一种多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理方法.pdf

一种多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理方法，属于环境工程水处理技术领域。其特征是采用膜曝气生物反应器，氧和污染物从两侧进入生物膜内，多硝基芳烃或偶氮染料在液相主体和生物膜外层进行还原，避免了还原产物自氧化聚合，并在生物膜内层被快速好氧降解。本发明效果和益处是有效地解决了多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理中形成难降解自氧化产物而阻碍其彻底生物降解的这一问题，为该类废水提供了一种经济高效的生物处理技术，在炸药、农药、医药及染料废水的处理中具有广阔的应用前景。

1、  一种多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)构建膜曝气生物反应器；
(2)污泥挂膜：膜曝气生物反应器中接种活性污泥或活性污泥中加入0.1-50％(w/w)芳香胺高效降解菌群；膜组件连续曝气，并保持曝气压力在泡点之上；
(3)降解微生物的驯化：进水组成为多硝基芳烃或偶氮染料、易降解有机物、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、CaCl₂、MgSO₄和FeCl₃；膜组件上生物膜的内层为芳香胺好氧降解菌群；膜曝气生物反应器中溶解氧0-2mg/L；
(4)生物反应器的启动及运行时，膜曝气生物反应器中溶解氧0-2mg/L。

一种多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理方法
技术领域
本发明属于环境工程中的污水处理技术领域，涉及一种多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理方法。
背景技术
多硝基芳烃和偶氮染料废水是两种典型的含氮芳烃废水。主要来源于染料、炸药、杀虫剂和医药生产等。这两种含氮芳香有机物的存在可引起严重的公众健康和环境问题，并且其中的某些物质具有致畸或致癌作用，可在食物链中生物聚积，严重威胁到人类的生命安全，这两种化合物已被列为环境优先控制污染物。
多硝基芳烃和偶氮染料废水的处理主要有物理法、化学法、生物法及这些方法的组合。物理处理法主要包括吸附法、膜分离法、萃取法、超声波气振法、高能物理法。化学法中常用的有混凝法、氧化法、电化学法等。由于生物法具有操作简单、运行成本低，无二次污染的优点，因此是多硝基芳烃或偶氮染料废水的首选处理方法。生物处理法主要包括直接好氧法和厌氧-好氧法。其中，后者处理效果较好。
但上述生物处理工艺中存在的主要问题是：常常会形成许多具有自氧化性的芳香胺，它们在好氧处理过程中会形成极其难降解的自氧化产物(如芳香胺二聚体)，从而阻碍多硝基芳烃或偶氮染料的彻底降解。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理方法，本方法针对多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理中形成难降解自氧化产物而阻碍其彻底生物降解的这一技术瓶径，为该类废水提供一种高效的生物处理方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
采用膜曝气生物反应器，膜材料同时起到供氧和生物载体的作用；气相走膜内腔，废水在膜外侧流动，氧和污染物分别从生物膜的两侧进入到生物膜内。适当控制气体分压可使反应器液相主体和生物膜外层呈缺氧状态，适于多硝基芳烃或偶氮染料进行还原反应；还原产物芳香胺与氧在生物膜内部呈现逆向浓度梯度分布，这既可有效防止芳香胺自氧化聚合，又可使芳香胺快速地好氧降解，在同一反应器内同步实现了多硝基芳烃或偶氮染料的高效还原和矿化。
其具体步骤如下：
步骤1.构建膜曝气生物反应器
反应器中膜组件采用透气性致密膜或疏水性微孔膜，如板式、管式或者中空纤维式。通过水下搅拌器或水流循环强化反应器中混合液传质。
步骤2.污泥挂膜
接种微生物为活性污泥或活性污泥中加入0.1-50％(w/w)芳香胺高效降解菌群，反应器中接种微生物浓度为1-30g/L。
进水组成为易降解有机物、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、CaCl₂、MgSO₄和FeCl₃。
膜组件连续曝气，并保持曝气压力在泡点之上；温度保持在15-40℃；反应器中溶解氧为0.5-10mg/L；进水pH值为6-9。
1-5天后排泥，连续进水。当生物膜肉眼可见且稳定，生物膜镜检时可发现有钟虫、轮虫等大量出现；进水COD去除率达90％以上时，挂膜完成。
步骤3.降解微生物的驯化
进水组成为多硝基芳烃或偶氮染料、易降解有机物、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、CaCl₂、MgSO₄和FeCl₃，pH值为6-9。
污泥驯化时，进水稀释1-10倍，反应器间歇方式运行；膜组件连续曝气，保持曝气压力在泡点之下。每当进水COD去除率达85％以上时，再逐步加大进水中多硝基芳烃或偶氮染料浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。
污泥驯化期间，温度保持在10-40℃，反应器中溶解氧0-2mg/L。
步骤4.生物反应器的启动及运行
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。根据进水COD去除状况，调整基质负荷和水力停留时间，以加速反应器的启动。
当反应器稳定运行后，进水中多硝基芳烃或偶氮染料被彻底生物矿化。
反应器运行期间，温度保持在10-40℃，反应器中溶解氧0-2mg/L。
本发明的效果和益处是采用膜曝气生物反应器，可以有效地解决多硝基芳烃或偶氮染料废水生物处理中形成难降解自氧化产物而阻碍其彻底生物降解的这一技术瓶径。在同一反应器内同步实现了多硝基芳烃或偶氮染料的还原和矿化，为该类废水提供了一种高效的生物处理技术。可为其他自氧化性污染物的生物处理提供借鉴。
附图说明
附图是本发明的工艺流程图。
图中：1进水槽；2进水泵；3水下搅拌器；4膜曝气生物反应器；5出水槽6气泵。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1
硅橡胶膜曝气生物反应器处理偶氮染料废水
[1]构建膜曝气生物反应器
反应器中膜组件采用卷绕式硅橡胶致密膜，膜内径1.5mm，膜厚0.5mm；反应器用有机玻璃制作，有效容积2L，磁力搅拌器搅拌。工艺流程如图1所示。
[2]污泥挂膜
接种微生物为活性污泥，其在反应器中浓度为4g/L。
进水组成为蔗糖400mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1，pH值为7.0。
首先间歇方式进水；膜组件连续曝气，并保持曝气压力在泡点之上；温度保持在30±1℃；反应器中溶解氧＞3.5mg/L。
2天后排泥，连续进水。当生物膜肉眼可见且稳定，生物膜镜检时可发现有钟虫、轮虫等大量出现；进水COD去除率达90％以上时，挂膜完成。
[3]降解微生物的驯化
进水组成为表1所列偶氮染料180mg/L、蔗糖300mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1。
间歇方式进水；膜组件连续曝气，保持曝气压力在泡点之下。将原进水稀释4倍作为初始进水，每当进水中COD去除率达85％以上时，再逐步增加进水偶氮染料浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。
污泥驯化期间，温度保持在30±1℃，反应器中溶解氧＜0.2mg/L，进水pH值为7.0。
表1所用偶氮染料


