（环境科学与工程专业论文）厌氧条件下邻氯苯酚降解规律及降解途径的研究.pdf

摘要 作用。 在7 0 m g / l 浓度条件下， 锌、 铜、 铅离子对厌氧颗粒污泥降解2 - c p 的抑 制程度为铅 锌 铜。 厌氧条件下邻氯苯酚的降解途径: 利用高效液相色谱和气相色谱， 采用标准样品 对比的方法，分析出 厌氧条 件下2 - c p还原脱氯的中间降解产物苯酚和乙酸。 关键词:厌氧颗粒污泥 摇瓶试验 邻氯苯酚 金属元素 ab s t r a c t ab s t r a c t t h i s p a p e r m a i n l y s t u d ie d t h e d e g r a d a t i o n r e g u l a r i t y a n d d e g r a d a t i o n m e c h a n i s m o f o r t h o - c h l o r o p h e n o l ( 2 - c p ) u n d e r a n a e r o b i c c o n d i t i o n . t h i s p a p e r a r e d i v i d e d i n t o f i v e p a rt s a s f o l l o w i n g . t h e c u l t i v a t i o n a f t e r a c c l i m a t i o n ， 2 - c p c a n b e d e g r a d a t e d a t a f a s t e r r a t e u n d e r t h e c o n d i t i o n o f p h =8 . 3 4 . t h e i n fl u e n c e o f e l e m e n t f e o n g r a n u l a r s d e g r a d i n g 2 - c p : t r i a l s r e s e a r c h e d t h e e ff e c t i v e n e s s o f s e v e r a l me n t a l e l e me n t s t o 2 - c p d e g r a d a t i o n . t h e r e s u l t s s h o w e d f e( 0 )h a s n o e ff e c t o n 2 - c p d e g r a d a t i o n , 0 .5 m g / l f e ( i ll a n d 0 .5 m g / l f e ( i i i ) w e r e t h e o p t i m u m t o a c c e l e r a t e b i o d e g r a d a t i o n r a t e o f 2 - c p h a v e t h e b e s t e ff e c t s o n 2 - c p d e g r a d a t i o n . h i g h e r o r l o w e r c o n c e n t r a t i o n h a s n o o b v i o u s e ff e c t s . t h e i n f l u e n c e o f e l e m e n t s z n , c u , p b o n g r a n u l a r s d e g r a d i n g 2 - c p : i n h i b i t i o n e ff e c t o f h e a v y m e n t a l s s u c h a s z n . c u a n d p b w e r e s t u d i e d . t h e r e s u l t s h a v e s h o w n : z n 2 1 , c u 2 h a v e m o r e in h ib it i o n e ff e c t s o n t h e a c t iv i ty o f g r a n u la r s d e g r a d i n g 2 - c p t h a n p h 2 .t h e in h ib i t io n l e v e l is p b 2 + z n 2 十 对位。物化方法和好氧生物方法主要是氧化氯酚，刀环可能在 脱氯前也可能在脱氯后:厌氧条件下氯酚降解属于还原脱氯，先脱t0 l 111 开环。 第 1 章 绪论 解率 远 远高于 游离菌体的 降 解率。 w e n k . s h i e h 3 0 等 人用 包埋在 硅胶载体上的 细 胞处理4 - 氯 苯酚浓度为3 5 .7 m g / l , 2 ,4 一 二氯苯酚 浓度为4 5 .3 m g / l的 废 水， 结果 4 - 氯苯酚和 2 , 4 一 二氯苯酚的去除率分别为 8 5 - 8 8 %和 8 0 - 8 3 % . g r o r d o n a . l e w a n d o w s k i 3 1 畴白 腐 菌p . c h ry s o s p o r i u m b k m / f - 1 7 6 7 用 海藻 酸 钠固 定 后用 于全混流反应器处理含二氯苯酚的废水，可以看到投加固定化细胞的生物反应 器对二氯苯酚废水的去除率要高很多。