（环境科学专业论文）紫外辐射加速有机物的生物降解.pdf

摘要上海师范大学硕士学位论文 m e s o r h i z o b i u ns p 、t h a u e r as p m z l t 和r a l s t o n i ae u t r o p h a 是优势菌种，在菌群 中所占的比例分别为2 6 ，1 6 ，1 6 和1 2 ；而在方法p & b 中，由于对紫外 光较敏感和反应底物的变化，菌种b e i j e r i n c k i a 、m e s o r h i z o b i u ns p 和r a l s t o n i a e u t r o p h a 在菌群中所占的比例降到了4 ，4 和6 ，而t h a u e r as p m z l t 在方 法p & b 中成为了优势菌种，在菌群中的比例提高到了4 0 。在降解s m x 的生 物膜上，方法b 中，以降解大分子有机物为主的菌群r h o d o p i r e l l u l ab a l t i c a 和 m e t h y l i b i u mp e t r o l e i p h i l u mp m l 为优势菌种，在菌群中分别占2 6 和1 4 ；而在 方法p & b 中，由于s m x 结构在紫外辐射下的变化，r h o d o p i r e l l u l ab a l t i c a 和 m e t h y l i b i u mp e t r o l e i p h i l u mp m1 在菌群中的所占的比例急剧降低，r h o d o p i r e l l u l a b a l t i c a 只有7 ，m e t h y l i b i u mp e t r o l e i p h i l u mp m l 在降解过程中消失；降解小分 子有机物的菌种m i c r o c o c c u sl u t e u s ，d e t f t 切a c i d o v o r a n s 和o l i g o t r o p h a c a r b o x i d o v o r a n s 在方法p & b 中成为优势菌种，分别占2 5 ，1 9 和1 9 ，在其 他菌种的配合作用下，大大提高了s m x 的矿化程度。 综上所述，紫外光解生物氧化同步耦合技术可以将紫外光解技术和生物氧 化技术有机结合起来，实现有机物的高效降解，是降解有机物的一种行之有效的 方法。 关键字：苯酚、磺胺甲恶唑( s m x ) 、紫外辐射与生物氧化同步耦合( p & b ) 、降 解速率、矿化程度、菌种 论文类型：应用研究 l i 上海师范大学硕士学位论文 摘要 一u v d 删硫一。唧! 。y 2 09 6 40 2 m a j o r ：e n v i r o n m e n t a l s c i e n c e m a s t e r d e g r e ea p p l i c a n t ：l i n k ex u 嬲 。w s u p e r v i s o r ：y o n g m i n gz h a n g ，p r o f e s s o r a b s t r a c t t h e i n t e r n a l l o o p a i r l i f t r e a c t o rw a sc o m b i n e dt h e t e c h n o l o g yo fp h o t o l y s i sa n d b i o d e g r a d a t i o n t h ea d v a n t a g e so fp h o t o l y s i sa n db i o d e g r a d a t i o nw e r et a k e nw e l l t h r o u g h p h o t o l y s i s ，t h et o x i c i t yo fo r g a n i cm a t t e rw a sr e d u c e d , w h i l et h eb i o d e g r a d a b i l i t yw a si m p r o v e d 1 1 1 i sm e t h o do fb i o d e g r a d a t i o nh a dt h ea d v a n t a g e so fl o wc o s ta n dm i n e r a l i z a t i o nc o m p l e t e l y p h e n o la n ds u l f a m e t h o x a z o l ew a st r e a t e di nt h er e a c t o rw i t ht h em e t h o d so fp h o t o l y s i sa l o n e ( p ) ， b i o d e g r a d a t i o na l o n e ( b ) a n di n t i m a t e l yc o u p l e dp h o t o l y s i sw i t hb i o d e g r a d a t