 |
51 |
56 |
31 |
17 |
由表1可見，經(jīng)過一段時間的馴化后，其中的微生物能夠去除大部分的苯胺，COD全部降到100mg/L,以下可知，苯胺得到了有效降解。
1.2.4測定項目及方法
濃度液相色譜法測定苯胺廢水中苯胺的濃度。
PH值廣泛試紙(1-14)和精密試紙(5.0-9.0)和數(shù)字式實驗室酸度計PHS-3CT。
水溫水銀溫度計(1-100℃)和溫控儀。
1.2.5水樣的取樣及分析
實驗中采用分時取樣的方法,每天早8時至晚8時每2小時取一次樣,并對樣品編號,兩天一周期對樣品進行分析。采用液相色譜對所取樣品進行濃度分析，確定廢水中的苯胺的含量，從而了解苯胺的降解情況。
二、工藝流程
苯胺廢水進入調節(jié)池[11]進行預處理，用在線PH測定儀[10]及溫控儀調節(jié)其PH和溫度，打開進水閥門[a]，啟動離心泵[9]，將廢水打入UASB反應裝置[13]進行厭氧反應，即污泥處理。調節(jié)池上方按有加藥裝置[12]，定時定量加藥。UASB裝置中應設有取樣口[6]，觀察口[8]，排泥口[4]，放空閥[7]，集氣裝置[14]，為了更好的控制反應條件還要設置壓力表[P]，溫控儀[T]，液位計[L]等。厭氧污泥中含有的厭氧菌可將苯胺的苯環(huán)打開，從而達到廢水處理的目的。從厭氧裝置出來的水經(jīng)過水封裝置[5]去除厭氧過程產生的沼氣后，進入好氧裝置進行好癢處理，也是污泥處理，好氧菌能消耗苯胺中的N，從而降低苯胺的含量，再通過測廢水中苯胺的值來確定出處理后廢水中苯胺的濃度。
UASB反應器主體部分從功能上可分為兩個區(qū)域，即反應區(qū)和氣液固三相分離區(qū)。反應區(qū)又包括厭氧污泥床和懸浮污泥層，含有大量沉降性能良好的顆粒污泥和絮狀污泥。廢水盡可能均勻地從反應器底部進入，通過厭氧污泥床與顆粒污泥充分接觸，發(fā)生厭氧發(fā)應，產生沼氣。由于廢水的向上流動和產生的大量氣體的上升形成了良好的自然攪拌作用，使一部分污泥在反應區(qū)的污泥床上方形成相對稀薄的污泥懸浮層。懸浮液進入分離區(qū)后，附著在顆粒污泥上的氣泡撞擊到分離區(qū)中三相分離器氣體反射板的底部，與污泥和廢水發(fā)生分離，被收集在反應器頂部三相分離器的集氣室內:釋放氣泡后的顆粒污泥由于重力作用沉淀到污泥層的表面，返回反應區(qū):液體則經(jīng)出水堰流出反應器。UASB反應器的正常運行需要三個重要的前提[19]:(1)反應器內形成沉降性能良好的顆粒污泥或絮狀污泥,(2)生產氣和進水的均勻分布所形成的良好的自然攪拌作用,(3)設計合理的三相分離器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反應器內.
污泥顆粒化是UASB運行是否正常的關鍵。培養(yǎng)出沉降性能良好的厭氧顆料污泥，需要適當調節(jié)堿度和適時調整水力負荷，以及控制COD,N,P的比例。
三、總結
苯胺廢水的處理技術在不斷發(fā)展,除樹脂、活性炭外其他的吸附材料不斷得以開發(fā),高級氧化技術[13]-[15]的發(fā)展使苯胺得以完全降解,生物技術的不斷發(fā)展使通過微生物降解苯胺成為可能,從而降低了苯胺廢水處理的費用。但總的來說,目前對苯胺廢水的處理研究尚不能應用到實際工程中,如何綜合應用各種技術以達到高效、經(jīng)濟的處理目的,仍是今后所需要研究的課題。
在參閱國內外有關資料的基礎上，結合設計經(jīng)驗，對UASB反應器的工藝設計進行了綜述、歸納，包括:反應器約容積、高度、進水系統(tǒng)、三相分離設備等幾部分.并提出了可供參考的設計準則和設計參數(shù).UASB反應器在我國的應用還處于起步階段，因本身特有的優(yōu)越性，其應用范圍會越來越廣泛的[20].吸收國外的成功設計經(jīng)驗，結合我國的具體情況，設計出適合我國廢水治理的UASB反應器，對于推動我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展是很有競義的.當然，在進行UASB反應器的設計時尚有許多地方需要改進和完善。目前將傳統(tǒng)的UASB反應器與好氧生物流化床結合起來，研制一種處理效率高、操作簡單、占地而積小、成本較低的三相流化床處理設施，以適應于廢水的處理，解決目前廢水難于集中處理的問題。由此看來，研制出厭氧和好氧處理結合于一體的工藝設各將會有較好的應用前景。
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