生物強化膜生物反應器降解對氨基苯磺酸的研究

王艷青

（遼寧北方環境保護有限公司遼寧沈陽110031）

生物強化膜生物反應器降解對氨基苯磺酸的研究

王艷青

（遼寧北方環境保護有限公司遼寧沈陽110031）

本文在膜生物反應器（MBR）中投加菌種Pannonibacter sp.W1，以對氨基苯磺酸（4-ABS）為唯一碳源，進行了4-ABS廢水生物強化降解的研究。考察了不同水力停留時間、有機負荷、污泥濃度、DO條件下，W1作為高效菌強化MBR的降解效果及特性。結果表明，MBR運行穩定，菌泥活性好，MLSS濃度高，停留時間為6h時，出水4-ABS去除率可達99%以上，COD低于50 mg/L，控制DO在5mg/L～6 mg/L為宜。通過涂板分析，粗估W1是優勢菌株，可在MBR中穩定存在。

對氨基苯磺酸；膜生物反應器；生物強化；生物降解

對氨基苯磺酸（4-Aminobenzenesulfonic acid，4-ABS）廣泛用于偶氮染料、印染助劑、食品色素、香料、醫藥和農藥等化工產品的中間體生產，也是制造農藥敵銹鈉的重要成分，在生產和使用過程中，不少4-ABS以工業廢水的形式排入水體，嚴重危害水環境。因其結構含有氨基（-NH2）和磺酸基（-SO3）兩性官能團，具有高極性和水溶性，且化學結構穩定，屬于難生物降解的化學物質[1-3]。

優勢菌處理廢水的應用中，人為地使某類菌在數量或質量上占優勢，抑制其他菌群生長，達到提高進水負荷和處理效果的目的[4]。隨著人們對微生物認識的加深，高效菌與MBR結合用于廢水處理工程，發揮著巨大的作用[5]。本文以4-ABS為唯一碳源，考察不同水力停留時間（HRT）、有機負荷、污泥濃度、DO及pH條件下，W1作為高效菌強化MBR的降解效果及特性，優化工藝參數，并對反應器穩定運行進行分析評價，為生物強化MBR實際應用于芳香族磺酸類化合物廢水的處理提供參考。

1　材料與方法

1.1實驗材料

主要化學試劑為4-ABS，純度為99%，分析純，結構見圖1。

菌種為作者馴化分離的4-ABS高效降解菌株Pannonibacter sp.W1。該菌種于-80℃冷凍保存（30%甘油:菌液=1:1），活化后使用。反應器進水為無機鹽配方，按需加入定量4-ABS。

1.2實驗裝置

配制的有機廢水滅菌后置于進水槽1中，由進水泵2打入反應器3中。出水泵7的抽吸作用下經膜組件4過濾出水，真空表測定透膜壓力，確定膜是否清洗或更換，出水排入8中。曝氣由曝氣泵6提供，氣量由轉子流量計5控制，DO通過溶氧儀測定。見圖2。

圖1　4-ABS結構式

圖2　膜生物反應器裝置示意圖

1.3分析方法

測量4-ABS在最大吸收峰249nm的吸光度，由質量濃度-吸光度標準曲線得到其濃度；混合液懸浮固體（MLSS）用重量法測定；CODcr用重鉻酸鉀法測定，DO用溶氧儀測定。

1.4運行方式

MBR反應器間歇運行，進水時間0.5 h，HRT12 h～24 h，出水時間2h～3.5 h，DO 4.0 mg/L～6.2 mg/L，pH值7.0±0.2，據真空表示數和膜出水速率進行膜清洗。

2　結果與討論

2.1MBR對4-ABS的去除效果

圖3表明，MBR運行中，進水4-ABS濃度保持1000 mg/L左右，HRT由14 h降至10 h，后降至6 h，4-ABS去除率始終保持在99%以上，兩個月內處理效果穩定，并在運行初期很快達到較好效果，說明高效菌W1的投加使MBR啟動期大大縮短，去除目標物的效率大大提高，顯示了W1相比于傳統的活性污泥，降解目標污染物具有很大優勢。

