盧小靜，楊桂芳，陳 坤*，張乃群

(1.南陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 南陽 473000； 2.信陽師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，河南 信陽 464000)

0 引言

當(dāng)前，環(huán)境污染是人類面臨的最突出問題之一，尤其是被稱為“生態(tài)癌癥”的水污染.水污染最主要的來源是工業(yè)廢水.在工業(yè)排放的廢水中氨氮的污染最嚴(yán)重、危害最大，且難處理.化工廠排放的甲胺廢水作為水污染的重要組成部分，有強(qiáng)烈難聞的刺鼻氣味，顏色為紅黃色且難以快速凈化.甲胺廢水主要含甲醇和氨氮化合物，具有高溫、有機(jī)物含量高、堿度大、毒性強(qiáng)、可生化性差的特點.目前的研究表明, 甲胺物質(zhì)具有致癌、致畸、致突變性, 對自然界生物安全構(gòu)成巨大威脅[1-2].微生物降解一直是國內(nèi)外處理的一個重要方法.其處理方法靈活、成本低、沒有二次污染，微生物既可以大量投加入水體起作用，也可以被固定化后在反應(yīng)器中處理廢水.有學(xué)者從活性污泥中分離出一株紅球菌能夠有效地降解含氮制藥廢水中的喹啉以及選用白腐菌對低濃度的吲哚進(jìn)行降解[3-4]. 另有研究表明在影響微生物處理甲胺廢水的諸多影響因素中，pH值對微生物處理甲胺廢水影響程度最大.并且脫氮細(xì)菌的生長pH和脫氮pH多為堿性環(huán)境[5-8].本文主要探究從甲胺廢水中分離的反硝化細(xì)菌在不同堿性pH值下對甲胺廢水的處理效果，為處理甲胺廢水提出一種新技術(shù).

1 材料和方法

1.1 材料

反硝化細(xì)菌(Pseudomonasmendocina)為信陽師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院實驗室分離甲胺廢水時得到.

甲胺廢水樣品采集于河南省某一制藥生產(chǎn)車間排放的富含COD、氨氮、色度較高的廢水.采集時水質(zhì)特征：水溫為15 ℃左右，pH為11.16，COD 濃度高達(dá)8 000 mg·L-1，起始氨氮濃度為350.0 mg·L-1左右，幾乎是國家排放標(biāo)準(zhǔn)(5 mg·L-1)的100倍.

1.2 處理和測定方法

1.2.1 實驗處理

選擇在對數(shù)生長期生長的反硝化細(xì)菌(7.8×109cell·L-1)，作為實驗菌種.

取規(guī)格為1.5 m×1.0 m×0.6 m的白色水箱15個，設(shè)置5個處理，處理條件見表1，每個處理設(shè)3個重復(fù).每個水箱內(nèi)裝20 L甲胺廢水，測量時取平均值.A組不處理作為空白對照.每個水箱加入1.2 L在對數(shù)生長期生長的反硝化細(xì)菌(7.8×109cell·L-1).溫度為25 ℃的自然條件下，光照是自然光照強(qiáng)度，加入反硝化細(xì)菌后通氣量為18 L·min-1.處理后第1 d、第3 d、第5 d分別測定氨氮(NH3-N)含量、化學(xué)需氧量、色度和pH值的變化，研究反硝化細(xì)菌的凈化效果.

表1 反硝化細(xì)菌處理甲胺廢水實驗條件

1.2.2 測定方法

氨氮(NH3-N)含量采用過硫酸鉀-紫外分光光度法[9]測量，儀器為TU-1810紫外分光光度計，北京普析通用儀器有限公司；化學(xué)需氧量(CODCr)采用重鉻酸鉀法[8]測量；pH采用PHS-3CpH計測量.

2 結(jié)果與結(jié)論

2.1 甲胺廢水氨氮(NH3-N)降解效果

制藥廠排放的甲胺廢水中氨氮濃度為350.0 mg·L-1.氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn).甲胺廢水中氮元素經(jīng)過微生物氧化還原為含氮?dú)怏w后，可有效去除水體中的氮，預(yù)防水體的富營養(yǎng)化.圖1顯示了在實驗條件下氨氮(NH3-N)含量變化.由圖1可知，在堿性條件下，pH的大小明顯影響了反硝化細(xì)菌的降解效果.而且添加反硝化細(xì)菌處理，氨氮含量明顯降低了，說明反硝化細(xì)菌有一定的脫氮能力.處理3 d、5 d時間，對照中氨氮自然降解了3%；實驗組中pH為11時，反硝化細(xì)菌對氮元素降解不明顯，處理3 d時降解效果為16%，處理5 d時降解效果為19%；pH為9時， 反硝化細(xì)菌處理的降解效果3 d為39%，處理5 d時降解了48%；pH為8時，反硝化細(xì)菌對氨氮的降解效果較為明顯，3 d時降解效果為56%，5 d時降解效果為92.5%.因此，pH=8是該反硝化細(xì)菌脫氮的適宜pH.

