高效微生物處理硝基苯-苯胺混合廢水
摘要：使用高效微生物和A/SBR 生化法工藝流程對硝基苯-苯胺混合廢水進行處理，硝基苯（NB）從50mg/L 降至2mg/L 以下，苯胺（An）從500mg/L 降至1mg/L 以下，去除率分別達到96%和99.8%，并且出水COD 在100mg/L 以下，出水水質達到國家一級排放標準（GB8978-1996）。本文簡要分析工藝流程及原理。
關鍵詞：硝基苯-苯胺廢水；高效微生物；生化處理
硝基苯和苯胺都是重要的化工原料和精細化工中間體，是難生物降解的劇毒化學品,給排放水體造成長期的嚴重污染，危害人體健康，因此國家對硝基苯和苯胺制定了嚴格的排放標準[1][2]。但是，硝基苯和苯胺綜合污水具有成分復雜、濃度高、毒性大、處理難度大等[3][4]特點。
運用高效微生物系統技術處理硝基苯-苯胺綜合廢水是一種經濟有效的生化處理技術。2002年6月，筆者利用以A/SBR工藝為核心的高效微生物系統技術對江蘇某廠的硝基苯--苯胺混合廢水的實施了技改工程，取得了良好的處理效果，出水各項主要指標均達到國家一級排放標準。
1 實驗部分
1.1 水質水量
江蘇某廠是一家生產硫酸復合磷肥和有機化工產品的化工企業，其有機車間生產硝基苯、苯胺、環己胺等有機產品，其中每年排放約4.5萬噸硝基苯廢水和0.76萬噸苯胺廢水，主要污染物為硝基苯、苯胺、硝基酚及其他芳烴化合物等大量的有機污染物，其中很大一部分對微生物有抑制和毒害作用，生物降解難度大。
1.1.1 硝基苯廢水（NB）水質
1.1.2 苯胺廢水（An）水質
1.1.3 混合廢水水質
1.2 工藝流程
由生產裝置排出的硝基苯及苯胺廢水，先進入事故池冷卻，初步均勻水質。廢水由事故池進入勻質池調節水質水量，同時進行pH 值的調整，并添加營養劑，均化后的廢水集中泵入備用池。備用池廢水連續進入兼氧池，在兼氧池進行開環脫色，產生有機酸。
兼氧池出水經沉淀池固液分離后進入緩沖池，沉淀池下層污泥回流至兼氧池。因后續單元為間歇式操作，故設緩沖池調節水量。
廢水進入SBR1 池和SBR2 池，兩個SBR 池中投放HSBEMBM高效微生物系統，通過其作用把復雜的有機大分子化合物和絕大多數抑制性的物質降解為易生化的小分子物質或全部降解；在SBR 反應池可以在同一周期內通過調節曝氣量以改變運行方式，極大限度的提高有機物的去除率，沉降后將上清液通過緩沖池進行達標排放。
兼氧池、沉淀池、緩沖池均為重力自流，沉淀池污泥連續回流至兼氧池。好氧池的剩余污泥由污泥泵送至兼氧池，兼氧池又兼作污泥消化池。
勻質池采用穿孔曝氣的混合攪拌方式進行廢水水質、水量的調整。兼氧池采用潛水攪拌。SBR 采用鼓風曝氣，曝氣方式為微孔結合穿孔，保證各單元混合液混合完全，形成懸浮狀態。
1.3 系統的啟動和運行
1.3.1 高效微生物的馴化
在兼氧池和SBR 內投放一定比例的微生物載體（100～180 目），混勻后投加高效微生物，兼氧滿足COD：N：P=300：5：1，SBR系統滿足COD：N：P=100：5：1，開始馴化，在低濃度下初步適應水質后，開始逐漸提升進水COD濃度，最終進水COD 達到1500mg/L。整個投加和前期馴化時間2個月左右。
1.3.2 系統的穩定運行
A/SBR 生化處理系統經過微生物固化和馴化階段，到2002年9月底，處理裝置基本達到設計處理能力，出水水質良好。
1.3.3 各單元參數
2 運行效果
2.1 COD 去除
高效微生物菌種對各種有機污染物的耐受性能及降解效能都比普通微生物的性能好，通過系統運行發現，經過兼氧和SBR的生化處理后，出水COD基本可以控制在100mg/L范圍內．圖2是系統運行中COD的變化曲線。運行過程中發現，仍然有約50mg/L左右的COD無法徹底去除，其中除不可降解的部分外，主要是懸浮顆粒，包括老化淘汰的菌體、死亡菌體的細胞碎片等。要使出水COD穩定達標，應盡量避免系統受到沖擊。
2.2 苯胺（An）去除
