丙烯酰胺生產(chǎn)廢水的AM-4菌株處理工藝

李俊葉，季志文，康 翠

(華東交通大學(xué)理工學(xué)院，江西南昌 330100)

丙烯酰胺(AM)單體的均聚物或共聚物是一類重要的水溶性聚合物，因其具有絮凝、增稠和表面活性等性能，可廣泛用于造紙、紡織、印染、水處理、選礦、油田化學(xué)等領(lǐng)域[1]。AM滲透性較強(qiáng)，可經(jīng)過消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、皮膚及黏膜快速滲透進(jìn)入體內(nèi)，從而引起中毒，主要表現(xiàn)為神經(jīng)、生殖、遺傳、致突變性等方面的毒害作用[2]。生物降解AM多數(shù)集中在研究AM能否被生物降解及在降解過程中AM的利用等方面。王錦文等[3]用加富馴化培養(yǎng)的方法篩選出一種細(xì)菌，該菌株對AM濃度有較高忍耐力，但降解率較低，為45.01%。本研究菌株有較高的降解效率，主要研究了菌株對AM的降解利用情況及菌株對生產(chǎn)廢水的處理效果[3-5]。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

AM-4降解菌株分離自昌九農(nóng)科生產(chǎn)廢水厭氧處理池中的活性污泥。

1.2 菌株培養(yǎng)基及生長條件優(yōu)化[6]

AM具有生長毒性，因此，向菌株培養(yǎng)液添加營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)微生物生長，從而降解AM。通過試驗(yàn)確定菌株培養(yǎng)液外加碳、氮、磷源物質(zhì)及最佳濃度，且優(yōu)化菌株在純培養(yǎng)條件下降解AM的最佳生長條件(菌種培養(yǎng)時間、處理廢水的最佳接種量、培養(yǎng)溫度、生長pH、溶解氧等)。

1.3 生產(chǎn)廢水水質(zhì)分析

采用文獻(xiàn)[7]中方法對廢水水質(zhì)分析，檢測廢水中懸浮固體含量、氨氮(NH3-N)、可溶性磷酸鹽、化學(xué)需氧量、AM。

用紫外分光光度計(jì)在260 nm處測定廢水經(jīng)生化處理后AM含量的變化，水樣需要經(jīng)過活性炭處理，吸附水樣中的色度及一些雜質(zhì)，具體操作與活性炭吸附性能影響因素參考文獻(xiàn)《活性炭吸附法去除印染工業(yè)廢水色度的試驗(yàn)與研究》[8]、《活性炭處理色度廢水的研究》[9]。

1.4 AM-4菌株及菌株與污泥組合對生產(chǎn)廢水COD、NH3-N、AM的去除

取AM生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)廢水，根據(jù)優(yōu)化后試驗(yàn)條件，菌種用于生產(chǎn)廢水處理。菌株直接接種到生產(chǎn)廢水、原有活性污泥接種于生產(chǎn)廢水以及將原有活性污泥添加菌株后接種于生產(chǎn)廢水，搖床培養(yǎng)，采用SBR污水處理系統(tǒng)對生產(chǎn)廢水進(jìn)行生化處理[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 AM-4生長優(yōu)化條件

氨廠出水AM的含量大約為300 mg/L，為防止污水出水情況波動，細(xì)菌生長環(huán)境惡化，細(xì)菌生長受到抑制，所以選擇培養(yǎng)基中AM的濃度為500 mg/L。

AM具有毒性，對微生物生長有抑制作用，試驗(yàn)主要研究了外加碳源、氮源、磷源及其濃度對菌株降解AM的影響，考察AM降解菌在最佳生長條件下對AM的降解率。

圖1 不同的碳源及濃度對AM降解率的影響 (a)不同碳源；(b)不同石蠟濃度Fig.1 Effects of Different Carbon Sources and Concentrations on Degradation Rate of Acrylamide (a) Different Carbon Source;(b) Different Concentration of Paraffin

由圖1(a)可知，加入石蠟的一組AM降解效果最好， 加葡萄糖的一組AM降解效果較加入石蠟一組的效果略差。加入蔗糖和不加碳源的2組，AM的降解效果相對較低，可能是因?yàn)槠咸烟潜容^容易利用的碳源，菌株優(yōu)先利用葡萄糖從而降低了對AM的降解，本試驗(yàn)最終是將篩選菌株應(yīng)用于工業(yè)污水處理，最終選用石蠟作為外加碳源。

由圖1(b)可知，當(dāng)液體石蠟濃度為0.4 g/L時，AM的降解率最高。原因可能是：低碳源時AM降解菌營養(yǎng)不好，生長受到抑制；若液體石蠟濃度過高，菌株以石蠟做為碳源，從而對AM的利用率降低。

