CN101974459A - 可降解焦化废水中酚和氰的微生物及用其处理焦化废水的方法 - Google Patents

可降解焦化废水中酚和氰的微生物及用其处理焦化废水的方法 Download PDF

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Abstract

可降解焦化废水中酚和氰的微生物及用其处理焦化废水的方法，它涉及降解废水中酚和氰的微生物及用其处理废水的方法。它解决了目前焦化废水处理过程中小分子有害物质如挥发酚和氰化物难以去除的问题。可降解焦化废水中酚和氰的微生物枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌JhqM8。处理焦化废水的方法：一、将可降解焦化废水中酚和氰的微生物接种于MBR膜生物反应器；二、处理焦化废水。采用本发明方法处理焦化废水可使焦化废水中的挥发酚去除率达99.6％～99.9％、氰化物去除率达到99.5％～99.7％，使出水达到国家一级排放标准。

Description

可降解焦化废水中酚和氰的微生物及用其处理焦化废水的方法
技术领域
本发明涉及降解废水中酚和氰的微生物及用其处理废水的方法。
背景技术
焦化废水主要来自炼焦和煤气净化过程及化工产品的精制过程，其中以蒸氨过程中产生的剩余废水为主要来源。蒸氨废水是混合剩余氨水蒸馏后所排出的废水。剩余氨水是焦化厂最重要的酚氰废水源，是含氨的高浓度酚水，由冷凝鼓风工段循环氨水泵排出，送往剩余氨水贮槽。剩余氨水主要由三部分组成：装炉煤表面的湿存水、装炉煤干馏产生的化合水和添加入吸煤气管道和集气管循环氧水泵内的含油工艺废水。剩余氨水总量可按装炉煤14％计。剩余氨水在贮槽中与其它生产装置送来的工艺废水混合后，称为混合剩余氨水。混合剩余氨水有的是直接蒸氨，有的是先脱酚后蒸氨，有的是与富氨水合在一起蒸氨，还有的是与脱硫富液一起脱酸蒸氨，脱酸蒸氨前要进行过滤除油。
焦化废水所含污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。目前主要应用MBR膜生物反应器对焦化废水进行处理，但焦化废水中的小分子有害物质，尤其是分子量小于100的有害成分，例如挥发酚和氰化物则难以去除，导致出水未能达到国家一级排放标准。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前焦化废水处理过程中小分子有害物质如挥发酚和氰化物难以去除的问题，而提供的一种可降解焦化废水中酚和氰的微生物及用其处理焦化废水的方法。
本发明可降解焦化废水中酚和氰的微生物其一为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BHf3-4，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4046。
本发明可降解焦化废水中酚和氰的微生物其二为芽孢杆菌(Bacillus sp.)JhqK9-1，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4047。
本发明可降解焦化废水中酚和氰的微生物其三为产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)JhqM8，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4048。
本发明用上述可降解焦化废水中酚和氰的微生物处理焦化废水的方法按以下步骤实现：
一、将枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌JhqM8分别培养至浓度为含活菌数108～109cfu/L，然后枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌按2∶1∶1的菌落数比混合后接种于膜生物反应器，接种量为膜生物反应器体积的1％～10％；
二、处理焦化废水：膜生物反应器处理温度25℃～35℃，通氧曝气2～4次/天、每次按每立方米污水曝气3.01m3空气进行曝气，膜生物反应器膜微孔径为0.11μm，出水压力0.12MPa，并每隔9天向膜生物反应器中投加营养液，营养液投加体积为膜生物反应器容积的0.5％～2.0％，营养液中蛋白胨的浓度为10.0g/L、牛肉浸膏的浓度为3.0g/L、氯化钠的浓度为5.0g/L、K2HPO4的浓度为1.0g/L、MgSO4·7H2O的浓度为5.0g/L，营养液pH值为7.2±0.2，焦化废水处理时间24～72h，即完成对焦化废水中酚和氰的降解、出水。
本发明枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌JhqM8都是从焦化废水活性污泥中分离后经钴60诱变得到。
本发明枯草芽孢杆菌BHf3-4革兰氏染色为阳性、好氧，很少成链，染色均匀，鞭毛侧生。菌体为杆状，大小为(0.7～0.8)微米×(1.0～1.2)微米。枯草芽孢杆菌BHf3-4内生孢子，孢子中生，游离孢子的表面着色弱。洋菜培养基上的菌落成不规则的圆形，表面色暗，不透明，粗糙，可起皱，奶白色或褐色。液体培养有菌膜，浑浊。枯草芽孢杆菌BHf3-4的DNA中G+C克分子含量为42％～43％。枯草芽孢杆菌BHf3-4的pH生长范围为5.5～8.5，最适pH值为7.2；最适生长温度为28～37℃，最高生长温度为55℃，最低生长温度为5～20℃。
