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含酚廢水的生物處理技術(shù)研究

文檔作者：姜宇程彩霞2 孫宏志3 文檔來源： 1武漢大學(xué) 2住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城鄉(xiāng)規(guī)劃管理中心 3太原衛(wèi)星發(fā)射中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月31日
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含酚廢水的生物處理技術(shù)研究
姜宇，程彩霞2孫宏志3
(1武漢大學(xué)湖北武漢430072
2住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城鄉(xiāng)規(guī)劃管理中心北京100835
3太原衛(wèi)星發(fā)射中心山西太原036300)
摘要論述了脫酚茵茵種的分離、篩選、鑒定及脫酚特性等相關(guān)研究，并綜述了生物法處理舍酚廢水的研究進(jìn)展，最后展
望了其應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞脫酚菌舍酚廢水生物法
中圖分類號(hào)：X78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672—9064(2013)05—105—03
含酚廢水主要來源于焦化、煉油、煤氣等行業(yè)，其數(shù)量
多．危害大。長期飲用含酚的水可引起慢性積累性中毒，引起
頭暈、出疹、瘙癢、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，酚對(duì)皮膚和粘
膜有強(qiáng)烈的腐蝕作用．也可對(duì)人的肝臟造成傷害。由于含酚
廢水對(duì)環(huán)境及生物活體造成巨大危害．在我國被列為重點(diǎn)解
決的有害廢水之一．
目前國內(nèi)外對(duì)含酚廢水的處理方法可分為物理法、化學(xué)
法和生物法。物理法包括吸附法、萃取法等，化學(xué)法包括化學(xué)
氧化、光催化氧化等。這兩類方法適用于含酚濃度較高、毒性
較強(qiáng)的廢水。對(duì)于酚類化合物濃度較低的廢水，生物法因其
高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、殘留少、無二次污染等特點(diǎn)而被廣泛使用，
具有廣闊的應(yīng)用前景。
l 脫酚菌的分離及篩選
生物法處理含酚廢水的主要方法是活性污泥法．即利用
污泥中的好氧微生物降解酚類物質(zhì)。然而．普通微生物對(duì)酚
的耐受性較低．工業(yè)上必須將酚濃度較大的廢水稀釋后進(jìn)行
處理．這無疑提高了運(yùn)行成本。因此。高效脫酚菌的分離及馴
化引起了廣泛的關(guān)注．
目前．國內(nèi)外已從自然界中分離了多種脫酚菌株．如
Acinetobacter t1]．BacillUS㈠等。沈錫輝等川分離到l株能以苯
酚、苯甲酸、對(duì)甲酚、苯為唯一碳源和能源生長的細(xì)菌菌株．
經(jīng)生理生化、16S rRNA基因序列分析等鑒定為紅球菌
PNAN5菌株．在溫度為20～400C．pH7．0．9．0范圍內(nèi)該菌株降
解苯酚的效率保持在80％．100％之間。唐贄等：·]從大港油田
地層水中分離到一株嗜熱并高效降解苯酚的BF80菌株．其
最適生長和降解苯酚的溫度為60～65℃．低于42℃和高于
75℃時(shí)其生長受到抑制；環(huán)境pH在5．5～9．0之間其降解苯酚
較為穩(wěn)定，pH為7．0時(shí)效果最佳。利用APl50CHB／E系統(tǒng)和
