CN102515366B - 一种硝基苯类工业废水微生物降解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种硝基苯类工业废水的微生物降解处理方法。通过实验选择，提供一种包括假单胞菌属、嗜麦芽糖寡养单胞菌、鲍氏不动杆菌、水螺菌属、燕麦食酸菌、粪产碱杆菌和芽孢杆菌属的复合菌液。对上述复合菌液进行驯化培养、三级扩大培养以获得适用于工业生产的高效复合菌剂。处理硝基苯废水时，本发明所提供的菌剂生物活性强、存活时间长、抗进水水质的冲击负荷能力高、处理彻底。
Description
技术领域
本发明属于污染物生物处理技术领域，具体涉及一种利用微生物降解硝基苯类工业废水的处理方法。
背景技术
硝基苯（Nitrobenzene），分子式为C6H5NO2，是一种重要的化工原料，被广泛应用于制造苯胺、***、润滑剂、农药及香料等工业生产中。随着人类工业生产的迅猛发展，大量的硝基苯进入到自然环境中。据估计，每年全世界大概有一万吨以上的硝基苯被排入环境。硝基苯是高毒性物质，被人类皮肤吸收或从呼吸道吸入其蒸汽后，会引起中毒甚至致死，所以它被列于世界《环境优先控制有毒有机污染物》的名单，世界各国对它在工业废水中的合理排放有极其严格的限制。在我国，《工业污水综合排放标准》规定硝基苯的一级排放标准为2ppm，但是在生产过程中经气提装置初步回收后的硝基苯废水的浓度仍然高达100ppm，因此，研究行之有效的硝基苯废水治理方法具有极其重要的现实意义。
处理硝基苯废水重要有化学方法和生物方法。采用气提、萃取、吸附和氧化还原等化学方法处理硝基苯的效果差、成本高。生物降解是处理硝基苯废水的较为经济而有效的方法。但是，从硝基苯的分子结构来看，苯环结构的对称性和稳定性、强吸电子的硝基，使硝基苯的生物降解性较差。采用单一菌种或简单的混合菌剂处理硝基苯废水时，生物活性差、存活时间短、抗进水水质的冲击负荷能力低、处理不彻底。
发明内容
本发明的目的是提供一种硝基苯类工业废水的微生物降解处理方法。通过实验选择，提供一种高效的复合菌剂。处理硝基苯废水时，该菌剂生物活性强、存活时间长、抗进水水质的冲击负荷能力高、处理彻底。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种硝基苯类工业废水的微生物降解处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）菌剂制备：取假单胞菌属（编号：23620，Pseudomonas sp.）、嗜麦芽糖寡养单胞菌（编号：22935，Stenotrophomonas maltophilia）、鲍氏不动杆菌（编号：10254，Acinetobacter baumannii）、水螺菌属（编号：10272，Aquaspirillum sp.）、燕麦食酸菌（编号：14041，Acidovorax avenae）、粪产碱杆菌（编号：20142，Alcaligenes faecalis）和芽孢杆菌属（编号：23578，Bacillus sp.）菌液，在培养基中培养以形成微生物聚合体；
2）驯化培养：用含100mg/L硝基苯的细菌生长培养基对步骤1）所述的微生物聚合体进行驯化；
3）扩大培养：对经过步骤2）驯化的微生物聚合体进行扩大培养；
4）投加：将步骤3）扩大培养所得的菌液按与处理水质量比为0.1%的量投加到间歇式SBR反应器中。
由于多菌群复合体对硝基苯类污染物的降解主要通过其自身微生物对废水中的物质的分解代谢来实现，而其分解代谢途径主要可分为氧化分解代谢途径和以硝基还原开始的代谢途径两类。
其中的氧化分解代谢途径又包含两种。一种是以脱硝基氧化开始的代谢途径：硝基苯类化合物在加氧酶的作用下脱掉苯环上的硝基，形成相应的酚，进一步由双加氧酶作用，开环降解形成烯酸类物质，而脱除的硝基形成亚硝基盐，可被微生物利用作为氮源。另一种是以不脱硝基氧化开始的代谢途径：硝基苯类化合物在加氧酶的作用下进行不脱硝基的初始降解，利用假单胞菌菌株在甲苯的诱导下产生甲苯2,3-双加氧酶，在和硝基苯接触时，硝基苯被转化成3-或4-硝基邻苯二酚，而后进一步开环降解。
以硝基还原开始的代谢途径主要是硝基被还原为亚硝基、羟氨基，再根据具体的环境选择降解途径，主要有：1）在羟氨基裂解酶的作用下脱氨基，形成二羟基芳香化合物；2）硝基还原生成芳香胺，在有氧条件下，脱氨基生成相应的二羟基芳香化合物，开环或直接氧化开环，再脱氨基；3）羟氨基还原成氨基后经乙酰化作用生成乙酰胺。
因此，在经过以上两种途径的代谢后，硝基苯类物质被分解成芳香化合物、烯酸、亚硝基盐等中间产物。而多菌株复合体中的类产碱假单胞菌、假单胞菌属等菌株又可以进一步在好氧条件下降解这些中间产物，从而最终使硝基苯类污染物得以高效降解。
进一步地，为提高生产效率，本发明公开了培养菌剂所用到的培养基。步骤1）所用到的培养基为蛋白胨、牛肉膏和NaCl，按重量比2∶1∶1组成；步骤2）和步骤3）所用到的培养基为玉米粉、葡萄糖、豆饼粉、鱼粉、CaCO3、(NH4)2SO4、K2HPO4、MgSO4·7H2O和MnSO4·H2O，按重量比10∶5∶15∶5∶5∶1∶0.3∶0.2∶0.2组成。
更好的是，为了获得足够量的菌剂，步骤3）中，所述扩大培养包括三级扩大培养：
