大孔樹脂吸附-生物再生法處理高鹽苯酚廢水的研究

顧錫慧

（中海油天津化工研究設(shè)計院，天津 300131）

·環(huán)境保護·

大孔樹脂吸附-生物再生法處理高鹽苯酚廢水的研究

顧錫慧

（中海油天津化工研究設(shè)計院，天津 300131）

本文利用大孔吸附樹脂吸附-生物再生法處理高鹽苯酚廢水。循環(huán)再生實驗結(jié)果表明XDA-1吸附-生物再生法處理高鹽苯酚廢水效果穩(wěn)定，6次再生效率仍可維持在81%以上，對NaCl的分離效率均大于99%。再生XDA-1的大部分孔隙結(jié)構(gòu)沒有受到破壞，表面性質(zhì)保持較好，由此可以認定生物再生是一種較為安全的再生方法。

苯酚；吸附；高鹽廢水；生物再生；XDA-1

本研究采用大孔樹脂吸附-生物再生工藝來處理高鹽苯酚廢水，利用大孔吸附樹脂對芳香類化合物進行選擇性吸附的特性，實現(xiàn)苯酚與無機鹽的分離，再利用微生物對苯酚的降解促進吸附劑吸附容量的再生，一次樹脂吸附-生物再生過程為一個完整的處理單元?？疾榱舜罂孜綐渲奈椒蛛x特性以及生物再生特性，為該類廢水的吸附樹脂的生物再生處理技術(shù)的開發(fā)提供了技術(shù)依據(jù)，并對高鹽有機廢水的處理提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 菌種馴化及培養(yǎng)

接種污泥取自生活污水脫氮除磷工藝的活性污泥。無機鹽培養(yǎng)基的組成（g/L）：K2HPO40.1,NH4Cl 0.5，MgSO4·7H2O 0.1，NaCl 0.5。向無機鹽培養(yǎng)基中加入苯酚，采用梯度法馴化出能有效處理苯酚廢水的菌群。經(jīng)培養(yǎng)離心收集菌體，用無機鹽培養(yǎng)基將濕菌體制成質(zhì)量濃度為3 g/L的懸濁液，作為實驗用再生菌液。

1.2 廢水來源

本實驗以模擬的苯酚高鹽廢水作為目標廢水，苯酚含量為100～1 000 mg/L，鹽度為0～15%（NaCl）。加入鹽酸或NaOH調(diào)解水樣pH達到規(guī)定值。

1.3 靜態(tài)吸附試驗

大孔吸附樹脂XDA-1，由西安深藍交換吸附材料有限責任公司提供。樹脂經(jīng)無水乙醇索氏抽提8 h并于333K干燥3h，精確稱取經(jīng)預(yù)處理的樹脂0.1 g，分別加到盛有相同體積廢水試樣的250 mL錐形瓶中，置于水浴振蕩器于298 K、150 r/min條件下吸附24 h。通過預(yù)實驗確定出適宜吸附苯酚的溫度和pH值條件分別為298 K和7.0，在此條件下吸附處理高鹽苯酚廢水。

1.4 樹脂物理脫附、生物再生和生物降解試驗：

大孔樹脂吸附飽和后，倒出模擬廢水，分別向錐形瓶中加入再生菌液和經(jīng)滅菌處理的無機鹽溶液各200 ml，于303 K、150 r/min進行生物再生和物理脫附實驗，再生216 h后，倒出再生液。通過相同條件的飽和吸附試驗，對物理脫附和生物再生樹脂的再生效率進行評價。并對生物再生樹脂樣品進行六次吸附-生物再生循環(huán)，分析各種樹脂處理高鹽苯酚廢水的穩(wěn)定性。

根據(jù)樹脂吸附苯酚的總量，對苯酚一次性脫附至溶液中的生物降解進行研究。

1.5 分析方法

COD、苯酚濃度和生物量的測定方法見參考文獻[1，2，3]；NaCl的檢測依標準方法進行[1]；采用標準再吸附法[4]評價XDA-1再生效率。

大孔吸附樹脂的比表面積及孔徑分布情況通過Autosorb-I吸附儀確定，測試條件同參考文獻[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 XDA-1吸附分離

2.1.1 XDA-1對高鹽苯酚廢水的吸附分離效果

在 298 K、pH=7.0、含鹽量為 15%條件下，XDA-1對苯酚和無機鹽的分離效果見表1。經(jīng)XDA-1吸附分離處理后，苯酚可有效的由液相轉(zhuǎn)移至固相表面上，而液相中NaCl質(zhì)量濃度幾乎沒有變化。這表明XDA-1可以有效地吸附廢水中的苯酚并與NaCl分離。由實驗數(shù)據(jù)可知，NaCl質(zhì)量分數(shù)的增加對XDA-1對苯酚的吸附有促進作用，這主要是鹽析效應(yīng)引起的。