16S rDNA序列分析對(duì)菌株BF80進(jìn)行了分類鑒定．確定其屬
于Geobacillus thermoglucosidasius．但因其生理生化特性有較
小差異．他們認(rèn)為其有可能是一新的亞種。通過進(jìn)行苯酚降
解實(shí)驗(yàn)．發(fā)現(xiàn)該菌在20h內(nèi)能完全降解3mmol／L的苯酚．并
能在12mmol／L苯酚的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中生長和降解苯酚．但
不能在15mmol／L的苯酚濃度下生長。
何宗建等[5]以石化煉油污水處理池中污水為菌種的來
作者簡介：姜宇(1991～)，女，助理工程師，武漢大學(xué)市政工程系。
2013．NO．5
源．在30。C、轉(zhuǎn)速為120 r．min一的恒溫振蕩搖床上進(jìn)行菌種
的馴化、培養(yǎng)，篩選出3株細(xì)菌，分別命名為LJF—l、UF一2、
LJF一3。通過3種菌株不同濃度含酚廢水降解對(duì)比性試驗(yàn)，確
定優(yōu)勢(shì)菌株LJF—l。對(duì)LJF一1進(jìn)行初步的鑒定，證明其為假
單胞菌屬。另外．外加碳源濃度對(duì)菌株的生長及降酚有較大
的影響．外加碳源為1000mg／L時(shí)，經(jīng)12h培養(yǎng)降酚率為
79．8％。岳黎等。o：從南充市煉油廠附近石油污染土壤中篩選，
馴化得到1株高效苯酚降解菌XH一10．初步鑒定其為黏質(zhì)
沙雷氏菌屬．XH一10最適生長和降解苯酚的溫度為20～
35℃，最適pH為6．0～9．0；24h內(nèi)對(duì)10mmol／L的苯酚降解率
達(dá)到99．29％．在含有20mmol，L苯酚的無機(jī)鹽培養(yǎng)基中該菌
也能生長。任河山一從石油化工廠的活性污泥和廢水混合物
中分離到10株能以苯酚為唯一碳源和能源生長的菌株．對(duì)
這10株苯酚降解菌進(jìn)行了16S rRNA基因序列同源性分析。
PDl、PD2、PD6、PD7和PD39被鑒定為假單胞菌屬(Pseu—
domonas sp．)，PD4、PD5、PD8和PD9被鑒定為不動(dòng)桿菌屬
(Acinetobacter sP．)．PD3屬于叢毛單胞菌屬(Comamonas
sp．)。經(jīng)Biolog分析，PD39被進(jìn)一步鑒定為惡臭假單胞菌
(Pseudomonas putida)。苯酚高效降解菌PD39的最適生長條
件是溫度30℃，初始pH6．O。7．0，苯酚濃度為800mg／L，該條
件下苯酚去除率達(dá)到94．44％。實(shí)驗(yàn)證明PD39可以在高達(dá)
1200mg／L苯酚濃度下生長．耐受1．5％的鹽濃度。
2生物法處理含酚廢水
2．1 好氧生物處理法
好氧生物處理法因其反應(yīng)速度快、效率高．廣泛用于低
濃度的含酚廢水處理。Stepherl等㈦分別在兩個(gè)反應(yīng)器中接
種活性污泥(R1)和好氧顆粒污泥(R2)處理苯酚廢水。R1系
統(tǒng)4d后不能完全去除苯酚．R2系統(tǒng)初始去除苯酚較慢。但
從第3d開始能穩(wěn)定去除苯酚。16S rRNA指紋分析表明R1
系統(tǒng)從第Od至第3d群落多樣性減少導(dǎo)致去除效果下降：而
R2系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)有所變化但多樣性并未減少．所以系統(tǒng)去
除效果穩(wěn)定。由此可見．在污水處理過程中好氧顆粒污泥比
活性污泥更有應(yīng)用價(jià)值。陳竹等!。]在微好氧的條件下培養(yǎng)出
顆粒污泥并用含五氯酚(PCP)的廢水對(duì)顆粒污泥進(jìn)行馴化。
顆粒污泥培養(yǎng)成熟后．PCP和COD的去除率分別達(dá)到
萬方數(shù)據(jù)
85．3％和86．1％。用掃描電鏡觀察了顆粒污泥的結(jié)構(gòu)．發(fā)現(xiàn)顆