i o n ( p & b ) t h e nt h e d e g r a d a t i o na n dm i n e r a l i z a t i o no ft h et w oo r g a n i cm a t t e r sw a sr e s e a r c h e d t h em i c r o b i a l c o m m u n i t i e si nt h e b i o f i l m ，b e i n gi nt h ep r o t o c o lba n dp r o t o c o lp & b ，w e r ea n a l y z e db y m o l e c u l a rb i o l o g yt e c h n i q u e t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tp r o t o c o lp & bh a sa v e r yg o o de f f e c to n t h ed e g r a d a t i o no ft h et w os u b s t a n c e s ；t h ed e g r a d a t i o na n dm i n e r a l i z a t i o nw e r eb o t ht h eh i g h e s ti n t h et h r e ep r o t o c o l s d u r i n gt h ed e g r a d a t i o np r o c e s so fp h e n o l ，t h ed e g r a d a t i o nd e g r e ew a sr e l a t i v e l yl o w b u ti t w a si nl i n ew i t ht h ef i r s t - o r d e rk i n e t i c s t h er e m o v a lr a t ed e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e p h e n o li n i t i a lc o n c e n t r a t i o n f o rt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o nl e s st h a n3 0 0 m g l ，t h er e m o v a lr a t e i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ei n i t i a lp h e n o lc o n c e n t r a t i o nb yt h ep r o t o c o lb ，a n di tw a s h i g h e rt h a nt h a tb yt h ep r o t o c o lp & b o nt h ec o n t r a r y w i t ht h ei n i t i a lp h e n o lc o n c e n t r a t i o n g r e a t e rt h a n3 0 0 m g l ，t h er e m o v a lr a t ed e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n go ft h ei n i t i a l p h e n o l c o n c e n t r a t i o nb yt h ep r o t o c o lb 。i tw a sl o w e rt h a nt h a tb yp r o t o c o lp & b i tw a sf o u n dt h a ts m x h a sas t r o n gi n h i b i t o r ye f f e c to nm i c r o b i a li nt h ed e g r a d a t i o no fs m x t h er e m o v a lr a t ew a sl o w b yt h ep r o t o c o lb t h er e m o v a lr a t ew a si n c r e a s e db yt h ep r o t o c o lp & bb e c a u s eu vc a nd e s t r o y t h es t r u c t u r eo fs m x ，a n dw a sm u c hh i g h e rt h a nt h a tb yp r o t o c o lpa n dp r o t o c o lb t h ei n f l u e n c e o ft h ei n i t i a ls m xc o n c e n t r a t i o nw a sl i t t l et ot h ei n i t i a ls m xr e m o v a lr e a c t i o nr a t eb yp r o t o c o lp t h er e m o v a lr a t eo ft o cw a sh i g h e s tb yt h ep r o t o c o lp & b ，w h i c hr e a c h e d5 7 3 a f t e r6h o u r s 。 