1 處理工藝的確定
1.1 污水水量、水質
苯胺采用硝基苯加熱至氣態(tài)和氫氣在催化劑作用下進行加氫反應制成粗苯胺，再通過精制、脫去粗苯胺中的水及高沸點物質制成成品苯胺。污水來自還原和精制過程，產(chǎn)生量為0.5 m3/h，苯胺含量：汽提前濃度為 20000～30000 mg/L，汽提后為1000～2000mg/L，暴露空氣后污水成棕色，是目前國內外較難處理的高濃度有機污水之一。
1.2 處理工藝的選擇
從1993年至1997年的4年中，為選擇較好的治理方法，攻關小組先后進行了汽提法、樹脂吸附法、碳素纖維吸附法、萃取法、苯胺甲醛縮合法、超聲波法和生化法試驗，試驗定性結果見表1。
表1 定性對比
|
方法 |
苯胺去除 |
CODcr去除 |
色度去除 |
苯胺回收 |
二次污染 |
運行費用 |
操作難度 |
投資 |
得分累計 |
評價系數(shù) |
|
汽提法 |
0 |
0 |
0 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
9 |
0.219 |
|
樹脂吸附法 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
5 |
0.122 |
|
碳纖維吸附法 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
5 |
0.122 |
|
萃取法 |
1 |
0 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
2 |
7 |
0.171 |
|
苯胺甲醛縮合法 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
3 |
0.073 |
|
生化法 |
2 |
2 |
2 |
0 |
2 |
2 |
1 |
1 |
12 |
0.293 |
|
合計 |
1.000 |
苯胺屬于較難生化降解的有機物，不易直接好氧分解。選擇厭氧—好氧串聯(lián)法，可利用厭氧生物使苯胺經(jīng)過酸化和甲烷化作用，分解為易降解產(chǎn)物，然后與好氧生物處理串聯(lián)，使污染物除去。上流式厭氧污泥床反應器具有污泥顆粒化、處理效率高、相分離好等特點；好氧反應器中的間歇式活性污泥法具有投資少、處理水質穩(wěn)定、能有效除去氮元素等特點，因而選用上述兩種反應器。
1.3 菌種
資料[1]顯示，苯胺分子中苯環(huán)的還原和斷裂以革蘭氏陰性微生物作媒介。用常規(guī)法培養(yǎng)的污泥中，基本不含有分解苯胺的優(yōu)勢菌種，所以選擇含有優(yōu)勢菌種的菌群是苯胺污水能否得到有效處理的關鍵。
H.S.B.菌種系從深海湖泊底部、化工廠周圍土壤及其它優(yōu)勢菌種（80多種）中選取部分菌種形成特定配比，從而形成特殊順序的食物鏈，利用各菌種互生、異生、代謝關系，分解特定的有機物。目前，H.S.B.菌種研究人員已掌握帶有多個質粒的新菌株，利用降解性質粒的相容性，把能夠降解不同有機物的質粒組合到一個菌株中，組成一個多質新菌株，這樣使一種微生物能降解多種污染物，且能完成降解過程中的多個環(huán)節(jié)。另外還可以通過結合轉移不帶降解性質粒的菌株帶上質粒，獲得降解能力，構建出超級工程菌。H.S.B.菌種能處理上百種復雜的有機物[2]，因此選定H.S.B.微生物作為菌種處理苯胺污水。
2 生化中試試驗
為了驗證污水處理工藝流程的可行性，進行了規(guī)模為20L/h的生化中試試驗。
2.1 試驗用水水質（汽提后）
表2 生化中試用水水質
|
項目 |
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/(mg.L-1) |
色度/倍 |
pH |
水溫/℃ |
|
汽提后水質 |
1000-3000 |
6000-8000 |
625-2500 |
7-8 |
35-45 |
|
平均水質 |
1500 |
7000 |
1000 |
7.5 |
40 |
2.2 處理流程
厭氧池和曝氣池操作順序見表3。
表3 操作情況
|
項目 |
操作情況 |
時間/h |
|
UASB |
進水 |
連續(xù) |
|
厭氧 |
48 |
|
|
SBR |
進水 |
1 |
|
曝氣 |
19 |
|
|
沉降 |
3 |
|
|
出水 |
1 |
CODcr 去除率達97.8％，出水苯胺含量＜1 mg/L，CODcr＜100 mg/L，色度＜50倍，達到國家一級排放標準。根據(jù)試驗，去除１kg CODcr產(chǎn)生污泥約0.05 kg。
上述結果表明，由臺灣引進的H.S.B菌種對苯胺有較強的分解能力，且運行費用低，操作性強，可應用于生產(chǎn)。
表4 處理前后苯胺、CODcr色度變化和去除率
|
進水 |
厭氧出水 |
曝氣出水 |
去除率 |
||||||||
|
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/（mg.L-1) |
色度 |
苯胺/% |
CODcr/（mg.L-1) |
色度 |