粒污泥內(nèi)細(xì)菌種群豐富，大多數(shù)為短桿菌和球菌。同時(shí)采用
PCR—DGGE技術(shù)對(duì)培養(yǎng)出的微好氧顆粒污泥以及用PCP馴
化后的顆粒污泥中微生物的種群進(jìn)行了初步分析和對(duì)比．發(fā)
現(xiàn)經(jīng)PCP馴化后的微生物種群新增了不動(dòng)桿菌(Acinetobac—
ter)、變形桿菌(Proteobacterium)和硫酸鹽還原菌等菌群。
劉易等n0喇用典型的活性污泥研究了辛基酚(octylphe—
nol，0P)的好氧生物降解．OP濃度在50～150lxg／L范圍內(nèi)時(shí)
去除率較高且基本保持穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)證明．較長的水力停留時(shí)
間(12h)和碳氮比(2：1)有利于OP生物降解．而OP初始濃度
對(duì)主要污染物的去除率未顯示出明顯影響。同時(shí)．在好氧活
性污泥反應(yīng)器運(yùn)行期間的污泥樣品中．通過DGGE分析分離
到17個(gè)菌種核酸片段，條帶OPRB一3、OPRB一4、OPRB一6在
所有的污泥樣品中均能分離到。OPRB一3、OPRB一4條帶判斷
為反應(yīng)器中的優(yōu)勢(shì)種。鄭志軍等?]根據(jù)含酚焦化廢水的水質(zhì)
特點(diǎn)．采用二氧化氯催化氧化一混凝一好氧曝氣工藝對(duì)焦化廢
水進(jìn)行中試處理。通過前期二氧化氯催化氧化提高混凝效果
并降低后期生化處理負(fù)荷。當(dāng)后期生化處理控制停留時(shí)間為
48h時(shí)，最終使出水COD值達(dá)到120mg／L，達(dá)到GBl3456—
92國家排放標(biāo)準(zhǔn)中COD值的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。
2．2厭氧生物處理法
厭氧生物處理法是在沒有游離氧存在的條件下．兼性細(xì)
菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物的生物處理方法．相較于好
氧生物處理法．厭氧生物處理法可處理更高濃度的有機(jī)廢
水。因此，目前將此方法用于處理中、高濃度的含酚廢水及好
氧法不易處理的廢水。
史雷等[12】通過搖床間歇實(shí)驗(yàn)．研究了厭氧微生物與零價(jià)
鐵(Feo)聯(lián)合體系降解2，4．6一三氯酚(TCP)的特性。結(jié)果表
明．Feo可以顯著提高厭氧微生物對(duì)TCP的降解效率?？s短
滯后期。在pH 7．5，35℃，150r／min，F(xiàn)e0109／L條件下，TCP初
始濃度為30 mg／L時(shí)．TCP降解的擬一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)為
0．0207h～．添加少量碳源可達(dá)到0．0390h～。添加碳源的體系
在220h內(nèi)連續(xù)多次投加TCP降解率達(dá)到80％以上．而不加
碳源的體系在第2次投加TCP后降解率只有30％左右。不
同種類的碳源對(duì)體系降解TCP的影響效果不同．以甲酸鹽
作為碳源對(duì)TCP的降解速率最快。石先陽等It3]采用不斷增
加苯酚濃度、降低葡萄糖濃度的方法馴化得到厭氧污泥中以
苯酚為唯一碳源生長的微生物。初始苯酚濃度為420 mg／L
時(shí)．接種168h后馴化污泥對(duì)苯酚的分解效率達(dá)到100％，
COD的去除率為99．5％。對(duì)苯酚間歇厭氧降解過程進(jìn)行分
析．得出結(jié)論苯酚濃度在0～l 680mg／L范圍內(nèi)，其厭氧降解
過程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。將馴化污泥接種于UASB中可實(shí)現(xiàn)對(duì)