一级斜面培养：把经过驯化的微生物聚合体接种到斜面上,28℃培养至长满斜面；
二级振荡培养：将长满菌的斜面接种到培养基中,25℃,振荡培养24～48h；获得母种；
三级曝气培养：将经过二级振荡培养的母种按2%的接种量接种到5L的培养箱中。即5L的菌液需接入100ml母种，其余全为培养基。温度为20～25℃，溶液pH中性,曝气培养40h获得5L菌液，再将所述5L菌液接种到20L的培养箱中。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
图1为本发明的处理废水路线图；
图2为本发明的实验室技术评估路线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。
实施例1：
本实施例处理西南地区某制药厂生产过程产生的含硝基苯废水。CODcr和硝基苯浓度分别为2500-5800mg/L和65-150mg/L，进水水量为200吨/日，采用主体生物工艺为间歇式SBR反应器。
参见图1，采用假单胞菌属、嗜麦芽糖寡养单胞菌、鲍氏不动杆菌、水螺菌属、燕麦食酸菌、粪产碱杆菌和芽孢杆菌属的复合菌液，进行驯化培养、三级扩大培养。复合菌剂初期投加10吨后，维持反应器稳定运行20天，其处理后出水CODcr<100mg/L，硝基苯类含量<0.05mg/L，效果较好。
实施例2：
对实施例1所使用的复合菌剂，在某高校微生物实验室进行小试评估，其主要评估路线参见附图2。
实验室模拟废水为硝基苯含量为216mg/L,CODcr为14000左右的制药厂废水水样，采用的生物处理反应器为间歇式SBR反应器，日处理水量为40L，停留时间为4h（1h兼氧混匀，1h连续曝气，1h静置沉淀，1h出水），处理后出水CODcr<100mg/L，硝基苯浓度<0.05mg/L。
通过分子生物学对反应器中的混合液进行生物因子分析，可发现，混合液中的主要优势菌群为：假单胞菌属、寡养单胞菌属、不动杆菌属、***水螺菌、燕麦食酸菌、穿孔素假单胞菌、类产碱假单胞菌、坚强芽孢杆菌。且生物相活跃，证明本发明所公开的方法中，采用复合菌剂对硝基苯处理效果好。
实施例3：
本实施例中，1）～3）验证复合菌剂缺单一菌株的模拟废水处理效果。4）～7）验证单一菌株的模拟废水处理效果。
实验室模拟废水为硝基苯含量为300mg/L,CODcr为20000左右的制药厂废水水样，采用的生物处理反应器为间歇式SBR反应器，日处理水量为40L，停留时间为4h（1h兼氧混匀，1h连续曝气，1h静置沉淀，1h出水）
1）复合菌剂缺假单胞菌
处理后出水CODcr＝18564.46mg/L，硝基苯浓度=48.46mg/L。
2）复合菌剂缺嗜麦芽糖寡养单胞菌
处理后出水CODcr＝17668.00mg/L，硝基苯浓度=186.34mg/L。
3）复合菌剂缺鲍氏不动杆菌
处理后出水CODcr＝15430.50mg/L，硝基苯浓度=297.58mg/L。
4）水螺菌属
处理后出水CODcr＝18740.78mg/L，硝基苯浓度=56.37mg/L。
5）燕麦食酸菌
处理后出水CODcr＝8430.00mg/L，硝基苯浓度=28.56mg/L。
6）粪产碱杆菌
处理后出水CODcr＝8586.84mg/L，硝基苯浓度=34.46mg/L。
7）芽孢杆菌属
处理后出水CODcr＝11084.43mg/L，硝基苯浓度=72.83mg/L。
Claims (3)
1.一种硝基苯类工业废水的微生物降解处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）菌剂制备：取假单胞菌属、嗜麦芽糖寡养单胞菌、鲍氏不动杆菌、水螺菌属、燕麦食酸菌、粪产碱杆菌和芽孢杆菌属菌液，在细菌生长培养基中培养以形成微生物聚合体；
2）驯化培养：用含100mg/L硝基苯的细菌生长培养基对步骤1）所述的微生物聚合体进行驯化；
3）扩大培养：对经过步骤2）驯化的微生物聚合体进行扩大培养；
4）投加：将步骤3）扩大培养所得的菌液按与处理水质量比为0.1%的量投加到间歇式SBR反应器中。
2.根据权利要求1所述的一种硝基苯类工业废水的微生物降解处理方法，其特征在于：步骤1）所用到的细菌生长培养基为蛋白胨、牛肉膏和NaCl，按重量比2∶1∶1组成；步骤2）和步骤3）所用到的培养基为玉米粉、葡萄糖、豆饼粉、鱼粉、CaCO3、(NH4)2SO4、K2HPO4、MgSO4·7H2O和MnSO4·H2O，按重量比10∶5∶15∶5∶5∶1∶0.3∶0.2∶0.2组成。
3.根据权利要求1所述的一种硝基苯类工业废水的微生物降解处理方法，其特征在于：步骤3）中，所述扩大培养包括三级扩大培养：
一级斜面培养：把经过驯化的微生物聚合体接种到斜面上, 28 ℃培养至长满斜面；
二级振荡培养：将长满菌的斜面接种到培养基中, 25℃,振荡培养24～48h；获得母种；
三级曝气培养：将经过二级振荡培养的母种按2%的接种量接种到5L的培养箱中，温度为20～25℃，溶液pH中性,曝气培养40h获得5L菌液，再将所述5L菌液接种到20L的培养箱中，培养40h。
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