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苯胺废水生物处理
苯胺废水的生物处理
摘要
本课题主要介绍了苯胺废水的各种处理方法:
物理，化学,生物,生化处理法等，以及苯胺废水的处理原理、方法、工艺流程。
课题研究着重于生物法处理苯胺废水的运行特性、实验论证该法处理苯胺废水的可行性,并将实验结果应用到实际生产中,计算并设计厌氧池和曝气池的规格.在整个实验过程中，运行分为启动培养和驯化以及稳定运行两个阶段.实验室通过驯化得到一株能够高效降解苯胺的菌,实验中考察了该菌对苯胺的降解能力和絮凝特性,并采用生物强化的方法将其投加到UASB反应系统中,考察其对提高系统含苯胺废水处理能力的改善。
关键词:
苯胺；废水；UASB；生化降解
BiologicalTreatmentofAnilineWastewater
Abstract
Themajortopicsintroducedavarietyofanilinewastewatertreatment:
physical,chemical,biological,chemicalandbiologicaltreatment,aswellastheprincipleofanilinewastewatertreatment,methods,processes.Researchfocusesonthebiologicaltreatmentofanilinewastewateroperatingcharacteristics,experimentalverificationoftheActdealingwiththefeasibilityofanilinewastewater,andexperimentalresultsappliedtoactualproduction,calculationanddesignofanaerobicpondsandaerationtankspecifications.Intheentireexperimentprocess,starttoruninto,aswellastrainingandacclimationandstableoperationoftwostages.alaboratorytobeabletothroughthedomesticationofaniline-degradingbacteria,Experimentalstudyofthebacteriainthedegradationofanilineandflocculationproperties,andtheuseofbiologicalmethodstostrengthentheirvoteinresponsetoaddedUASBsystem,inspectionsystemtoimproveitswastewatertreatmentcapacityofanilinewithimprovements.
Keywords:
Aniline；wastewater；UASB；Biodegradation
目录
引言1
第一章实验2
1.1实验材料及仪器2
1.2实验研究内容及实验分析项目和方法2
1.2.1实验条件2
1.2.2污泥驯化3
1.2.3污泥驯化期间的试验研究3
1.2.4测定项目及方法4
1.2.5水样的取样及分析4
第二章设计与计算4
2.1．设备选型4
2.1.1风机4
2.1.2水泵4
2.2厌氧塔（UASB）的设计4
2.2.1反应区5
2.2.2有效容积V,5
2.2.3底面积f及其半径R5
2.2.4布水器5
2.3三相分离区6
2.3.1气封与集气罩6
2.3.2沉淀室6
第三章工艺流程7
总结8
参考文献9
引言
苯胺废水的研究对实现化工工业化有十分重要的意义.苯胺作为一种重要的有机化工原料和化工产品，由其制得的化工产品和中间体有300余种，广泛应用于染料、农业、医药、军工等行业，其本身也可作为黑色染料使用。
国内众多染料厂、农药厂、制药厂及其它化工厂在生产过程中会产生各类苯胺废水，其质量浓度可达数千mg/L。
由于苯胺对生态生物的毒性，其已经被列入“中国环境优先污染物黑名单”中，在排水中要求严格控制，我国规定的污水综合排放标准中苯胺类物质的最高允许排放浓度为5.0mg/L。
本研究的目的在于：
（1）通过对废水中苯胺的浓度的研究来说明废水的处理对环保的重要意义。
（2）通过实验计算出处理30吨含苯胺30mg/l的废水所需要的UASB设备容量，并设计出合理的工艺流程。
（3）通过实验和计算体现苯胺废水处理对化工发展的重要作用。
目前随着化工工业的发展，苯胺的需求明显上升，由此进入环境的量也会越来越大。
如何减少苯胺对环境的污染，已经引起了人们的高度关注。
目前国内外对苯胺废水的处理主要有物理，化学，生物等方法.