本发明芽孢杆菌JhqK9-1革兰氏染色为阳性、好氧或兼性厌氧，很少成链，染色均匀，鞭毛侧生。菌体为杆状，大小为(0.7～0.8)微米×(2～3)微米。芽孢杆菌JhqK9-1内生孢子，孢子中生，游离孢子的表面着色弱。洋菜培养基上的菌落成不规则的圆形，表面色暗，不透明，粗糙，可起皱，奶白色或淡黄色。液体培养有菌膜，浑浊。芽孢杆菌JhqK9-1的DNA中G+C克分子含量为39％～43％。芽孢杆菌JhqK9-1的pH生长范围为5.5～8.5，最适pH值为7.2；最适生长温度为28～37℃，最高生长温度为55℃，最低生长温度为5～20℃。
产酸克雷伯氏菌JhqM8为短粗、无鞭毛、不运动、有荚膜、革兰氏染色阴性、杆菌。菌体大小为(0.3～1.5)微米×(0.6～6.0)微米，单个、成双或短链状排列。产酸克雷伯氏菌JhqM8兼性厌氧，营养要求不高，在肉汤固体培养基上形成稍呈半球形、有闪光特征性的粘液状菌落。发酵糖类活泼，产酸产气，具有荚膜。产酸克雷伯氏菌JhqM8的DNA中G+C克分子含量为52％～56％。产酸克雷伯氏菌JhqM8最适pH值为7.2，最适生长温度为28～37℃。
采用本发明方法处理焦化废水可使焦化废水中的挥发酚去除率达99.6％～99.9％、氰化物去除率达到99.5％～99.7％，使出水达到《中华人民共和国国家标准钢铁工业水污染物排放标准Discharge standard of water pollutants for iron and steel industry GB 13456-92》中的国家一级排放标准。
枯草芽孢杆菌BHf3-4属于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)；保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为2010年08月03日，保藏号为CGMCC No.4046。
芽孢杆菌JhqK9-1属于芽孢杆菌(Bacillus sp.)；保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为2010年08月03日，保藏号为CGMCC No.4047。
产酸克雷伯氏菌JhqM8属于产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)；保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，保藏日期为2010年08月03日，保藏号为CGMCC No.4048。
附图说明
图1是枯草芽孢杆菌BHf3-4的显微照相片，显微照相片放大倍数为1000倍。图2是芽孢杆菌JhqK9-1的显微照相片，显微照相片放大倍数为1000倍。图3是产酸克雷伯氏菌JhqM8的显微照相片，显微照相片放大倍数为1000倍。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式可降解焦化废水中酚和氰的微生物其一为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BHf3-4，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4046。
枯草芽孢杆菌BHf3-4生理生化特性如表1所示，枯草芽孢杆菌BHf3-4显微照相片如图1所示。
表1
  接触酶   +   葡萄糖产酸   +
  葡萄糖产气   -   V.P   +
  阿拉伯糖产酸   +   木糖产酸   +
  甘露醇产酸   +   卵黄反应   -
  0.02％叠氮钠生长   -   7％NaCl中生长   +
  柠檬酸钠洋菜上产碱   +   水解酪素   +
  酪氨酸水解   -   还原石蕊牛奶   +
  淀粉水解+NO3→NO2   +   马尿酸盐水解   -
  厌氧洋菜中生长   -
具体实施方式二：本实施方式可降解焦化废水中酚和氰的微生物其二为芽孢杆菌(Bacillus sp.)JhqK9-1，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4047。
芽孢杆菌JhqK9-1生理生化特性如表2所示，芽孢杆菌JhqK9-1显微照相片如图2所示。
表2
  接触酶   +   葡萄糖产酸   +
  葡萄糖产气   -   V.P   +
  阿拉伯糖产酸   -   木糖产酸   -
  甘露醇产酸   -   卵黄反应   +
  0.02％叠氮钠生长   -   7％NaCl中生长   +
  柠檬酸钠洋菜上产碱   +   水解酪素   +
  酪氨酸水解   -   还原石蕊牛奶   +
  淀粉水解+NO3→NO2   +
具体实施方式三：本实施方式可降解焦化废水中酚和氰的微生物其三为产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)JhqM8，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4048。
产酸克雷伯氏菌JhqM8生理生化特性如表3所示，产酸克雷伯氏菌JhqM8显微照相片如图3所示。
表3
  接触酶   +   氧化酶   -
  β-半乳糖甙酶   +   V.P   +
