丙烯酰胺生产废水的AM-4菌株处理工艺

李俊叶，季志文，康 翠

(华东交通大学理工学院，江西南昌 330100)

丙烯酰胺(AM)单体的均聚物或共聚物是一类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，可广泛用于造纸、纺织、印染、水处理、选矿、油田化学等领域[1]。AM渗透性较强，可经过消化系统、呼吸系统、皮肤及黏膜快速渗透进入体内，从而引起中毒，主要表现为神经、生殖、遗传、致突变性等方面的毒害作用[2]。生物降解AM多数集中在研究AM能否被生物降解及在降解过程中AM的利用等方面。王锦文等[3]用加富驯化培养的方法筛选出一种细菌，该菌株对AM浓度有较高忍耐力，但降解率较低，为45.01%。本研究菌株有较高的降解效率，主要研究了菌株对AM的降解利用情况及菌株对生产废水的处理效果[3-5]。

1 试验

1.1 材料

AM-4降解菌株分离自昌九农科生产废水厌氧处理池中的活性污泥。

1.2 菌株培养基及生长条件优化[6]

AM具有生长毒性，因此，向菌株培养液添加营养物质促进微生物生长，从而降解AM。通过试验确定菌株培养液外加碳、氮、磷源物质及最佳浓度，且优化菌株在纯培养条件下降解AM的最佳生长条件(菌种培养时间、处理废水的最佳接种量、培养温度、生长pH、溶解氧等)。

1.3 生产废水水质分析

采用文献[7]中方法对废水水质分析，检测废水中悬浮固体含量、氨氮(NH3-N)、可溶性磷酸盐、化学需氧量、AM。

用紫外分光光度计在260 nm处测定废水经生化处理后AM含量的变化，水样需要经过活性炭处理，吸附水样中的色度及一些杂质，具体操作与活性炭吸附性能影响因素参考文献《活性炭吸附法去除印染工业废水色度的试验与研究》[8]、《活性炭处理色度废水的研究》[9]。

1.4 AM-4菌株及菌株与污泥组合对生产废水COD、NH3-N、AM的去除

取AM生产企业生产废水，根据优化后试验条件，菌种用于生产废水处理。菌株直接接种到生产废水、原有活性污泥接种于生产废水以及将原有活性污泥添加菌株后接种于生产废水，摇床培养，采用SBR污水处理系统对生产废水进行生化处理[10]。

2 结果与分析

2.1 AM-4生长优化条件

氨厂出水AM的含量大约为300 mg/L，为防止污水出水情况波动，细菌生长环境恶化，细菌生长受到抑制，所以选择培养基中AM的浓度为500 mg/L。

AM具有毒性，对微生物生长有抑制作用，试验主要研究了外加碳源、氮源、磷源及其浓度对菌株降解AM的影响，考察AM降解菌在最佳生长条件下对AM的降解率。

图1 不同的碳源及浓度对AM降解率的影响 (a)不同碳源；(b)不同石蜡浓度Fig.1 Effects of Different Carbon Sources and Concentrations on Degradation Rate of Acrylamide (a) Different Carbon Source;(b) Different Concentration of Paraffin

由图1(a)可知，加入石蜡的一组AM降解效果最好， 加葡萄糖的一组AM降解效果较加入石蜡一组的效果略差。加入蔗糖和不加碳源的2组，AM的降解效果相对较低，可能是因为葡萄糖比较容易利用的碳源，菌株优先利用葡萄糖从而降低了对AM的降解，本试验最终是将筛选菌株应用于工业污水处理，最终选用石蜡作为外加碳源。

由图1(b)可知，当液体石蜡浓度为0.4 g/L时，AM的降解率最高。原因可能是：低碳源时AM降解菌营养不好，生长受到抑制；若液体石蜡浓度过高，菌株以石蜡做为碳源，从而对AM的利用率降低。