苯胺废水的毒性强,生物降解性差,现有的生化处理系统难以有效去除污染,但随着高效苯胺降解菌的筛选分离,生物处理方法具有很大的潜力。
古杏红[1]等采用厌氧水解—生物接触氧化法[2]-[4]处理苯胺类化工废水,并在生物接触氧化池中引入苯胺特效降解菌[5]-[6]—STR-NiTRO。
顾加兵[7]等采用汽提—生化法处理工艺处理苯胺废水,其中生化处理采用具有能代谢难降解有机物能力的H.S.B.菌种和UASB与SBR法串联的工艺。
李尔炀[8]等报道了从自然界分离的一株能以苯胺为唯一氮源和碳源、同时降解苯胺的节杆菌4#。
刘志培[9]等从活性污泥中分离得到一株能以苯胺为唯一碳、氮源和能源生长的细菌AN3,鉴定为食酸丛毛单胞菌,苯胺的最高降解浓度5000mg/L以上。
盛多红[10]等通过驯化培养,从含苯胺的化工废水处理厂生化曝气池污泥中分离出一株高效苯胺降解菌H6-2,为不动杆菌属在苯胺浓度低于3000mg/L的无机盐培养基中均可生长,在含苯胺800mg/L的无机盐溶液中,通气量为0.4L/min,30℃,培养15h可使苯胺去除率达100%。
GitiEmtiazi[11]-[12]等首次报道了用快速增长的真菌镰刀霉（Fusarium）和根霉（Rhizopus）降解苯胺及其衍生物的研究,这两种菌可以以苯胺作为唯一的氮源和碳源。
第一章实验
1.1实验材料及仪器
自制厌氧塔（UASB），恒温水浴锅（JY-501型，最高使用温度：
95，电压：
220V，功率：
15Kw），DHL-A电脑恒流泵（微量），电动式空气压缩机（功率：
20W，电压：
220V/50Hz，进气量：
55L/min）,数字式实验室酸度计PHS-3CT，调解池，温控仪，好氧池（SBR），一般实验仪器等。
药品：
苯胺，磷酸二氢钾，氯化铵，葡萄糖，甲醇
1.2实验研究内容及实验分析项目和方法
本课题研究以UASB反应系统为依托,采用实验室驯化得到的降解细菌强化处理含高浓度苯胺废水,研究其苯胺降解能力和絮凝特性,并考察其生物强化效能。
通过实验室驯化得到可以高效降解苯胺的菌种，实现高效、节能、环保的处理苯胺废水的目的，并将试样结果应用到实际生产中。
通过实验计算出处理30吨含苯胺300mg/l的废水所需要的UASB设备容量，并以液相色谱法测定废水中苯胺的浓度来研究废水的生物处理。
通过实验计算出处理30吨含苯胺300mg/l（测COD=750mg/l）的废水所需要的UASB设备容量，并设计出合理的工艺流程。
1.2.1实验条件
厌氧折流板反应器（UASB）和曝气设备（SBR）的实验底物均采用化工厂生产的苯胺废水，水样配制中补充少量N，P，正常运行中满足COD:
N:
P=100:
5:
1,调节PH值在6.0-8.0之间,以保证反应器正常运行。
1.2.2污泥驯化
试验废水为模拟苯胺溶液,试验污泥取自滨化水处理厂的曝气池回流污泥,取回的活性污泥曝气24h后沉降30min,弃去上清液,将所取的泥水混合物3L加到反应器中,然后称取一定量的分析纯苯胺,与自来水5L（包括100mLNH4Cl和KH2PO4混合而成的V（C）∶V（N）∶V（P）=100∶5∶1营养液）混合均匀加至反应器中,进行培养驯化.驯化初期控制CODCr在300mg/L左右,每两小时取样测COD浓度,当COD去除率上升后,逐步提高苯胺溶液的浓度,使进水混合后CODCr达到2000mg/L左右.苯胺进水浓度过高,表现出有毒有机物对生物的抑制效应,影响污染物的去除效果,因此,试验控制进水混合后CODCr为2000mg/L左右.