含酚廢水處理的連續(xù)運(yùn)行．最大的有機(jī)負(fù)荷達(dá)29COD／(L·
d)．穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)苯酚的去除率可維持在96％以上。
馬寧寧等It4]研究了厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)處理含酚
廢水的生化處理技術(shù)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)．ABR反應(yīng)器在容積負(fù)荷
4．74～12．14 kgCOD／(m3·h)，進(jìn)水濃度小于8000mg／L時(shí)，COD
去除率達(dá)95．25％～80．2％：進(jìn)水濃度大于8000mg／L時(shí)．COD
2013．No．5．
去除率迅速下降。說明ABR適于進(jìn)水濃度小于8000mg／L的
中等強(qiáng)度的廢水處理。劉廣民等m]采用UASB反應(yīng)器進(jìn)行了
五氯酚(pcp)模擬污水連續(xù)流試驗(yàn)．考察了不同PCP濃度及
負(fù)荷條件下系統(tǒng)對(duì)PCP和COD的降解去除規(guī)律。結(jié)果表
明，在進(jìn)水PCP含量從無到開始加入、PCP濃度提高以及
PCP負(fù)荷提高3個(gè)沖擊變化階段．厭氧系統(tǒng)對(duì)PCP和COD
的去除率均表現(xiàn)出先迅速降低后緩慢升高的變化趨勢(shì)．運(yùn)行
穩(wěn)定后PCP和COD的去除率分別達(dá)91．2％和83．5％以上。
同時(shí)發(fā)現(xiàn)．PCP使厭氧系統(tǒng)產(chǎn)酸菌由丁酸型菌群為主逐漸演
替為丙酸型菌群為主．PCP對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)甲烷菌活性產(chǎn)生明顯抑
制。PCP加入前甲烷產(chǎn)量為12．1Lid．加人后降低至2．5圳。
3結(jié)論及展望
含酚廢水毒性高、來源廣．因而成為工業(yè)廢水處理和環(huán)
境保護(hù)中不可忽視的問題。同物理法和化學(xué)法脫酚相比較．
生物法脫酚因其經(jīng)濟(jì)高效、無二次污染等特點(diǎn)受到高度重
視。目前，國內(nèi)外學(xué)者均進(jìn)行了大量脫酚菌的篩選工作并利
用16S rRNA等分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)對(duì)所分離的菌種進(jìn)行
鑒定，其中，最為常見的是假單胞菌和不動(dòng)桿菌。另外，研究
者對(duì)其所分離的菌種進(jìn)行的脫酚特性研究．在一定程度上為
脫酚菌的實(shí)際應(yīng)用提供了一定的指導(dǎo)作用。在實(shí)際含酚廢水
中．用于低濃度含酚廢水處理的好氧生物處理法因其反應(yīng)速
度快、效率高而具有很大的應(yīng)用潛力．而厭氧生物處理法可
處理更高濃度的有機(jī)廢水。因而在目前．研究好氧法與厭氧
法相結(jié)合的脫酚處理方式具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。脫酚菌由于
處理酚類物質(zhì)的效率高、效果好．因而其在含酚廢水的生物
處理過程中具有廣闊的應(yīng)用前景。
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(下轉(zhuǎn)第108頁)
萬方數(shù)據(jù)
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圖3大型潘對(duì)普通自然顆粒物圖4大型漫對(duì)納米級(jí)自然
