1 处理工艺的确定
1.1 污水水量、水质
苯胺采用硝基苯加热至气态和氢气在催化剂作用下进行加氢反应制成粗苯胺，再通过精制、脱去粗苯胺中的水及高沸点物质制成成品苯胺。污水来自还原和精制过程，产生量为0.5 m3/h，苯胺含量：汽提前浓度为 20000～30000 mg/L，汽提后为1000～2000mg/L，暴露空气后污水成棕色，是目前国内外较难处理的高浓度有机污水之一。
1.2 处理工艺的选择
从1993年至1997年的4年中，为选择较好的治理方法，攻关小组先后进行了汽提法、树脂吸附法、碳素纤维吸附法、萃取法、苯胺甲醛缩合法、超声波法和生化法试验，试验定性结果见表1。
表1 定性对比
|
方法 |
苯胺去除 |
CODcr去除 |
色度去除 |
苯胺回收 |
二次污染 |
运行费用 |
操作难度 |
投资 |
得分累计 |
评价系数 |
|
汽提法 |
0 |
0 |
0 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
9 |
0.219 |
|
树脂吸附法 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
5 |
0.122 |
|
碳纤维吸附法 |
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 |
|
苯胺甲醛缩合法 |
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 |
|
合计 |
1.000 |
苯胺属于较难生化降解的有机物，不易直接好氧分解。选择厌氧—好氧串联法，可利用厌氧生物使苯胺经过酸化和甲烷化作用，分解为易降解产物，然后与好氧生物处理串联，使污染物除去。上流式厌氧污泥床反应器具有污泥颗粒化、处理效率高、相分离好等特点；好氧反应器中的间歇式活性污泥法具有投资少、处理水质稳定、能有效除去氮元素等特点，因而选用上述两种反应器。
1.3 菌种
资料[1]显示，苯胺分子中苯环的还原和断裂以革兰氏阴性微生物作媒介。用常规法培养的污泥中，基本不含有分解苯胺的优势菌种，所以选择含有优势菌种的菌群是苯胺污水能否得到有效处理的关键。
H.S.B.菌种系从深海湖泊底部、化工厂周围土壤及其它优势菌种（80多种）中选取部分菌种形成特定配比，从而形成特殊顺序的食物链，利用各菌种互生、异生、代谢关系，分解特定的有机物。目前，H.S.B.菌种研究人员已掌握带有多个质粒的新菌株，利用降解性质粒的相容性，把能够降解不同有机物的质粒组合到一个菌株中，组成一个多质新菌株，这样使一种微生物能降解多种污染物，且能完成降解过程中的多个环节。另外还可以通过结合转移不带降解性质粒的菌株带上质粒，获得降解能力，构建出超级工程菌。H.S.B.菌种能处理上百种复杂的有机物[2]，因此选定H.S.B.微生物作为菌种处理苯胺污水。
2 生化中试试验
为了验证污水处理工艺流程的可行性，进行了规模为20L/h的生化中试试验。
2.1 试验用水水质（汽提后）
表2 生化中试用水水质
|
项目 |
苯胺/（mg.L-1) |
CODcr/(mg.L-1) |
色度/倍 |
pH |
水温/℃ |
|
汽提后水质 |
1000-3000 |
6000-8000 |
625-2500 |
7-8 |
35-45 |
|
平均水质 |
1500 |
7000 |
1000 |
7.5 |
40 |
2.2 处理流程
厌氧池和曝气池操作顺序见表3。
表3 操作情况
|
项目 |
操作情况 |
时间/h |
|
UASB |
进水 |
连续 |
|
厌氧 |
48 |
|
|
SBR |
进水 |
1 |
|
曝气 |
19 |
|
|
沉降 |
3 |
|
|
出水 |
1 |
CODcr 去除率达97.8％，出水苯胺含量＜1 mg/L，CODcr＜100 mg/L，色度＜50倍，达到国家一级排放标准。根据试验，去除１kg CODcr产生污泥约0.05 kg。
上述结果表明，由台湾引进的H.S.B菌种对苯胺有较强的分解能力，且运行费用低，操作性强，可应用于生产。
表4 处理前后苯胺、CODcr色度变化和去除率
|
进水 |
厌氧出水 |
曝气出水 |
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 工程应用
3.1 工程设计参数
苯胺污水处理工程在中试基础上放大50倍进行设计，基本流程与中试相似，但更加具有应变能力和可操作性，并且增加了废水预处理系统，各级出水均可回流，处理苯胺污水能力为20～30 m3/d，主要工艺控制参数和指标为：原水pH值7～8，厌氧和曝气温度15～45℃，原水COD≤7000 mg/L，厌氧时间48 h，曝气时间20 h，压缩空气压力0.2～0.4 MPa。
3.2 菌种驯化阶段
菌种驯化期为65d，驯化情况见表5。
【水处理技术】
表5 菌种驯化情况
|
进水苯胺浓度/（mg.L-1) |
厌氧处理负荷/（kgCOD.-3） |
好氧曝气时间/h |
出水苯胺浓度/（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 正常运行阶段
1998年4月至12月分析数据共218组，平均结果见表6。
表6 分析数据均值
|
进水 |
厌氧出水 |
曝气出水 |
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.法处理苯胺污水的一些探讨
4.1 菌种投加方式
在工程施工中，将全部菌种投入厌氧池中，在装置运行一定时间后，厌氧池中出现了污泥，说明H.S.B.菌种具有较强的适应性，好氧细菌在厌氧池中处于休眠状态，而厌氧细菌逐渐生长并相互结合成特有的颗粒状污泥而沉降，处于休眠状态的好氧细菌由于悬浮在水中而被带入好氧池，遇到适宜环境再生长，结合成絮状污泥。
此种投加方式也说明厌氧菌群和好氧菌群除某些优势菌种外，大部分菌种是相同的。此外，定期补加少量菌种有利于系统的正常运行，1999年该污水处理装置补加过一次。
4.2 毒物冲击对菌种的影响
UASB系统的颗粒状污泥和循环装置，具有对一定的毒物冲击的耐受性，但如果较长时间的高浓度污水进入系统，菌种生长将受到抑制，并有可能形成单胞状态而破坏生物聚集体（颗粒或絮状），而且单胞状态的菌种易随污水流失。
4.3 泡沫问题
在生化处理调试和运行中，经常有大量泡沫产生的现象，其原因有以下几类：
① 由于C、N、P配比失衡或水中氧含量过高而破坏菌种生长平衡，诺卡氏菌种的过量生长将引起灰褐色和粘稠泡沫；
② 菌种受毒物冲击导致细胞破裂释放原生质而引起泡沫。
这两种情况往往出现泡沫封池现象，须及时处理。
4.4 活性炭的作用
活性炭表面具有一定数量的羟基、醛基和羰基，易与细菌结合成为细菌的载体。UASB厌氧池中颗粒污泥的形成不依赖载体，但活性炭加入有利于吸附悬浮在水中的单胞菌种而避免菌种流失，而且对苯胺有一定的吸附作用和缓冲毒物冲击的作用。由于频繁排水和操作上的一些问题，适时补加少量活性炭是必要的。
4.5 污泥增长问题
H.S.B.菌种由于种类较全，分解能力较强，因而污泥产生量很少，如果在一定周期后适当增加曝气时间，采用延时曝气法，还将减少剩余污泥产生量。
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