w h i l ei tw a s2 6 b yp r o t o c o lba n d6 8 b yp r o t o c o lp3 2 3 o fn i t r o g e nw a sr e l e a s e di nt h e f o r mo fa m m o n i at h r o u g ht h ep h o t o l y s i so fs m x t h ea m m o n i ac o u l db eu s e d 笛a n i t r o g e n i i i s o u r c ef o rt h eg r o w t ho fm i c r o b e h o w e v e r , i tc o u l dn o tm e e tt h en e e d so ft h eg r o w t ha n d m e t a b o l i s mo fm i c r o b e c o - m e t a b o l i s mc o u l df o r mb e t w e e nt h eg l u c o s ea n ds m x t h ee n e r g y c o u l db ep r o v i d e dt ot h ed e g r a d a t i o no fs m xb ym e t a b o l i z eo fg l u c o s e t h e nt h eb i o d e g r a d a t i o n o fs m xw a sp r o m o t e d t h es p e c i e sa n da c c o u n t so fm i c r o b i a lc o m m u n i t yi nt h eb i o f i l mw e r es t u d i e du s i n g m o l e c u l a rb i o l o g yt e c h n i q u e t h er e s u l t ss h o w e dt h a t , t h es t r a i n so fb e i j e r i n c k i a ，m e s o r h i z o b i u n s p t h a u e r as p m z l ta n dr a l s t o n i ae u t r o p h aw e r ed o m i n a n ti nt h eb i o f i l mo fb i o d e g r a d a t i o no f p h e n 0 1 t h e i rp r o p o r t i o na r e2 6 ，1 6 ，1 6 和1 2 h o w e v e r , b yt h ep r o t o c o lp & b ，t h e p r o p o r t i o no fs t r a i n sb e i j e r i n c k i a ，m e s o r h i z o b i u ms p a n dr a l s t o n i ae u t r o p h ad r o p p e dt o4 ，4 a n d6 b e c a u s eo fs e n s i t i v et ou l t r a v i o l e tl i g h ta n dt h ec h a n g e do fs u b s t r a t e w h i l et h et h a u e r as p m z1tb e c a m et ot h ed o m i n a n ts t r a i n ，t h ep r o p o r t i o ni n c r e a s e dt o4 0 i nt h ed e g r a d a t i o no fs m x ， t h es t r a i n so fr h o d o p i r e l l u l ab a l t i c aa n dm e t h y l i b i u mp e t r o l e i p h i l u mp m l ，d o m i n a t e dt ot h e d e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a e r o m o l e c u l em a t t e r s ，b e c a m et ot h ed o m i n a n tc o n s o r t i u m sb yp r o t o c o l b a n dt h ep r o p o r t i o ng o t2 6 a n d14 h o w e v e rb yp r o t o c o lp & b ，t h ep r o p o