進水中苯胺濃度高的情況下，會抑制多數微生物的活性，所以進水中的苯胺濃度要控制在500mg/L 以下，否則要做稀釋處理。實驗證明，通過A/SBR 工藝處理后，苯胺濃度可穩定的降至1mg/L 以下，廢水中的硝基苯基本可以完全去除。表3 表明了A/SBR 處理工藝去除苯胺的效果。
2.3 硝基苯（NB）去除
進水中硝基苯濃度高的情況下，硝基苯對多數微生物具有很強的毒害和抑制作用，所以進水中的硝基苯濃度要控制在100mg/L 以下，否則要做稀釋處理。實驗證明，通過A/SBR 工藝處理后，硝基苯濃度可穩定的降至2mg/L 以下，廢水中的硝基苯基本可以完全去除。表4 表明了A/SBR 處理工藝去除硝基苯效果。
2.4 主要污染物去除率
硝基苯-苯胺綜合廢水通過A/SBR 生化工藝處理后，主要污染物COD、硝基苯、苯胺濃度分別可降至100mg/L、2mg/L、1mg/L 以下，去除率分別可達93%、99.54%、99.95%，基本可達到國家一級排放標準（GB8978-1996）；圖5 表明了COD、硝基苯、苯胺去除率。
3 討論
3.1 高效微生物菌群具有完整的分解鏈，底物分解徹底，產泥量少，只及常規活性污泥法的1/10 以下，可大幅度減少污泥產量和污泥處置的費用。同時增加了污泥的泥齡，使繁殖較慢的優勢菌群在系統能夠得以充分積累，提高系統的處理能力。而且，采用與特殊微生物載體相結合，且一次性投加，具有適應能力強，可長期運行，無需補加的特點。
該菌群是由大部分兼性菌種組成，在兼氧的環境下將復雜有機物由酸化菌群轉化為有機酸，經過酸化預處理后的廢水，再經過SBR 中的微生物吸附，合成等過程，便可完全降解成無機物，從而達標排放。
3.2 與硝基苯相比較而言，苯胺對微生物的抑制要弱些，也更容易被高效微生物降解。在進水中，一般要控制苯胺濃度不超過500mg/L，只要控制A/SBR生化處理系統穩定運行，出水中的苯胺均可小于1mg/L。
3.3 硝基苯相對于苯胺可生化性更差，目前國內外對其生物降解機理的討論較少，本研究對此進行了探討。
在缺氧過程中硝基苯被吸附在生物體內，通過微生物體內還原蛋白酶和還原輔酶（包括NADH 和FADH2）的作用，其上的氫以質子形式脫下,其電子沿一系列的電子傳遞體轉移。最后轉移到質子和離子型氧上而生成水，從而轉化成苯胺，再由苯胺繼續降解，苯胺在發酵產生的羧基作用下，生成甲酰（乙酰）苯胺，然后加氫脫氨，生成苯甲酸，繼續加氫還原生成環己烷酸。由于硝基苯還原需要大量的輔酶，而每個輔酶含有3 個以上的高能磷酸鍵ATP，因此硝基苯降解比苯胺更為困難。
在好氧過程中苯胺在水解酶的作用下生成鄰苯二酚，再脫氫生成鄰苯醌，苯醌在輔酶A的作用下，鄰位開環，分裂為己二酸。脂肪酸可繼續β-氧化生成乙酰輔酶A，生成的有機酸等脂肪族化合物在乙酰輔酶A 的作用下，繼續氧化進入三羥酸循環（TCA），最終氧化生成CO2和H2O，徹底去除廢水中的硝基苯。
4 結論
運用高效微生物系統技術處理苯胺廢水是一種新型的生化處理技術，經過3年多的運行跟蹤研究認為，高效微生物菌群性能穩定，適應能力較強，尚未發現菌種有明顯的退化現象。
經過馴化的高效微生物菌群對工業廢水中的硝基苯-苯胺污染物有很好的去除效果；采用A/SBR工藝，合理地控制條件，可以保證出水達到國家一級排放標準。對于硝基苯-苯胺工業廢水處理來說，是經濟可行的。
參考文獻：
[1]王麗敏，劉振鴻，王建剛. 硝基苯廢水治理技術研究進展[J].江蘇環境科技，2005年，18（2）：40-42.
[2]聶永平，鄧正棟，袁進. 苯胺廢水處理技術研究進展[J].環境污染治理技術與裝備，2003年，4（2）；77-81.
[3]韋朝海，任源. 硝基苯與苯胺類廢水生物降解協同作用研究[J].環境科學研究，1999年，12（3）：12-13.
[4]鄭金來，李君文. 苯胺、硝基苯和三硝基甲苯生物降解研究進展[J].微生物通報，2001年，28（5）：85-88.
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