圖1不同處理下甲胺廢水氨氮含量變化

2.2 甲胺廢水化學(xué)需氧量的變化

甲胺廢水中含有大量的有機(jī)物如一甲胺、二甲胺、三甲胺、甲醇等，這些有機(jī)物及氨氮化合物的氧化分解都需要大量的氧氣，造成甲胺廢水化學(xué)需氧量高的特點.圖2說明了化學(xué)需氧量(CODCr)在處理3 d，5 d的變化情況.對照組中3 d時，CODCr自然降解了4.2%，到5 d時，CODCr自然降解了6.3%.加入反硝化細(xì)菌的實驗組的幾個處理，化學(xué)需氧量都明顯降低了.當(dāng)pH為11時，3 d CODCr降低了7%，效果不明顯，5 d時降解了34%；pH為10時，3 d時CODCr降低了21.7%，5 d CODCr降低了37.3%；pH為9時，降解效果反而不如pH為10和11的情況；pH為8時，由圖可知，降解效果良好，3 d降解了43.7%，5 d降解了78.3%.由此可知，pH=8是反硝化細(xì)菌降低CODCr的最適pH.

圖2 不同處理下甲胺廢水化學(xué)需氧量變化

2.3 甲胺廢水色度變化

甲胺廢水顏色為紅黃色，圖3為實驗過程中廢水色度的變化情況.在3 d，5 d時間內(nèi), 在自然狀態(tài)下，對照組中色度自然下降了2%和2.6%.加入反硝化細(xì)菌的實驗組中，pH為11時，3 d時色度的下降效果為43%，5 d時色度的下降效果65%；pH為10時，3 d降解效果為47.3%，5 d降解效果為63%；pH為9時，3 d、5 d色度的下降效果分別為40%和54%；pH為8時，實驗處理效果更為顯著，3 d、5 d色度的下降效果分別為62%和85.1%，實驗處理后，甲胺廢水的紅黃色已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色.

圖3 不同處理下甲胺廢水色度變化

2.4 pH值變化

在實驗處理過程中，pH值影響廢水凈化,隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中氫氧根離子在脫氮過程不斷被消耗，放出氫離子，pH值也在發(fā)生變化.如圖4所示，在3 d、5 d時間內(nèi)，自然狀態(tài)下對照中變化了1.1%和1.2%.實驗組，反硝化細(xì)菌處理后，pH普遍有所降低.當(dāng)pH為11時，降解效果最顯著，3 d和5 d分別降解了11.8%和19.1%.因此，在廢水處理過程中，凈化廢水的最適pH需要不斷調(diào)整.

圖4 不同處理下甲胺廢水pH 值變化

3 討論

甲胺廢水作為水體污染的一個重要組成部分，具有難以快速凈化的特點，是目前國內(nèi)外水處理的難點問題.利用微生物治理，具有高效節(jié)能、操作簡便、處理徹底而又成本低廉的特點.在實驗中，當(dāng)pH為8時，經(jīng)過反硝化細(xì)菌處理3 d和5 d后, CODCr去除率最高可達(dá)到43.7%和78.3%，氨氮降解率可達(dá)到56%和92.5%，其降解廢水的效果較好，在實際應(yīng)用中能起到很大作用.生物處理廢水其缺點和不足是周期長，需要占用一定的土地面積.本實驗處理的制藥廢水中有機(jī)物濃度高, 且有一定的毒性,排放的廢水水質(zhì)、水量隨著季節(jié)的波動變化很大, 相應(yīng)處理難度也較大.對于經(jīng)濟(jì)條件好的地區(qū)處理的費(fèi)用和硬件設(shè)施相對較好，對于不發(fā)達(dá)地區(qū)，難度較大.生物方法處理制藥廢水優(yōu)點是成本低，可以循環(huán)利用，沒有副作用產(chǎn)物.通過不斷的試驗、分析、反復(fù)論證,在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，爭取找到一套易操作、效果好的生物處理工藝，使甲胺生產(chǎn)廢水能夠達(dá)標(biāo)排放.