r t i o no f r h o d o p i r e l l u l ab a l t i c aa n dm e t h y l i b i u mp e t r o l e i p h i l u mp m 1r e d u c e d b e c a u s eo ft h ec h a n g i n go f s m xs t r u c t u r e r h o d o p i r e l l u l ab a l t i c aw a so n l y7 ，a n dm e t h y l i b i u mp e t r o l e i p h i l u mp m ! d i s a p p e a r e di nt h ep r o c e s so fd e g r a d a t i o n t h es t r a i n so fm i c r o c o c c u sl u t e u s ，d e l f i i aa c i d o v o r a n s a n do l i g o t r o p h ac a r b o x i d o v o r a n s ，d o m i n a n tt ot h ed e g r a d a t i o no fs m a l lo r g a n i cm o l e c u l e s ， b e c a m et ot h ed o m i n a n ts t r a i n sb yt h ep r o t o c o lo ft h ep & b ，t h e i rp r o p o r t i o na r e2 5 ，19 a n d 19 t h em i n e r a l i z a t i o no fs m xw a si m p r o v e dg r e a t l yw i t ht h er o l eo fo t h e rb a c t e r i a i ns u m m a r y ，t h et e c h n o l o g yo fp h o t o l y s i sa n db i o d e g r a d a t i o nw e r ec o m b i n e dw e l li nt h e m e t h o do fi n t i m a t e l yc o u p l e dp h o t o l y s i sw i t hb i o d e g r a d a t i o n ( p & b ) t h eo r g a n i cm a t t e rc o u l db e d e g r a d e de f f i c i e n t l yw i t ht h i sm e t h o d i tw a sa l le f f e c t i v ep r o t o c o lt o t h er e m o v a lo fo r g a n i c m a t t e r k e yw o r d s ：p h e n o l ，s u l f a m e t h o x a z o l e ( s m x ) ，i n t i m a t e l yc o u p l e dp h o t o l y s i sw i t hb i o d e g r a d a t i o n ( p & b ) ，r e m o v a lr a t e ，m i n e r a l i z a t i o n ，s t r a i n t h e s i st y p e ：a p p l i e dr e s e a r c h i v 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 近年来，随着经济发展的突飞猛进，工业化和城市化的不断发展，人类的生 存环境也受到越来越大的压力，环境问题日益严重，环境污染逐渐制约着人类社 会的发展。水作为人类的生存之本，生命的起源，水资源与经济和社会的发展息 息相关。我国是一个水资源相对短缺的国家，且在时间和空间上分布很不均匀， 导致国内许多地区城市和工业区的水资源匮乏，呈现出严重缺水的现状。水资源 对我国社会和经济发展的制约越来越明显。因此，解决水资源缺乏带给我们的烦 恼成为现在的一个至关重要的社会问题。 水是生产生活的必需品，水资源的循环利用也就至关重要。然而在工业生产 和人类生活中产生的废水成分日益复杂，尤其是工业废水，往往难以用传统方法、 传统工艺彻底矿化，因此这类难降解废水成为现在水处理领域的重点研究对象。 表1 1 水中普遍存在的典型污染物质 1 】 第一章绪论 上海师范大学硕士学位论文 1 1 含酚废水危害及处理方法 1 1 1 含酚废水的来源及危害 作为废水中一种常见的有机物，酚类具有高毒性和难降解的特点，在废水中 以苯酚，间苯二酚、氯酚及其他含酚化合物的形式存在【2 】。含酚废水来源广泛， 很多工业废水中都含有该类废水，如炼油、钢铁、塑料和合成纤维等生产过程中 的废水。随着这些行业的发展，含酚废水的水量和种类也日益增加 3 】。地下水 和许多地表水体都受到了酚类的污染。