[4]生物反应器的启动及运行
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。进水组成为表1所列偶氮染料180mg/L、蔗糖300mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1。
反应器运行期间，温度保持在30±1℃，反应器中溶解氧＜0.2mg/L，水力停留时间30h，进水pH值为7.0。
当反应器稳定运行后，进水中偶氮染料被生物矿化。
实施例2
硅橡胶膜曝气生物反应器处理三硝基甲苯(TNT)废水
[1]按实施例1构建膜曝气生物反应器
[2]按实施例1污泥挂膜
[3]降解微生物的驯化
进水为TNT模拟废水，其组成为TNT 120mg/L、葡萄糖300mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1，pH值为7.0。
污泥驯化以间歇方式进行；膜组件连续曝气，保持曝气压力在泡点之下。将原进水稀释3倍作为初始进水，每当进水中COD去除率达85％以上时，再逐步增加进水TNT浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。污泥驯化期间，温度保持在30±1℃，反应器中溶解氧＜0.2mg/L。
[4]生物反应器的启动及运行
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。TNT 120mg/L、葡萄糖300mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1，pH值为7.0。
反应器运行期间，水力停留时间为36h，温度保持在30±1℃，反应器中溶解氧＜0.2mg/L。
当反应器稳定运行后，进水中TNT被生物矿化。
实施例3
生物强化膜曝气生物反应器处理偶氮染料废水
[1]按实施例1构建膜曝气生物反应器
[2]污泥挂膜
接种微生物为活性污泥+9％(w/w)芳香胺高效降解菌群，接种微生物在反应器中浓度为4g/L。
进水组成为蔗糖350mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1，pH值为7.0。
首先间歇方式进水；膜组件连续曝气，并保持曝气压力在泡点之上；温度保持在30±1℃；反应器中溶解氧＞3.5mg/L。
2天后排泥，连续进水。当生物膜肉眼可见且稳定，生物膜镜检时可发现有钟虫、轮虫等大量出现；进水COD去除率达90％以上时，挂膜完成。
[3]降解微生物的驯化
进水组成为表1所列偶氮染料200mg/L、葡萄糖300mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1。
间歇方式进水；膜组件连续曝气，保持曝气压力在泡点之下。将原进水稀释3倍作为初始进水，每当进水中COD去除率达85％以上时，再逐步增加进水偶氮染料浓度，进入下一轮驯化，直至驯化完成。
污泥驯化期间，温度保持在30±1℃，反应器中溶解氧＜0.2mg/L，进水pH值为7.0。
[4]生物反应器的启动及运行
污泥驯化完成后，反应器开始连续运行。进水组成为表1所列偶氮染料200mg/L、葡萄糖300mg/L、(NH₄)₂SO₄、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、微量CaCl₂、MgSO₄、FeCl₃，COD∶N∶P＝100∶5∶1。
反应器运行期间，温度保持在30±1℃，反应器中溶解氧＜0.2mg/L，水力停留时间22h，进水pH值为7.0。
当反应器稳定运行后，进水中偶氮染料被生物矿化。