  在KCN上生长   +   硝酸盐还原   +
  葡萄糖产酸   +   葡萄糖产气   -
  乳糖发酵   +   麦芽糖   +
  甘露醇   +   阿拉伯糖   +
  蔗糖   +   海藻糖   +
  木糖   +   柠檬酸盐   +
  葡糖酸盐   +   丙二酸盐   +
  酒石酸盐   +   吲哚   -
  在TSI上产H2S   -   明胶水解   -
  精氨酸   -   尿素水解   +
  谷氨酸   -   苯丙氨酸   -
具体实施方式四：本实施方式用可降解焦化废水中酚和氰的微生物处理焦化废水的方法按以下步骤实现：
一、将枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌JhqM8分别培养至浓度为108～109cfu/L，然后枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌按2∶1∶1的菌落数比混合后接种于膜生物反应器，接种量为膜生物反应器体积的1％～10％；
二、处理焦化废水：膜生物反应器处理温度25℃～35℃，通氧曝气2～4次/天、每次按每立方米污水曝气3.01m3空气进行曝气，膜生物反应器膜微孔径为0.11μm，出水压力0.12MPa，并每隔9天向膜生物反应器中投加营养液，营养液投加体积为膜生物反应器容积的0.5％～2.0％，营养液中蛋白胨的浓度为10.0g/L、牛肉浸膏的浓度为3.0g/L、氯化钠的浓度为5.0g/L、K2HPO4的浓度为1.0g/L、MgSO4·7H2O的浓度为5.0g/L，营养液pH值为7.2±0.2，焦化废水处理时间24～72h，即完成对焦化废水中酚和氰的降解、出水。
本实施方式方法不仅具有MBR(膜生物反应器)工艺出水水质优质稳定，剩余污泥产量少，占地面积小、不受设置场合限制，操作管理方便、易于实现自动控制等优点，而且采用本实施方式方法处理焦化废水可使焦化废水中的挥发酚去除率达99.6％～99.9％、氰化物去除率达到99.5％～99.7％。而且，本实施方式方法中可降解焦化废水中酚和氰的微生物投加后无须驯化，缩短了运行周期。
本实施方式方法中的膜生物反应器可为曝气膜-生物反应器、萃取膜-生物反应器或固液分离型膜-生物反应器；采用本实施方式方法无须对现有设备进行改造。
本实施方式采用鼓风曝气系统进行曝气。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：步骤一中枯草芽孢杆菌BHf3-4用加酚营养肉汤培养基进行培养，芽孢杆菌JhqK9-1用加氰营养肉汤液体培养基进行培养，产酸克雷伯氏菌JhqM8用马丁氏去糖加氰液体培养基进行培养；加酚营养肉汤培养基每升由5g牛肉浸膏、10g蛋白胨、5g NaCl、50mg苯酚和余量的蒸馏水制成，pH值为7.2～7.4；加氰营养肉汤液体培养基每升由5g牛肉浸膏、10g蛋白胨、5g NaCl、200mg KCN和余量的蒸馏水制成，pH值为7.2～7.4；马丁氏去糖加氰液体培养基每升由5g蛋白胨、1g K2HPO4、0.5g MgSO4·7H2O、3.3mL 1％孟加拉红水溶液、3mL 1％链霉素、100mg KCN和余量的蒸馏水制成。其它步骤及参数与实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五的不同点是：步骤一中接种量为膜生物反应器体积的4％～8％。其它步骤及参数与实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式本实施方式用可降解焦化废水中酚和氰的微生物处理焦化废水的方法按以下步骤实现：
一、将枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌JhqM8分别培养至浓度为108～109cfu/L，然后枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌按2∶1∶1的菌落数比混合后接种于膜生物反应器，接种量为膜生物反应器体积的7％；
二、处理焦化废水：膜生物反应器处理温度27℃～30℃，通氧曝气3次/天、每次按每立方米污水曝气3.01m3空气进行曝气，膜生物反应器膜微孔径为0.11μm，出水压力0.12MPa，并每隔9天向膜生物反应器中投加营养液，营养液投加体积为膜生物反应器容积的1.0％，营养液中蛋白胨的浓度为10.0g/L、牛肉浸膏的浓度为3.0g/L、氯化钠的浓度为5.0g/L、K2HPO4的浓度为1.0g/L、MgSO4·7H2O的浓度为5.0g/L，营养液pH值为7.2，焦化废水处理时间24h，即完成对焦化废水中酚和氰的降解、出水。
本实施方式处理前焦化废水中有害成分挥发酚含量为200～500mg/L、氰化物含量为100～200mg/L；经本实施方式处理后出水中挥发酚含量降至0.5～2.0mg/L、氰化物含量降至0.5～1.0mg/L；挥发酚去除率达99.6％～99.9％(挥发酚平均去除率为99.7％)、氰化物去除率达到99.5％～99.7％(氰化物平均去除率为99.6％)；出水达到《中华人民共和国国家标准钢铁工业水污染物排放标准Discharge standard of water pollutants for iron and steel industry GB13456-92》中的国家一级排放标准。