吸附氮的影響顆粒物吸附氮的影響
綜合圖1，2，3和4可知，對(duì)于這4種顆粒物懸浮液，加
溢均比未加潘的總氮濃度高：加潘的溶解性氮濃度均低于未
加潘的溶解性氮濃度．
3討論
3．1 水體懸浮顆粒物對(duì)氮的吸附作用
顆粒物能夠吸附氮．但目前．關(guān)于這方面的研究還不是
很多。懸浮顆粒物對(duì)氮的影響吸附因素主要有顆粒物的粒
徑、顆粒物的濃度等㈨。易朝路[6]在觀察長江中下游沉積物樣
品時(shí)發(fā)現(xiàn)．當(dāng)污染十分嚴(yán)重或砂礦物顆粒粒徑小至粘土級(jí)
時(shí)，沉積物能夠吸附呈溶液態(tài)的氮，在其表面形成吸附膜。郭
長城等m選擇粒徑761xm以下顆粒物進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)．研究在
不同污染程度、不同泥沙濃度等條件下．河流顆粒物吸附污
染河水中氮的特色。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得：河流顆粒物對(duì)污染河
水中氮有一定的吸附作用：隨著時(shí)間的延長，水體溶解性總
氮的含量逐漸降低：顆粒物粒徑、氮濃度、顆粒物濃度都會(huì)對(duì)
顆粒物吸附氮產(chǎn)生影響．粒徑越小、氮濃度越高、顆粒物濃度
越高．吸附效果越好．
3．2大型涵對(duì)水體懸浮顆粒物吸附氮的影響
因總氮濃度=溶解態(tài)氮濃度+固態(tài)(即顆粒物吸附態(tài))氮
濃度．在所有顆粒物懸浮液中．加涵的總氮濃度高于未加潘
的總氮濃度．而加潘的溶解性氮濃度低于未加涵的溶解性氮
‘。㈨．‘-’㈨l一‘。Ⅶ．‘r”till．一。IIII．．一’¨¨J．，’?●__一“till__一+。?●_一oIII_··’’lilt，’’?●_··“’II
(上接第106頁)
濃度．則可得加潘的顆粒物對(duì)氮的吸附量明顯高于未加潘的
顆粒物對(duì)氮的吸附量．進(jìn)而得出大型潘的生命活動(dòng)可促進(jìn)顆
粒物對(duì)氮的吸附作用。Rachamim et a1．㈣也得出類似的結(jié)論：
在以色列Kinneret湖泊中．枝角類和橈足類浮游動(dòng)物對(duì)腐殖
質(zhì)的降解、營養(yǎng)鹽的循環(huán)產(chǎn)生顯著的促進(jìn)作用：但在高水位
年份．浮游動(dòng)物對(duì)該湖泊中顆粒態(tài)氮的貢獻(xiàn)減少．這很可能
是高負(fù)荷的懸浮顆粒物所致．進(jìn)而導(dǎo)致湖泊的顆粒態(tài)氮含量
增加。由此可見，在低濁度的水體中，浮游動(dòng)物將促進(jìn)顆粒物
吸附氮的吸附作用。大型潘對(duì)顆粒物和水體中氮的攝人量均
隨其生命活動(dòng)的進(jìn)行而發(fā)生變化。故顆粒物和水體中的氮濃
度也會(huì)因大型潘的生命活動(dòng)而產(chǎn)生變化．
顆粒粒徑減小，顆粒的比表面積增加．顆粒吸附污染物
及營養(yǎng)鹽的能力增強(qiáng)。已有研究得出，細(xì)顆粒比粗顆粒對(duì)氮
的吸附速率具有更顯著的影∽。本研究也得到類似的結(jié)果．
由加潘與未加溢的總氮濃度差及兩者的溶解性氮濃度差可
知．納米級(jí)蒙脫土比普通級(jí)蒙脫土對(duì)氮的吸附效果更顯著。
4結(jié)論
(1)加涵的總氮濃度明顯高于未加潘的總氮濃度．而加
溢的溶解態(tài)氮濃度明顯低于未加潘的溶解態(tài)氮濃度。大型潘
促進(jìn)顆粒物對(duì)氮的吸附作用。
(2)納米級(jí)蒙脫土比普通級(jí)蒙脫土對(duì)氮的吸附效果更顯
著。這可能是由于顆粒粒徑減小，顆粒的比表面積增加．顆粒
吸附污染物及營養(yǎng)鹽的能力增強(qiáng)所致。
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