1.2.3污泥驯化期间的试验研究
驯化期间，逐渐增加苯胺废水的量，每变化一次废水维持五天，待运行稳定后再次改变化工厂废水的量，各阶段驯化结束后出水苯胺含量及COD含量见下表
驯化期间各阶段废水中苯胺含量及相应出水苯胺含量和COD含量
表1各阶段驯化结束后出水苯胺含量及COD含量
初始苯胺含量（mg/l）
10
30
50
70
90
驯化时间（/d）
5
5
5
5
5
驯化后苯胺含量（mg/l）
4.080
5.101
5.625
5.971
6.163
苯胺去除率（mg/l）
97.46
92.17
92.15
92.01
91.10
驯化后COD含量mg/l
69
51
56
31
17
由表1可见，经过一段时间的驯化后，其中的微生物能够去除大部分的苯胺，COD全部降到100mg/L,以下可知，苯胺得到了有效降解。
1.2.4测定项目及方法
浓度液相色谱法测定苯胺废水中苯胺的浓度。
PH值广泛试纸（1-14）和精密试纸（5.0-9.0）和数字式实验室酸度计PHS-3CT
水温水银温度计（1-100℃）和温控仪
1.2.5水样的取样及分析
实验中采用分时取样的方法,每天早8时至晚8时每2小时取一次样,并对样品编号,两天一周期对样品进行分析。
采用液相色谱对所取样品进行浓度分析，确定废水中的苯胺的含量，从而了解苯胺的降解情况。
第二章设计与计算
2.1．设备选型
2.1.1风机
立式风机单机功率大，调节性能好，效果显著，有极强的混合搅拌与耐冲击负荷能力，曝气功率密度大，平均传氧效率高。
采用55KW的立式风机，型号PSB3250,转速：
30转/min。
2.1.2水泵
由于UASB是下进水上出水的结构，所以水流在反应器内的阻力很大，并且反应器空塔水流速度要求在1.0m/h以内，所以所选择的离心泵应是流量小、扬程大。
根据以上要求，化工原理上册附录二十六知可选择80ZX40-22型离心泵，其流量为12-16m3/h，扬程为30m，功率为1.5KW。
2.2厌氧塔（UASB）的设计
UASB反应器的工艺设计包括反应区设计和三相分离区设计两部分。
反应区设计包括布水器设计和有效容积计算。
三相分离区设计包括沉淀室设计和气液分离效果核算[16]。
废水排放量Q=30m3/d，苯胺浓度C=300mg/L,pH=6.0-8.0,SS=800mg/L,用UASB-活性污泥法处理。
UASB反应温度t=35℃，进水为模拟污水，出水要求苯胺浓度<5mg/L,pH=6.5-7.5，试设计该反应器[17]。
2.2.1反应区
35℃时进水容积负荷0.75kgCOD/（m3/d），反应区有效深度h<3.0m。
空塔水流速度u<1.0m/h,空塔沼气上升速度ug<1.0m/h，污泥层高度2.5-3.5m，等阻力布水，服务面积1-3m2/个，出水口流速2-5m/s，沼气产率0.4m3/kgCODo
2.2.2有效容积V,
2.2.3底面积f及其半径R
取h1=3.0m,F=V1/h1=30/3.0=10m2
塔底面积f:
F=ΠR2R2=10/3.14
则底面半径R=1.78m
2.2.4布水器
设布水点服务面积S=0.5m2/个，每池布水点n=F/S=5/0.5=10，取n=9个，分布如图[18]4
图4布水器分布图
设布水管内流速u1=0.5m/s,u2=0.6m/s,u3
0.7m/s,u4=0.8m/s,则直径d为
d1=（Q1/0.785u1）1/2=8.74mm
d2=（0.5Q/0.785u2）1/2=6.18mm
d3=（0.25Q/0.785u3）1/2=4.37mm
2.3三相分离区
2.3.1气封与集气罩
与短边平行，沿长边每池布置6个集气罩，构成6个分离单元，要求u32.3.2沉淀室
设表面负荷率q<1.0m3/（m2.h），停留时间:
1.5-2.0h，有效水深0.5-2.0m，出水堰负荷a<5.4m3/（m2.h）。
（A）实际表面负荷率
（B）有效水深