同理，通過試驗(yàn)確定相應(yīng)氮源、磷源種類及添加濃度，對 AM-4菌株降解AM的生長條件進(jìn)行了優(yōu)化。菌株最終將用于AM生產(chǎn)廢水處理，考慮處理效果及經(jīng)濟(jì)成本，確定液體石蠟為外加碳源，濃度為0.4 g/L；以石蠟為碳源，進(jìn)一步研究AM-4菌株在石蠟濃度0.4 g/L條件下對氮源及磷源需求。最終確定K2HPO4為磷源，濃度為0.5 g/L，NH4Cl為氮源，濃度為0.2 g/L。最佳降解時間為24 h，接種量為2%，溫度為30～35 ℃，初始pH值為7.0～7.5，搖床轉(zhuǎn)速為100 r/min。

2.2 純AM溶液對COD的影響結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)AM溶液的COD如表1所示。

2.3 廢水水質(zhì)分析結(jié)果

生產(chǎn)廢水水質(zhì)分析結(jié)果如表2所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)AM溶液的CODCrTab.1 CODCrValues of Standard AM Solution

表2 生產(chǎn)廢水水質(zhì)分析結(jié)果 Tab.2 Analysis Result of Water Quality

污水的化學(xué)水質(zhì)分析結(jié)果表明，污水中的磷源嚴(yán)重不足，為了增強(qiáng)微生物的活性，試驗(yàn)過程中需外加磷源來提高廢水的可生化性。本試驗(yàn)研究采取添加濃度為0.5 g/L的K2HPO4作為營養(yǎng)磷源對污水的可生化性進(jìn)行調(diào)整。

2.4 AM-4菌株及菌株與污泥組合對生產(chǎn)廢水COD、NH3-N、AM的去除

菌種用于實(shí)際生產(chǎn)廢水處理，研究了菌株和原有的廢水處理活性污泥的組合降解效果。菌株直接接種到生產(chǎn)廢水、原有活性污泥接種于生產(chǎn)廢水以及將原有活性污泥添加菌株后接種于生產(chǎn)廢水，搖床培養(yǎng)，采用SBR污水處理系統(tǒng)對生產(chǎn)廢水進(jìn)行生化處理，結(jié)果如表3所示。

表3 AM降解菌及活性污泥組合對生產(chǎn)廢水處理結(jié)果Tab.3 Results of Acrylamide Degradation Bacterium and Activated Sludge Combination for Wastewater Treatment

由表3可知，AM降解菌對廢水COD的去除效率較好，菌株直接用于廢水處理，COD去除率達(dá)到了87.2%，AM去除率達(dá)到91.4%；而原水+活性污泥、原水+活性污泥+菌株菌株組合方式用于廢水池處理的COD去除效率較低，可能是因?yàn)閺U水中AM含量較高，對活性污泥微生物具有毒害作用，微生物生長受到抑制，從而AM去除率低。篩選馴化得到的菌株能以AM作為碳源和氮源生長，對AM 有較好的去除率。由表3可知，原水+菌株對NH3-N處理效果較差，廢水的NH3-N處理需進(jìn)一步通過好氧曝氣處理，采用SBR工藝處理。

2.5 AM降解菌對生產(chǎn)廢水NH3-N去除率

生產(chǎn)廢水經(jīng)厭氧階段處理后，水樣的CODCr為384 mg/L、NH3-N為246.4 mg/L，把廢水同活性污泥及菌株混合后采用SBR工藝參數(shù)進(jìn)行曝氣，污泥沉降比為40%，30 ℃水浴鍋加熱，考察不同時間好氧處理(曝氣)對NH3-N的去除率(表4)。

表4 不同時間條件下AM降解菌對生產(chǎn)廢水NH3-N處理結(jié)果Tab.4 Results of Ammonia Nitrogen Removal by AM Bacterium Degradation for Wastewater Treatment under Condition of Different Time

試驗(yàn)表明，好氧曝氣處理對NH3-N去除效果較好，12 h后NH3-N去除率達(dá)到了65.4%，24 h后NH3-N去除率達(dá)到了66.7%，最終出水CODCr為154.8 mg/L，NH3-N為82.1 mg/L。

3 結(jié)論

本研究優(yōu)化了AM-4菌株生條件，確定了菌株培養(yǎng)時間、接種量、培養(yǎng)溫度、需氧量及最佳pH，對含AM污水進(jìn)行水質(zhì)分析，對污水進(jìn)行可生化性調(diào)整，確定了相應(yīng)外加碳、氮、磷源及相應(yīng)的添加量。生產(chǎn)廢水厭氧處理后，再運(yùn)用SBR工藝，通過SBR工藝的反應(yīng)期和沉淀期對污水進(jìn)行了生化處理模擬試驗(yàn)。運(yùn)行降解24 h后，AM降解率達(dá)到91.4%，CODCr的總?cè)コ蔬_(dá)到87.2%，NH3-N降解率達(dá)到66.7%，出水的各項(xiàng)指標(biāo)趨于穩(wěn)定，處理水排入工廠總污水處理廠，常規(guī)活性污泥法處理后達(dá)標(biāo)排放。