我国的废水排放标准中已经将酚类物质作 为一个检测指标。 酚类物质是一种原型质毒物，对生物个体都有毒害作用。它经过皮肤接触、 吸入和口服侵入人体内部，与细胞原浆中的蛋白质接触，生成不溶性的蛋白质， 使细胞失活；酚类还能渗透入生物体深部，引起生物体深部组织损伤、坏死，甚 至全身中毒 4 】。 酚类中的苯酚常作为有机化工原料在国民经济的很多领域得到广泛应用，是 炼油、焦化和造纸等工业废水的主要成分之一，苯酚毒性很高，被公认为致癌物 质，水中酚含量在2 1 5 9 9 l 时，与消毒的液氯形成氯酚恶臭，影响饮用水水质； 酚含量o 1 o 2 m g l 的水中的鱼肉有酚味；未经处理的含酚废水灌溉农田( 酚含 量大于5 0 1 0 0 m g l ) ，农作物将枯死和减产。酚类物质对水生资源的危害也很严 重，水中酚类物质的含量超过一定值时，鱼类将会中毒死亡，其中研究发现，当 水中含o 1 o 2 m g l 苯酚时，鱼类和水生生物将不能繁殖生长【5 】。 1 1 2 含酚废水的处理方法 在废水治理的过程中，我们一般遵从两个原则，一是通过改进生产工艺，减 少废水量；另一个是对于水中的污染物有能够提取循环利用的尽量循环利用。因 此，对于高浓度的含酚废水，回收利用将是最佳的选择，一般情况下，浓度为 1 0 0 0 m g l 的含酚废水优先考虑再利用；酚浓度较低的废水，遵守先处理再利用 排放的原则，一般指浓度在5 0 0 m g l 的低浓度含酚废水。 于是，随着水处理技术的发展和人们对酚类危害性认识的不断提高，各种 不同的处理方法也都相互渗透组合。现今常用的处理方法有： ( 1 ) 萃取法 2 上海师范大学硕士学位论文 第一章绪论 萃取法是通过提取物与萃取剂间的物理化学作用，使提取物与萃取剂结合从 水中分离出来的过程。萃取剂是一种难溶于水的物质，萃取过程中由于溶剂和萃 取剂有一定的互溶性，易造成溶剂损失和二次污染 6 】。胡俊杰【7 等采用高效萃 取剂h l e 处理水杨酸工业废水，废水的含酚量7 7 3 2 m g l ，处理3 m i n 后萃取率 达到9 9 5 、反萃率为9 9 。高锋等 8 人使用络合萃取法处理高浓度的含酚废水， 以回收其中的酚类化合物，试验中的萃取剂选用磷酸三丁酯( t b p ) ，以环己烷为 稀释剂，采用络合萃取法处理高浓度的含酚废水，并进行了碱液的反萃取实验， 反萃取剂为氢氧化钠，对负载有机相进行反萃取实验。实验结果表明，当废水初 始p h 8 ，萃取剂t b p 体积分数为5 3 0 ，温度控制在2 0 3 0 时，t b p 对废水中酚类物质的萃取率可达9 8 ；而在反萃取试验中，反萃取剂n a o h 的 浓度为1 0 ，反萃温度控制在5 0 ，此时在反萃比( 富含酚的有机萃取相与n a o h 水溶液之比) 为l ：1 时，反萃率可达到9 0 左右。杨秀红等【9 】人采用溶剂萃取法 对炼油废水中酚类物质进行脱酚处理，通过对比研究发现，温度对萃取实验的影 响不大，萃取剂磷酸三丁酯和碳酸二甲酯实验过程中受p h 的影响较小，聚磷酸 三丁酯( t b p ) 萃取的最佳实验条件为t b p 的体积浓度为1 0 ，萃取比( 萃取剂与 含酚废水之比) 为l ：l ；碳酸二甲酯萃取剂在萃取实验过程中最佳的实验条件为： 体积浓度为5 0 的碳酸二甲酯，萃取比仍为1 ：1 ；萃取剂n 5 0 3 在试验时的最佳 条件是浓度为3 0 的n 5 0 3 ，p h 控制在3 4 ，萃取比取l ：2 。殷国监等 1 0 】采用膜 技术对含酚废水进行萃取，实验用膜为硅橡胶平板复合膜，通过研究了解该膜对 含酚废水的分离性能。结果表明，当料液流量 4 0 0 m l m i n 时，总传质系数基本保持不变；在 萃取液p h 小于1 1 时，总传质系数不受p h 的影响，而当p h = 1 2 5 , - - 1 3 0 时，总 传质系数也不受萃取液浓度的影响；传质动力与料液的浓度有关，传质动力随着 料液浓度的增加而增强，当料液浓度达到5 9 l 时，总传质系数却不受料液初始 浓度的影响。温度对总传质系数线性的影响，离子强度也影响了苯酚相间的分配 系数，从而都对传质的过程有很大的影响。 ( 2 ) 吸附法 吸附法是多孔的吸附剂与污水中的一种或多种污染物接触，利用其表面的吸 附能力吸附水中的污染物，达到污水净化的目的。活性炭、木屑、硅藻土和大孔 3 第一章绪论 上海师范大学硕士学位论文 径吸附树脂等比表面积大，吸附能力强的物质是较好的吸附剂。每种吸附剂都有 一个吸附极限，成为饱和临界点，当到达此值时，要对吸附剂进行解析处理，常 用的解吸脱附剂为有碱液、蒸汽或有机溶剂。吸附法对废水的处理也有一个范围， 通常针对水质成分单一，污染物浓度低的工业废水才使用此法。对含酚废水的处 理过程中，对吸附法处理效果的研究过程中，宋新南 1 1 】这样总结，树脂的吸附 效果较好，性能稳定且易再生。周立等 1 9 _ 1 用h 1 0 3 树脂对含酚废水进行吸附试 验，实验的苯酚溶液浓度为6 0 0 1 0 0 0 m g l ，结果表明h 1 0 3 树脂对苯酚的吸附 过程受苯酚初始质量浓度、初始p h 值及温度的影响。