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/（mg.L-1) |
色度 |
苯胺/% |
CODcr/% |
色度 |
|
750-1000 |
4117-5780 |
550-800 |
135-200 |
480-720 |
100-150 |
0 |
45-50 |
20-80 |
100 |
97.8-99.1 |
95-99 |
|
1000-1500 |
5780-6450 |
800-1300 |
200-370 |
852-1070 |
100-150 |
0 |
45-60 |
20-40 |
100 |
98.9-99.1 |
96-99 |
|
1500-2000 |
6450-7000 |
1300-1600 |
370-560 |
1070-1224 |
100-150 |
0 |
45-60 |
100 |
99.0-99.2 |
97-99 |
|
3 工程應用
3.1 工程設計參數(shù)
苯胺污水處理工程在中試基礎上放大50倍進行設計，基本流程與中試相似，但更加具有應變能力和可操作性，并且增加了廢水預處理系統(tǒng)，各級出水均可回流，處理苯胺污水能力為20～30 m3/d，主要工藝控制參數(shù)和指標為：原水pH值7～8，厭氧和曝氣溫度15～45℃，原水COD≤7000 mg/L，厭氧時間48 h，曝氣時間20 h，壓縮空氣壓力0.2～0.4 MPa。
3.2 菌種馴化階段
菌種馴化期為65d，馴化情況見表5。
【水處理技術】
表5 菌種馴化情況
|
進水苯胺濃度/（mg.L-1) |
厭氧處理負荷/（kgCOD.-3） |
好氧曝氣時間/h |
出水苯胺濃度/（mg.L-1) |
|
2500 |
0.58 |
0 |
未放流 |
|
500-1000 |
1.20 |
48 |
250-500 |
|
1000-1500 |
1.80 |
24 |
500-750 |
|
1500-2000 |
2.40 |
220 |
200-500 |
|
2000-2500 |
3.20 |
220 |
1-200 |
3.3 正常運行階段
1998年4月至12月分析數(shù)據(jù)共218組，平均結果見表6。
表6 分析數(shù)據(jù)均值
|
進水 |
厭氧出水 |
曝氣出水 |
去除率 |
||||
|
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/(mg.L-1) |
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/(mg.L-1) |
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/(mg.L-1) |
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/(mg.L-1) |
|
800-2000 |
＜7000 |
700-1000 |
＜2000 |
＜1 |
＜100 |
＞99 |
＞97 |
4 H.S.B.法處理苯胺污水的一些探討
4.1 菌種投加方式
在工程施工中，將全部菌種投入?yún)捬醭刂�，在裝置運行一定時間后，厭氧池中出現(xiàn)了污泥，說明H.S.B.菌種具有較強的適應性，好氧細菌在厭氧池中處于休眠狀態(tài)，而厭氧細菌逐漸生長并相互結合成特有的顆粒狀污泥而沉降，處于休眠狀態(tài)的好氧細菌由于懸浮在水中而被帶入好氧池，遇到適宜環(huán)境再生長，結合成絮狀污泥。
此種投加方式也說明厭氧菌群和好氧菌群除某些優(yōu)勢菌種外，大部分菌種是相同的。此外，定期補加少量菌種有利于系統(tǒng)的正常運行，1999年該污水處理裝置補加過一次。
4.2 毒物沖擊對菌種的影響
UASB系統(tǒng)的顆粒狀污泥和循環(huán)裝置，具有對一定的毒物沖擊的耐受性，但如果較長時間的高濃度污水進入系統(tǒng)，菌種生長將受到抑制，并有可能形成單胞狀態(tài)而破壞生物聚集體（顆粒或絮狀），而且單胞狀態(tài)的菌種易隨污水流失。
4.3 泡沫問題
在生化處理調試和運行中，經(jīng)常有大量泡沫產(chǎn)生的現(xiàn)象，其原因有以下幾類：
�、� 由于C、N、P配比失衡或水中氧含量過高而破壞菌種生長平衡，諾卡氏菌種的過量生長將引起灰褐色和粘稠泡沫；
② 菌種受毒物沖擊導致細胞破裂釋放原生質而引起泡沫。
這兩種情況往往出現(xiàn)泡沫封池現(xiàn)象，須及時處理。
4.4 活性炭的作用
活性炭表面具有一定數(shù)量的羥基、醛基和羰基，易與細菌結合成為細菌的載體。UASB厭氧池中顆粒污泥的形成不依賴載體，但活性炭加入有利于吸附懸浮在水中的單胞菌種而避免菌種流失，而且對苯胺有一定的吸附作用和緩沖毒物沖擊的作用。由于頻繁排水和操作上的一些問題，適時補加少量活性炭是必要的。
4.5 污泥增長問題
H.S.B.菌種由于種類較全，分解能力較強，因而污泥產(chǎn)生量很少，如果在一定周期后適當增加曝氣時間，采用延時曝氣法，還將減少剩余污泥產(chǎn)生量。
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