2.1.2 NaCl對XDA-1吸附動力學(xué)的影響

采用擬二級動力學(xué)模型對實驗數(shù)據(jù)進行擬合。從表2可看出，不同的NaCl質(zhì)量分數(shù)，此動力學(xué)模型可較好的描述XDA-1對苯酚的吸附過程，其R2值均大于0.99，且理論平衡吸附量與實測值接近。由ks的變化趨勢可知，苯酚在XDA-1上的吸附速率常數(shù)隨著溶液中的鹽度增大而減小。

表2 動力學(xué)數(shù)據(jù)擬合

2.2 生物再生過程

2.2.1 生物再生、生物降解和物理脫附過程

物理脫附、生物再生和生物降解三種實驗過程液相苯酚濃度的變化隨時間的變化趨勢見圖1。經(jīng)3 h的物理脫附，苯酚在固液兩相間的分配基本達到平衡狀態(tài)；通過物理脫附和生物再生過程的液相苯酚濃度值比較，可知3 h時樹脂的再生效率比物理脫附的再生效率提高了9.3%（表3），且液相苯酚濃度減低了148.5 mg/l（圖1），說明微生物以極大地發(fā)揮了對苯酚的降解作用；隨著再生時間的延長，微生物對脫附物的降解促使苯酚不斷固相向液相轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)了XDA-1吸附容量的恢復(fù)。從經(jīng)濟和效率角度綜合考慮，確定48 h為適宜的再生時間（表3）。

圖1 不同實驗過程苯酚濃度隨時間的變化情況

圖2 生物再生實驗和生物降解實驗COD和OD660的變化情況（□和■分別表示生物再生過程的OD660和COD值；△和▲分別代表生物降解過程的OD660和COD值）

表3 再生時間與XDA-1再生效率（PR）的關(guān)系

從圖2中，比較生物再生和生物降解過程的COD和OD660變化趨勢可知，在生物再生過程中微生物對脫附的苯酚量而言其降解能力過剩。這從一個側(cè)面說明了生物再生過程中，苯酚的脫附是整個再生過程的限速步驟。

2.2.2 生物再生穩(wěn)定性及對XDA-1表面性質(zhì)的影響經(jīng)6次循環(huán)使用，得到XDA-1對NaCl的分離效率及其生物再生效率的變化情況，見圖3。6次循環(huán)使用過程中，對NaCl的分離效率均大于99%，再生效率穩(wěn)定在81%以上，表明大孔樹脂吸附-生物再生法用于處理高鹽苯酚廢水具有很好的穩(wěn)定性。

圖3 XDA-1循環(huán)使用次數(shù)對NaCl分離效率（SE）及PR的影響

對初始及經(jīng)六次間歇生物再生的XDA-1樣品的比表面積及孔徑分布進行表征，結(jié)果見圖4和表4。由表4可以看出，再生XDA-1的BET比表面積和孔容積均可恢復(fù)到初始樣品的77%以上；平均孔徑基本沒有變化（圖4），表明XDA-1的大部分孔隙結(jié)構(gòu)沒有受到破壞，表面性質(zhì)保持較好，由此可以認定生物再生是一種較為安全的再生辦法。

表4 初始及再生XDA-1的表面性質(zhì)參數(shù)對比

3 結(jié)論

a)大孔吸附樹脂XDA-1可以有效地分離苯酚和無機鹽，對NaCl的分離效率大于98%。由于鹽析作用，鹽度增大促進苯酚在XDA-1表面上吸附；擬二級動力學(xué)模型可對不同鹽度條件下的苯酚吸附動力學(xué)進行較好的描述。

b)對比生物再生、生物降解和物理解吸三種過程可知，微生物對脫附吸附質(zhì)的降解作用促進苯酚的脫附，從而促使樹脂吸附容量的不斷再生；在生物再生過程中，吸附質(zhì)物理脫附是整個過程的限速步驟。

c)XDA-1吸附-生物再生法處理高鹽苯酚廢水效果穩(wěn)定，6次再生效率仍可維持在81%以上，對NaCl的分離效率均大于99%。再生XDA-1的大部分孔隙結(jié)構(gòu)沒有受到破壞，表面性質(zhì)保持較好，由此可以認定生物再生是一種較為安全的再生方法。

［1］ 國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[D].第3版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1989，287-289.

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10.3969/j.issn.1008-1267.2010.01.022

X783

A

1008－1267（2010）01-0053－03

2009-08-13

顧錫慧（1979-），女，博士，從事環(huán)境化學(xué)和環(huán)境生物工程方面的研究。