h 1 0 3 在酸性及中性条件 下，温度较低时对苯酚有最高的吸附效果，h 一1 0 3 树脂对苯酚的吸附过程符合 l a n g m u i r 方程，符合拟二级反应动力学模型。姜军清等人 1 3 1 利用活性炭纤维对 含酚废水进行吸附处理，实验用废水为苯酚模拟废水，实验结果表明，活性炭纤 维的吸附容量大，静态条件下的吸附容量为o 1 2 0 2 7 9 儋，动态吸附条件下，吸 附速度快，吸附容量为2 7 7 6 m g g ；在静态吸附试验中，大约反应5 m i n 后，吸附 就能达到平衡；而在酸性和中性条件下，活性炭纤维对苯酚的吸附效率受p h 值 得影响较小，而在碱性条件下，p h 值对苯酚吸附效果的影响较大，p h 越大，吸 附效果越差。高保娇等 1 4 】用聚乙烯亚胺对硅藻土进行表面改性，然后使用改性 后的硅藻土对苯酚进行吸附试验并对吸附特性进行了研究，结果表明，原来硅藻 土的等电点为p h = 2 0 ，而经过聚乙烯亚胺的表面改性，硅藻土的表面电性发生 了根本性的变化，等电位点也移至了p h = 1 0 5 ；在中性条件下，改性后的硅藻土 对苯酚有很强的吸附能力，饱和吸附量为9 2 m g g ，而在酸性条件下，改性硅藻 土对苯酚的吸附能力较低。 ( 3 ) 电解法 电解法 1 5 】是指在电解槽中，利用阳极释放的电子或者阳极的中间反应产物 ( 如c 1 0 2 、c 1 2 和h 2 0 2 等) 的强氧化性，使污染物的结构破坏，实现无害化。 在酚类废水的处理中，常用的阳极是石墨，阴极是铁板，电解质为食盐水，通过 电解作用，苯酚的浓度可降到0 0 1 m g l 以下。胡俊生等 1 6 】采用电化学氧化处理 含酚废水，含酚废水为对苯二酚的模拟废水，含酚浓度为3 0 0 m g l ，反应在二维 电解槽中进行，通过实验发现，随着电解质浓度的增大，对苯二酚的去除率先增 大后减小；对苯二酚的去除率也随着施加电压的升高在不断地提高，p h 对对苯 4 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 二酚的电解氧化效果也有影响，弱酸、中性和弱碱条件下，对苯二酚的去除效果 有促进作用，对苯二酚的去除率也在弱碱条件下达到最高；在电解过程中，电解 质采用n a 2 s 0 4 ，当其浓度为0 0 4 m o l l ，施加电压值为5 v ，曝气量为5 0 l h ，并 且在弱碱条件下，p h = 8 5 时，对苯二酚的去除率达到最高，为8 5 8 。杨庆等 1 7 】 利用三维电极对含酚废水进行电解处理，它是利用外加电场的作用，使电解槽内 粒子受高梯度电场的影响而复极化，在粒子的两端分别发生阳极反应和阴极反 应，成为复极性粒子，这样粒子间可以相互作用组成微电解作用，形成立体电极。 处理的苯酚废水为模拟废水，其中苯酚浓度为1 6 0 3 5 m g l ，在外加电压为1 4 2 v ， 电流为0 2 a ，外界p h 为中性时，经过6 0 m i n 的电解，苯酚浓度基本上可以达到 稳定，其中苯酚的去除率随着电解时间的延长而升高，在电解6 0 m i n 时，苯酚的 去除率达到最高，为9 5 8 ；而在p h 对电解效果影响的实验可以发现，当电压 控制在1 2 v ，电流i = 0 2 4 a 时。经过3 0 m i n 的电解处理，随着初始p h 的升高， 出水的苯酚浓度越高，苯酚的去除率越低，在酸性条件下，p h = 3 时，苯酚的去 除率最高位9 6 2 。在焦化废水中，由于水中的酚类化合物含量较高而成为其处 理的主要影响因素，陈阳等 1 8 】使用铁炭微电解法和芬顿试剂结合对其进行处 理，其中焦化废水中的酚含量为1 8 0 0 m g l ，实验实用正交单因素变化来分析实 验，实验过程中考察了初始p h 值、反应时间和h 2 0 2 浓度等对去除效果的影响， 结果表明，当初始p h 值为3 ，h 2 0 2 投加量为3 6 m l l 时，经过1 8 0 m i n 的处理， 出水在混凝沉淀后，废水中挥发酚的去除率为8 2 。 ( 4 ) 好氧生物法 苯酚作为废水中的一种污染物质，当水中苯酚浓度较低时，生物对其有很好 的降解效果，苯酚对微生物的生长代谢没有抑制作用，因此对于苯酚浓度低的废 水，好氧生物法又成为一种首选的处理方法。 w j i a n m i n 等【1 9 】人在好氧条件下研究了初始浓度为3 0 0 m g l 的苯酚的降解 情况，在研究过程中，苯酚的降解速率达到了每天1 0 m g l ；i a l e m z a d e h 等人 2 0 】 用四级生物转盘r b c 系统研究了不同情况( 如温度、苯酚浓度和转速等) 下苯 酚的去除效果。结果表明随着水力负荷的增加，苯酚的去除效果逐渐降低。在苯 酚浓度为4 2 0 m g l 时苯酚的降解率最高，最适的反应温度为3 6 。在反应过程 中，苯酚的降解除了生物降解外，还包括1 0 的r b c 反应器的吸附和蒸发。当 5 第一章绪论 上海师范大学硕士学位论文 然，为了克服高浓度苯酚的生物抑制性，一些生物强化技术也被应用到其中，采 用对污染物有强降解能力的微生物，通过培养和驯化以达到提高污染物处理效率 的目的 2 h 。m s h o u r i a n 等 2 2 利用苯酚富集培养的方法，以苯酚为单一碳源， 成功的筛选出了多种苯酚降解微生物。