h=t.q=0.51m
（C）出水堰负荷（单边开齿）
a=Q/14B=0.51m3/（m2.h）<5.4m3/（m2.h）
高度超过一定的数值后，处理效率的提高就很明显了。
第三章工艺流程
苯胺废水进入调节池[11]进行预处理，用在线PH测定仪[10]及温控仪调节其PH和温度，打开进水阀门[a]，启动离心泵[9]，将废水打入UASB反应装置[13]进行厌氧反应，即污泥处理。
调节池上方按有加药装置[12]，定时定量加药。
UASB装置中应设有取样口[6]，观察口[8]，排泥口[4]，放空阀[7]，集气装置[14]，为了更好的控制反应条件还要设置压力表[P]，温控仪[T]，液位计[L]等。
厌氧污泥中含有的厌氧菌可将苯胺的苯环打开，从而达到废水处理的目的。
从厌氧装置出来的水经过水封装置[5]去除厌氧过程产生的沼气后，进入好氧装置进行好痒处理，也是污泥处理，好氧菌能消耗苯胺中的N，从而降低苯胺的含量，再通过测废水中苯胺的值来确定出处理后废水中苯胺的浓度。
（流程图见附图）
UASB反应器主体部分从功能上可分为两个区域，即反应区和气液固三相分离区。
反应区又包括厌氧污泥床和悬浮污泥层，含有大量沉降性能良好的颗粒污泥和絮状污泥。
废水尽可能均匀地从反应器底部进入，通过厌氧污泥床与颗粒污泥充分接触，发生厌氧发应，产生沼气。
由于废水的向上流动和产生的大量气体的上升形成了良好的自然搅拌作用，使一部分污泥在反应区的污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层。
悬浮液进入分离区后，附着在颗粒污泥上的气泡撞击到分离区中三相分离器气体反射板的底部，与污泥和废水发生分离，被收集在反应器顶部三相分离器的集气室内:
释放气泡后的颗粒污泥由于重力作用沉淀到污泥层的表面，返回反应区:
液体则经出水堰流出反应器。
UASB反应器的正常运行需要三个重要的前提[19]:
（1）反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥,
（2）生产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用,（3）设计合理的三相分离器，能使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内.
污泥颗粒化是UASB运行是否正常的关键。
培养出沉降性能良好的厌氧颗料污泥，需要适当调节碱度和适时调整水力负荷，以及控制COD,N,P的比例。
总结
苯胺废水的处理技术在不断发展,除树脂、活性炭外其他的吸附材料不断得以开发,高级氧化技术[13]-[15]的发展使苯胺得以完全降解,生物技术的不断发展使通过微生物降解苯胺成为可能,从而降低了苯胺废水处理的费用。
但总的来说,目前对苯胺废水的处理研究尚不能应用到实际工程中,如何综合应用各种技术以达到高效、经济的处理目的,仍是今后所需要研究的课题。
在参阅国内外有关资料的基础上，结合设计经验，对UASB反应器的工艺设计进行了综述、归纳，包括:
反应器约容积、高度、进水系统、三相分离设备等几部分.并提出了可供参考的设计准则和设计参数.UASB反应器在我国的应用还处于起步阶段，因本身特有的优越性，其应用范围会越来越广泛的[20].吸收国外的成功设计经验，结合我国的具体情况，设计出适合我国废水治理的UASB反应器，对于推动我国环保事业的发展是很有竞义的.当然，在进行UASB反应器的设计时尚有许多地方需要改进和完善。
目前将传统的UASB反应器与好氧生物流化床结合起来，研制一种处理效率高、操作简单、占地而积小、成本较低的三相流化床处理设施，以适应于废水的处理，解决目前废水难于集中处理的问题。
由此看来，研制出厌氧和好氧处理结合于一体的工艺设各将会有较好的应用前景。
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