高效耐鹽菌處理高濃度石化廢水的研究

石油化工企業(yè)的有機化工廠和助劑廠所產(chǎn)生的廢水具有排放量大、污染物組分復(fù)雜、處理難度大等特點，主要含酚類衍生物，其中以鄰苯二甲酸二正丁酯(DBP)含量最高，屬較難生物降解的工業(yè)廢水[1,2]。在這樣的廢水條件下，一般的生物難以較好地生存，廢水處理效果不佳[3，4]。如何有效處理高濃度石化廢水一直是生產(chǎn)企業(yè)面臨的難題，也是企業(yè)實現(xiàn)廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的瓶頸[5]。為此，作者利用從自然界分離獲得的3株高效耐鹽菌對高濃度石化廢水進行了處理研究。

1 實驗

1.1 材料和培養(yǎng)基

取蘭州石化廢水(GC-MS分析其主要特征污染物是鄰苯二甲酸二正丁酯、對羥基苯甲醛、甲乙酮等有機物,以鄰苯二甲酸二正丁酯為主)，根據(jù)礦化度、有機污染物的濃度，配制初始鄰苯二甲酸二正丁酯含量為1000 mg·L-1的模擬廢水。

菌種從蘭州石化污水處理廠的活性污泥中篩選分離。

富集培養(yǎng)基：牛肉膏5 g，蛋白胨10 g，氯化鈉5 g，pH值7.2～7.6，加水定容至1 L。

篩選培養(yǎng)基：NH4NO31.0 g，KH2PO40.5 g，K2HPO40.5 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，CaCl20.1 g，NaCl 0.2 g，MnSO4·H2O微量，F(xiàn)eSO4·7H2O微量,鄰苯二甲酸二正丁酯適量，加水定容至1 L，pH值7。

1.2 方法

1.2.1 菌株的馴化分離

取少量經(jīng)過富集培養(yǎng)的菌液接入50 mL以200 mg·L-1鄰苯二甲酸二正丁酯為唯一碳源的培養(yǎng)基中，30℃、150 r·min-1振蕩培養(yǎng)48 h。重復(fù)上述培養(yǎng)過程，直至鄰苯二甲酸二正丁酯濃度達(dá)到1000 mg·L-1。采用梯度稀釋法對菌株進行分離，劃線法純化。將純化后處在對數(shù)生長期且OD600值相近的馴化菌株，按3%(體積比)的接種量接入新的唯一碳源培養(yǎng)基中，選取同一時間內(nèi)降解率(采用氣相色譜法測定)最大的菌株，置4℃冰箱備用。

1.2.2 裝置及流程

實驗裝置如圖1所示。計量泵將模擬廢水從生物膜反應(yīng)器底部打入，從上部出水管排出。實驗采用隔膜式氣泵，按向上流運行，用曝氣環(huán)均勻曝氣。加熱裝置為加熱棒，利用溫控儀控制溫度。進水槽配備小型攪拌器，以保持進水濃度均勻。

1.模擬廢水 2.計量泵 3.生化反應(yīng)罐 4.溫控儀 5.空氣壓縮機 6.沉淀池

在反應(yīng)器中加入7 L的實驗?zāi)鄻樱捎眠B續(xù)曝氣，溶解氧控制在2.0 mg·L-1，溫度控制在30℃，pH值控制在7.5～7.8，含鹽量2.5%～3.0%，每隔24 h取樣100 mL，每組2個平行樣，測定出水的pH值、COD值、生化需氧量(BOD5)、在不同廢水與營養(yǎng)比例下及不同營養(yǎng)配方條件下出水COD值情況，處理系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)90 d。

1.2.3 分析測試

pH值測定： WTW pH/Oxi 340i型測試計；生化需氧量(BOD5)測定：WTW OxiTop IS型BOD測定儀；化學(xué)需氧量(COD)測定：5B-3D型COD快速測定儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 菌株的馴化分離

經(jīng)富集、馴化培養(yǎng)，確定3株菌株具有較強的鄰苯二甲酸二正丁酯降解能力，命名為JF-2、JF-3、JF-6，經(jīng)過生理生化鑒定及分子生物學(xué)鑒定為食酸菌屬(Acidovorax)。

2.2 廢水處理前后各項指標(biāo)變化

2.2.1 廢水處理前后pH值變化(圖2)