其中p s e u d o m o n a ss p s a 0 1 细菌被确定为 降解苯酚潜力最大，降解功能最强。当苯酚浓度为o 7 9 l 时，经过短暂的滞后 期，苯酚在3 0 h 被完全降解。p s e u d o m o n a ss p s a 0 1 最高降解苯酚的浓度可达l g l 。 在低浓度含酚浓度处理过程中，由于活性污泥法产生污泥的影响，生物膜法也成 为一种常用的方法，孙翔等 2 3 以廉价的竹炭新型填料为生物载体，使用经过驯 化的苯酚降解优势菌群来处理苯酚模拟废水，在讨论了各个影响因素，例如菌种 投加量，竹炭填料的使用量，水力停留时间及苯酚的初始浓度等，对降解效果的 影响，得出在苯酚初始质量浓度为4 0 m g l 时，竹炭填料的投加量为l o g l o o m l ， 相应的苯酚降解优势菌的投加量为1 0 0 m g l 1 0 9 ，经过5 h 的处理，苯酚的去除率 达到了9 5 ，而c o d 的去除率也达到了7 0 。在生物法处理的过程中，反应器 及反应工艺的开发也是影响反应效果的因素之一，张文华等 2 4 1 利用内循环反应 器，将活性污泥法和生物膜法组合起来形成复合生物来降解苯酚，反应器内 c o d 的容积负荷为4 7 k g c o d ( m 3 d ) ，经过7 5 d 的生物处理，苯酚的去除率一直 保持在9 7 以上，此时反应器内苯酚的容积负荷为1 8 k g 酚( m 3 d ) ，污泥质量浓 度为5 0 0 0 m g l 左右。赵洲洋等【2 5 】人将厌氧生物法和好氧生物法耦合起来应用 到含酚废水的处理中，采用环流反应器，在反应器内投加多孔的聚亚氨酯载体， 投加体积比为3 ，反应器进水的c o d 为4 9 l ，经过2 6 天的处理，出水的c o d 降低到了l o o m g l ，降解速率最快达到了7 2 0 m g ( l h ) 。在剩余污泥成为环境污 染的另一个因素，以及膜技术的发展，在生物处理的过程中，用膜分离法代替传 统的二沉池，形成了膜生物反应器( m b r ) ，m b r 由于将污泥停留时间和水力 停留时间分开，提高了反应器内的污泥浓度，从而成为高浓度废水处理的一种方 法，在m b r 法对高浓度含酚废水处理上，李文车- i j 2 6 作了研究；污泥驯化1 6 d 后，m b r 池对浓度为4 5 0 m g l 的苯酚有很好的处理效果，c o d 去除率达到了 9 4 6 。 ( 5 ) 固定化微生物技术 在废水处理过程中，为了缩小处理构筑物的体积，提高处理效率，缩短处理 6 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 时间，固定化微生物技术得到应用，将微生物或者生物膜固定在废水中添加的生 物载体上，提高废水中生物密度和生物活性，该方法广泛应用于有毒有害物质的 处理，同时，有利于固液分离【2 7 】。在对比固定化细菌与游离态细菌对含酚废水 处理效果上，丁成 2 8 】使用光合细菌通过研究表明，固定化光合细菌较游离态的 光合细菌对苯酚的去除效果好，其中固定光合细菌所用的载体为海藻酸钠壳聚 糖活性炭微胶囊；在固定化光合细菌处理的过程中，主要的影响因素有温度， p h 和接种量，温度对降解效果的影响最大，其次是p h ，最小的是接种量。在 2 0 l 的生物流化床中，当光合细菌的接种量为1 5 0 0 0 颗，处理温度为3 0 ，p h 控制在中性范围内，苯酚的去除率高达9 1 7 。在固定化细胞流化床试验上，刘 桂萍等【2 9 】也进行了研究，处理对象为含酚废水，其中苯酚降解菌的载体为改性 的聚丙烯酰胺，当反应体积为6 l 时，投加1 4 9 l 的固定化细胞凝胶，控制系统 的p h 在中性范围，当曝气量为7 0 l h 时，初始质量浓度为7 0 0 m g l 的苯酚可以 在2 4 h 内完全降解；而当反应体积为5 5 l 时，采用连续降解实验，系统的曝气 量控制在6 0 l h ，停留时间h r t = 9 5 h ，此时，当进水苯酚浓度为4 0 0 m g l 时， 出水的苯酚浓度均在2 0 m g l 以下。在生物固定技术中，生物载体的选择及改性 也对反应结果有很大的影响，安燕等人 3 0 】采用糖类、羟基磷灰石( h a p ) 、磁 粉及淀粉对普通聚乙烯填料( p p e ) 进行改性，形成新型的磁性填料m p p e ；苯 酚初始质量浓度为1 2 0 m g l 时，经过1 4 h 好氧生物处理后，m p p e 填料对苯酚的 去除率较p p e 填料对苯酚的去除率有很大的提高，从8 2 提高了9 3 ，t o c 去 除率也由7 8 提高到了8 9 ；而升高苯酚浓度至3 5 0 m g l 时，经过3 5 h 的处理， m p p e 填料对苯酚去除率仍保持在9 0 ，高于p p e 填料的8 5 ，t o c 去除率8 6 也要高于p p e 填料的8 0 ；且m p p e 填料能够提高水中溶解氧的浓度，使好氧 微生物能够承受更高浓度的苯酚。