2.2MBR對COD的去除效果

圖4表明，進水COD保持在1000mg/L以上，而出水COD低于100mg/L，滿足出水要求。相比4-ABS的去除率99%，COD去除率僅保持在95%左右，偏低，分析其原因，微生物降解4-ABS過程中，自身產生可溶性微生物產物（SMP）和小分子的胞外聚合物（EPS）給出水帶入了少量COD，但隨著運行時間的延長，微生物對產物的降解能力增強，出水COD略有下降并趨于穩定，也可能由于兩者測量精度不同導致。

2.3有機負荷對去除率的影響

進水有機負荷指單位容積曝氣區在單位時間內所能承受的COD或BOD的量，也叫容積負荷。圖5

圖3　運行期間MBR對4-ABS的去除

圖4　運行期間MBR對COD的去除

圖5　進水COD負荷對去除率的影響

表明，反應器運行過程中，雖然COD進水濃度保持穩定，但隨著HRT縮短，容積負荷由最初的1700 mg·COD/(m3·d)升至4200 mg ·COD/(m3·d)。由于菌量增加，污泥負荷變化不大，仍可保持COD去除率達95%。

2.4反應器內MLSS的變化

圖6表明，隨著運行時間的增長和HRT的縮短，反應器中混合液懸浮固體（MLSS）濃度不斷增加，直到5 g/L左右實現菌體增殖與內源呼吸消耗的平衡，F/M（有機物與微生物的比值)較低，污泥濃度增加趨于緩慢或動態平衡。不斷增加并趨于穩定的MLSS是維持高進水負荷下仍保持較高去除率的關鍵，保證了系統正常、穩定、高效運行。

2.5DO對MBR降解4-ABS的影響

圖7表明，MLSS變化不大（1.08mg/L～1.18 mg/L）的情況下，溶解氧（DO）低于4.5 mg/L時，去除率僅為50%左右，而高于5 mg/L時，對降解率的影響不大，保持在95%以上，但是當DO濃度不斷增大，去除率出現降低現象，分析原因是因為有機物的供給低于高活性代謝下的消耗，造成微生物濃度降低，引起降解率下降。

2.6反應器中菌群的穩定行考察

反應器運行兩個月后，取1mL菌液進行涂板計數分析，結果見表1。菌株W1的類似菌落占總菌落的70%，粗估W1是優勢菌株，可在MBR運行環境中穩定存在。

圖6　反應器內MLSS的變化

圖7　DO對MBR降解4-ABS的影響

表1　反應器中不同菌落的分布

3　結語

（1）MBR反應器運行穩定，菌泥活性好，MLSS濃度高，出水水質好，HRT為6h時，4-ABS去除率可達99%以上，出水COD低于50 mg/L；（2）MBR反應器中控制DO5mg/L～6 mg/L為宜；（3）通過涂板分析，粗估W1是優勢菌株，可在MBR運行環境中穩定存在。

[1]Coughlin M F,Kinkle B K,Tepper A et al.Characterization of aerobic azo dye-degrading bacteria and their activity in biofilms[J]. Water Science and Technology,1997,36(1):215-220.

[2]Riu J,Schonsee I,BarceloD et al.Determination ofsulphonated azo dyesin waterand wastewater[J].TrendsAnal.Chem.,1997,16:405-419.

[3]羅學輝,秦煒,符鈺,等.絡合萃取法處理磺酸類染料中間體工業廢水的研究[J].化學工程,2003,31(2):51-54.

[4]貼靖璽.生物強化技術處理焦化廢水中難降解有機物及其相關性分析[D].西安:西安建筑科技大學,2003.

[5]顧國維.膜生物反應器在污水處理中的研究和應用[M].北京:化學工業出版社,2002.

“十二五”水專項“遼河流域分散式污水治理技術產業化”課題（2012ZX07212-001）。

王艷青（1983—），女，漢，山東省濱州市，碩士，工程師，從事環境保護和水處理工作。