圖2 廢水處理前后pH值的變化

由圖2可知，廢水進入反應(yīng)罐之前pH值調(diào)節(jié)在7.5～7.8，經(jīng)過反應(yīng)器活性污泥處理之后，pH值降低為5.5～6.5。其主要原因可能在于微生物在代謝過程中產(chǎn)生了乙酸等酸性物質(zhì)。對比最適生長初始pH值可知，3株菌處理廢水過程中，其pH值變化基本在其適宜生長范圍內(nèi)。

2.2.2 廢水處理前后COD的變化

微生物以鄰苯二甲酸二正丁酯作為唯一碳源，將廢水中鄰苯二甲酸二正丁酯代謝成CO2和H2O等。3株菌作用前后廢水的COD的變化見圖3。

圖3 廢水處理前后COD的變化

由圖3可知，處理后廢水的COD均大幅降低，其中JF-2菌對COD最佳去除率為93%，JF-3菌對COD最佳去除率為99%，JF-6菌對COD最佳去除率為94%，COD去除率均在80%以上。整個處理過程中，微生物對鄰苯二甲酸二正丁酯的降解效果較為穩(wěn)定。

2.2.3 廢水處理過程中BOD5的變化(圖4)

圖4 廢水處理過程中BOD5的變化

由圖4可知，隨處理時間的延長，廢水BOD5不斷增大，其中，JF-3的增幅最大，BOD5達(dá)到1400 mg·L-1，其次為JF-2，BOD5達(dá)到750 mg·L-1，JF-6增幅較小。表明在廢水中接種高效耐鹽菌可大幅提高廢水的BOD5，增強其可生化性，更利于廢水中污染物的降解，改善廢水的生化處理效果。

2.2.4 碳源/氮源復(fù)合營養(yǎng)下廢水處理前后COD的變化(圖5)

圖5 碳源/氮源復(fù)合營養(yǎng)下廢水COD去除率

添加含碳源的營養(yǎng)物質(zhì)，處理初期污水的COD明顯增加，說明添加此營養(yǎng)可顯著增加COD。由圖5可知，模擬廢水進水COD值為4100 mg·L-1時，處理后廢水COD去除率雖然達(dá)到70%～85%，但仍較高，原因可能是由于裝置運行時間較短，污泥對廢水需要一定的時間適應(yīng)。

2.2.5 未添加碳源營養(yǎng)下廢水處理前后COD的變化(圖6)

圖6 未加碳源營養(yǎng)下廢水COD去除率

在小試試驗中，模擬廢水初始COD值是3600 mg·L-1，添加營養(yǎng)液后有所升高，為4100 mg·L-1。由圖6可知，生化反應(yīng)器的出水COD去除率達(dá)到80%以上，出水COD濃度在800 mg·L-1以下。礦化度實測2.5×104～3.0×104mg·L-1。這充分說明生物系統(tǒng)形成了耐高礦化度、降解高濃度有毒有機污染物的極端微生物的優(yōu)勢群系。以上研究表明，模擬廢水中的有機物質(zhì)完全可以滿足微生物生長所需，可少投加或不投加碳源營養(yǎng)，COD的去除效果是理想的。

3 結(jié)論

(1)3株高效耐鹽菌處理高濃度石化廢水，出水pH值均有所下降，污染物含量大幅降低，3%含鹽量下的COD去除率均在80%以上。

(2)3株高效耐鹽菌處理高濃度石化廢水，均可大幅提高廢水的BOD5，從而改善廢水處理效果。

(3)3株高效耐鹽菌處理高濃度石化廢水(初始COD為4100 mg·L-1)，外加碳源對COD去除率影響較小。

參考文獻：

[1] 沈?qū)W崴,孫為軍,劉景泰，等.用GC/MS法分析某有機化工廠周圍土壤中的有機污染物[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技,2005,25(3):14-15，23.

[2] 李娜,王暄,呂曉龍.優(yōu)勢菌技術(shù)處理難降解石化廢水研究[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,27(4):41-44，48.

[3] 何義亮,張波.高效復(fù)合微生物技術(shù)處理化工試劑廢水[J].中國給水排水,2002,18(5):74-76.

[4] 宋秀娟,張春燕,榮國海.生物強化技術(shù)處理化纖廢水[J].化工環(huán)保,2005,25(4):295-297.

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