何泽超等【3 1 也将活性污泥用苯酚溶液进行驯 化，培养出具有苯酚降解性的污泥，然后用海藻酸钠进行固定，经过正交试验， 得出固定化细胞较游离细胞对苯酚的耐受能力和降解速度更好，浓度为 1 6 5 0 m g l 的苯酚经过4 8 h 的处理可以被完全降解，固定化细胞对苯酚降解所需 的外界条件为温度3 0 3 5 ，最适的p h 为6 8 ，这种条件下，c o d 值可以由 1 2 7 4 m g l 降至7 4 m g l 。随着分子生物学的发展，特种菌在废水处理过程中得到 广泛使用，刘蓉等【3 2 】将固定化技术与特种高效菌有机结合，将降解高效菌假单 7 第一章绪论 上海师范大学硕士学位论文 胞菌固定到载体上对高浓度的苯酚进行降解，结果发现，当苯酚浓度低于 1 2 0 0 m g l 时，生物法对苯酚的降解符合m o n o d 方程，而当苯酚浓度超过 12 0 0 m g l 时，生物法对苯酚的降解符合h a l d a n e 方程。 1 2s m x 的废水的危害和处理方法 1 2 1s m x 废水的来源与危害 随着医药行业的发展，药物的广泛使用，加上人体的不完全吸收，药物对环 境造成的危害越来越受到人们的关注【3 3 3 5 】。抗生素作为应用最广、用量最大的 药品之- - 3 6 ，3 7 】，抗生素具有生物抑制性，越来越多的药物活性物质在城市污水 处理厂、地表水和城市自来水厂中被检测出来 3 8 4 0 ，( 如图1 1 和表1 2 ) 使它 成为环境科研工作者关注的焦点之一。 8 l ( 0 ( ) ( l oo i 1 0 i0 0 0 c 罄 爱i o o 1 0 l 最大值平均值 专 一- - i 婆窭牟曼键溶硅硌鞭匿静留 羽区爱亘溶璁霉建钮兴端韵 瘘毫四q 祷姆餐嚣稚嘲碧乎 彘转学餮粕警罄 整整 图1 1p p c p s 在地表水中的含量 4 l 】 上海师范大学硕士学位论文第一章绪论 磺胺甲恶唑( s u l f a m e t h o x a z o l e ，s m x ) 又名磺胺甲基异恶唑，新明磺和新诺 明，难溶于水，易溶于氢氧化钠溶液、稀盐酸或氨试液中。具有广谱的抗菌性， 抗茵效果好，对大多数革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌都有抑制作用。在临床上 9 第一章绪论 上海师范大学硕士学位论文 常被用于治疗扁桃体炎、肺部感染、急性支气管炎、尿路感染、菌痢、皮 肤化脓性感染及伤寒等。 分子式：c l o h l l n 3 0 3 s 结构图： 洲簖喝 图1 1 磺胺甲恶唑结构式 它作为磺胺类药物的一种，在养殖业和医疗行业被广泛的使用【4 9 】，它进入 生物体内，抑制细菌叶酸的代谢，干扰细菌核酸与蛋白质的合成；然而，仅有 1 0 5 0 被生物体吸收利用，剩余的都以原形或代谢物的形式通过排泄系统进 入生态系统，对环境的安全产生危害，对地表水和地下水的水环境有潜在的危害 5 0 5 2 】。 1 2 2s m x 废水的处理方法 针对s m x 的污染，现在常用的治理方法有： ( 1 ) 生物法 p d r i l l i a 5 3 采用间歇性活性污泥法对s m x 进行降解研究，反应体积为1 l ， 反应温度为2 5 ，停留时间8 h ( 进水3 0 m i n ，反应6 h ，沉淀1 h ，和排放3 0 m i n ) ， 在反应过程中，溶解氧d o 浓度控制在3 m g l 。结果表明，当s m x 初始浓度为 2 0 m g l 时，在反应开始4 天，系统内s m x 的浓度没有变化，s m x 没有任何降 解；在反应第5 天，s m x 基本上被降解完全，；之后提高s m x 初始浓度到5 0 m g l 、 1 0 0 m g l 和3 2 0 m g l 也都能被完全降解。磺胺类药物在水环境中的危害逐渐引起 人们的注意，生物法对其去除效果现在也成为一研究热点，而在生物降解法中， 好氧生物处理和厌氧生物处理是主要的方法，张从良等【5 4 】也从供氧方式对磺胺 类药物降解微生物的影响方面进行了研究，实验过程中模拟了湖水中磺胺嘧啶和 猪场废水中的磺胺嘧啶，研究了有机质含量和供氧方式不同对磺胺嘧啶降解微生 物的影响，结果发现，在猪场废水中，厌氧微生物对磺胺嘧啶的降解速率要高于 1 0 上海师范大学硕士学位论文 第一章绪论 好氧微生物对其的降解速率，而在湖水中却相反，好氧微生物对磺胺嘧啶的降解 速率高于厌氧微生物对其的降解速率，这与两个水体为微生物提供的营养物质状 况有关；但由于磺胺嘧啶具有很强的抗菌性，好氧微生物或厌氧微生物对其降解 速率都较慢；通过研究水体中微生物种群的生长情况，发现磺胺嘧啶对两种水体 中细菌的生长都有一定的影响，而对真菌和放线菌的影响不明显。磺胺类药物也 常常出现在生活污水中，田世炬等【5 5 】用u a s b s b r 组合的工艺处理生活污水中 的磺胺二甲基嘧啶，发现u a s b 工艺和s b r 工艺组合对磺胺二甲基嘧啶有很好 的去除效果，当u a s b 的水力停留时间控制在8 h ，温度控制在2 0 ，控制进水 p h - - 7 0 8 0 ，c o d 容积负荷控制在o 5 1 2 k g ( m 3 d ) ，u a s b 对磺胺二甲基嘧啶 的平均去除率为3 5 ，而对c o d 的去除率达到7 0 ，对氮、磷的去除效果也不 佳；在后续的s