Claims (5)

1.可降解焦化废水中酚和氰的微生物，其一为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BHf3-4，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4046。
2.可降解焦化废水中酚和氰的微生物，其二为芽孢杆菌(Bacillus sp.)JhqK9-1，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4047。
3.可降解焦化废水中酚和氰的微生物，其三为产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)JhqM8，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC No.4048。
4.用上述可降解焦化废水中酚和氰的微生物处理焦化废水的方法，其特征在于用降解焦化废水中酚和氰的微生物处理焦化废水的方法按以下步骤实现：
一、将枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌JhqM8分别培养至浓度为108～109cfu/L，然后枯草芽孢杆菌BHf3-4、芽孢杆菌JhqK9-1和产酸克雷伯氏菌按2∶1∶1的菌落数比混合后接种于膜生物反应器，接种量为膜生物反应器体积的1％～10％；
二、处理焦化废水：膜生物反应器处理温度25℃～35℃，通氧曝气2～4次/天、每次按每立方米污水曝气3.01m3空气进行曝气，膜生物反应器膜微孔径为0.11μm，出水压力0.12MPa，并每隔9天向膜生物反应器中投加营养液，营养液投加体积为膜生物反应器容积的0.5％～2.0％，营养液中蛋白胨的浓度为10.0g/L、牛肉浸膏的浓度为3.0g/L、氯化钠的浓度为5.0g/L、K2HPO4的浓度为1.0g/L、MgSO4·7H2O的浓度为5.0g/L，营养液pH值为7.2±0.2，焦化废水处理时间24～72h，即完成对焦化废水中酚和氰的降解、出水。
5.根据权利要求4所述的用可降解焦化废水中酚和氰的微生物处理焦化废水的方法，其特征在于步骤一中枯草芽孢杆菌BHf3-4用加酚营养肉汤培养基进行培养，芽孢杆菌JhqK9-1用加氰营养肉汤液体培养基进行培养，产酸克雷伯氏菌JhqM8用马丁氏去糖加氰液体培养基进行培养；加酚营养肉汤培养基每升由5g牛肉浸膏、10g蛋白胨、5g NaCl、50mg苯酚和余量的蒸馏水制成，pH值为7.2～7.4；加氰营养肉汤液体培养基每升由5g牛肉浸膏、10g蛋白胨、5g NaCl、200mg KCN和余量的蒸馏水制成，pH值为7.2～7.4；马丁氏去糖加氰液体培养基每升由5g蛋白胨、1g K2HPO4、0.5g MgSO4·7H2O、3.3mL 1％孟加拉红水溶液、3mL 1％链霉素、100mg KCN和余量的蒸馏水制成。
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