同理，通过试验确定相应氮源、磷源种类及添加浓度，对 AM-4菌株降解AM的生长条件进行了优化。菌株最终将用于AM生产废水处理，考虑处理效果及经济成本，确定液体石蜡为外加碳源，浓度为0.4 g/L；以石蜡为碳源，进一步研究AM-4菌株在石蜡浓度0.4 g/L条件下对氮源及磷源需求。最终确定K2HPO4为磷源，浓度为0.5 g/L，NH4Cl为氮源，浓度为0.2 g/L。最佳降解时间为24 h，接种量为2%，温度为30～35 ℃，初始pH值为7.0～7.5，摇床转速为100 r/min。

2.2 纯AM溶液对COD的影响结果

标准AM溶液的COD如表1所示。

2.3 废水水质分析结果

生产废水水质分析结果如表2所示。

表1 标准AM溶液的CODCrTab.1 CODCrValues of Standard AM Solution

表2 生产废水水质分析结果 Tab.2 Analysis Result of Water Quality

污水的化学水质分析结果表明，污水中的磷源严重不足，为了增强微生物的活性，试验过程中需外加磷源来提高废水的可生化性。本试验研究采取添加浓度为0.5 g/L的K2HPO4作为营养磷源对污水的可生化性进行调整。

2.4 AM-4菌株及菌株与污泥组合对生产废水COD、NH3-N、AM的去除

菌种用于实际生产废水处理，研究了菌株和原有的废水处理活性污泥的组合降解效果。菌株直接接种到生产废水、原有活性污泥接种于生产废水以及将原有活性污泥添加菌株后接种于生产废水，摇床培养，采用SBR污水处理系统对生产废水进行生化处理，结果如表3所示。

表3 AM降解菌及活性污泥组合对生产废水处理结果Tab.3 Results of Acrylamide Degradation Bacterium and Activated Sludge Combination for Wastewater Treatment

由表3可知，AM降解菌对废水COD的去除效率较好，菌株直接用于废水处理，COD去除率达到了87.2%，AM去除率达到91.4%；而原水+活性污泥、原水+活性污泥+菌株菌株组合方式用于废水池处理的COD去除效率较低，可能是因为废水中AM含量较高，对活性污泥微生物具有毒害作用，微生物生长受到抑制，从而AM去除率低。筛选驯化得到的菌株能以AM作为碳源和氮源生长，对AM 有较好的去除率。由表3可知，原水+菌株对NH3-N处理效果较差，废水的NH3-N处理需进一步通过好氧曝气处理，采用SBR工艺处理。

2.5 AM降解菌对生产废水NH3-N去除率

生产废水经厌氧阶段处理后，水样的CODCr为384 mg/L、NH3-N为246.4 mg/L，把废水同活性污泥及菌株混合后采用SBR工艺参数进行曝气，污泥沉降比为40%，30 ℃水浴锅加热，考察不同时间好氧处理(曝气)对NH3-N的去除率(表4)。

表4 不同时间条件下AM降解菌对生产废水NH3-N处理结果Tab.4 Results of Ammonia Nitrogen Removal by AM Bacterium Degradation for Wastewater Treatment under Condition of Different Time

试验表明，好氧曝气处理对NH3-N去除效果较好，12 h后NH3-N去除率达到了65.4%，24 h后NH3-N去除率达到了66.7%，最终出水CODCr为154.8 mg/L，NH3-N为82.1 mg/L。

3 结论

本研究优化了AM-4菌株生条件，确定了菌株培养时间、接种量、培养温度、需氧量及最佳pH，对含AM污水进行水质分析，对污水进行可生化性调整，确定了相应外加碳、氮、磷源及相应的添加量。生产废水厌氧处理后，再运用SBR工艺，通过SBR工艺的反应期和沉淀期对污水进行了生化处理模拟试验。运行降解24 h后，AM降解率达到91.4%，CODCr的总去除率达到87.2%，NH3-N降解率达到66.7%，出水的各项指标趋于稳定，处理水排入工厂总污水处理厂，常规活性污泥法处理后达标排放。