通过合理地控制废水的流速，不但可以 获得较高的二氯苯酚矿化率，也可以满足大批量处理废水的要求。 . 基因工程、酶工程的开发利用 在废水排放中， 往往是几种氯酚类物质并存，当它们进入环境后，更是需 要多种微生物协同将其降解矿化。 生物学家考虑将各种降解菌进行遗传学改造， 以 构建符合实际需求的工程菌种。降 解质粒的发现、 细胞融合技术和 d n a重 组技术等现代生物技术使得构建高效降解工程菌种成为可能。如 r .a .h a u g l a n d 3 2 用2 ,4 一 二 氯 苯 酚的 降 解 菌p s e u d o m o a s p u t id a a c 1 1 0 0 和2 ,4 ,5 一 三 氯苯酚的降 解菌a l i c a l i g e n e s e u t r o p h u s j m p 1 3 4 进行细胞融合得到一种新的工程 菌r h j 1 ，可同时降解2 ,4 一 二氯苯酚和2 ,4 , 5 一 三氯苯酚。 微生物对有机污染物的降解归根结底是通过其分泌的酶来完成的，直接采 用酶进行有机污染物的降解可能比微生物修复更具优势:因为酶不会受到微生 物代谢抑制剂的影响、对环境中营养要求不高、在环境中有较大的移动性等等 3 3 . g i a n f r a d a 3 4 等发现，固定化后的 漆酶和过氧化酶修复受2 ,4 一 二氯苯酚污染 的土壤效果良好。 1 . 2 .3氯酚类物质降解途径的研究进展 各种物化、生物方法降解氯酚类物质的机制取决于氯酚上氯原子的数目 及 其在苯环上的位置。一般来说，氯的数目 越多， 越难降解;相同数1 1 时，降解 能力邻位 间位 对位。物化方法和好氧生物方法主要是氧化氯酚，刀环可能在 脱氯前也可能在脱氯后:厌氧条件下氯酚降解属于还原脱氯，先脱t0 l 111 开环。 第 1 章 绪论 1 .2 .2 . 1 物化条件下氯酚的降解途径 物化法主 要是 氧化氯 酚类物质，以h 2 o : 与 催化剂f e e + 构成的f e n t o n 试剂 氧化对氯酚的 过 程为例， 氯酚 脱氯 和开 环过程3 5 ! 如下: f e e + h 2 0 2 、f e + o h - + h o f e 3 + + h 2 0 2 、f e z + h + + -h 2 0 + ho。 s e o , + 2 x 刀 图1 . 1 对氯酚的 氧化脱氯过程 h 2 0 2 在f e 2 + 的 作 用 下 产生h o - , h o -攻 击苯 环上 氯的 取 代 位置， 形 成对 双 酚，对双酚在 h o - 的作用下形成性质不稳定的苯酿，苯酮极易开环降解，最终 形成c 0 2 和h 2 o ，彻底矿化对氯酚。 1 . 2 .2 .2好氧条件下氯酚的降解途径 在好氧条件下，氯酚类物质的降解是在一系列酶的作用下通过进入电子呼 吸链来完成的，它的开环裂解需要通过氧从苯环中获得电子来完成。由于氯原 子对苯环上的电子产生强烈的吸引，使苯环上的电子云密度大大降低而成为一 个疏电子环，因而氯酚类物质较难发生亲电反应，氧化过程难度增加，苯环上 的氯越多，苯环上的电子云密度越低，越难以被氧化降解。 好氧条件下，一氯酚、二氯酚一般遵循先开环再脱氯的降解机制。首先在 单氧化酶作用下发生邻位氧化，生成4 - 氯代儿茶酚。 氯代儿茶酚在 1 , 2 一 双加氧 酶的作用下发生邻位开环生成氯代顺，顺一粘糖酸，内醋化过程中释放出氯离 子，并被氧化成马来酞基乙酸进入三狡酸循环。脱氯过程见图 1 .2 .通常认为， 第 1 章 绪论 在芳香烃的生物降解过程中，儿茶酚发生邻位开环。但近年的研究表明，在一 定的 条件下， 氯 代芳烃 好氧降 解过程中 氯 代儿 茶酚 也存在间 位开环。 h o l l e n d e r 3 6 1 等在以 4 - 氯酚和甲基苯酚为底物富集培养过程中筛选得菌株 o m a m o n a s t e s t o t e r o n i j h 5 ， 能同时降解4 - 氯苯酚和4 一 甲基苯酚。 对其降解中间体及降解酶 的检测都证实在该菌的作用下，4 - 氯苯酚是经间位开环降解的。在经甲酚驯化 的a l c a l ig e n e s e u t r o p h u s j m p 2 2 2 对2 ,4 一 二氯苯酚和p s e u d o m o n a s c e p a c i p 1 6 6 对 4 - 氯苯甲酸的降解过程中， 氯代儿茶酚的间位开环也得到了 证实/ 3 7 图1 . 2氯代儿茶酚的氧化脱氯过程 多 氯酚降 解同 低氯 酚 相比 有 着不同 的 降 解途 径。 d i n e s h f6 l对2 ,4 ,5 一 三 氯 苯 酚 降解的过程表明， 降解开始于木质素氧化酶催化作用下脱去经基对位的氯原子， 将其氧化为2 , 5 一 二氯- 1 ,4 一 苯醒， 2 , 5 一 二氯- 1 ,4 一 二 轻基苯则是醒的 还原产物， 再进 一步由过氧化酶催化的氧化脱氯反应使苯环上的氯全部被轻基取代，在开环之 前苯环上的氯已经全部脱去，使得苯环容易打开，进而完全被氧化。 1 .2 .2 .3 厌氧条件下氯酚的降解途径 还原脱氯机制多发生在厌氧和缺氧条件下，还原脱氯可定义为:氯酚类化 合物在得到电子的同时去掉一个氯取代基并释放出一个氯离子。还原脱氯是氯 代芳香化合物生物降解的重要途径。因氯原子强烈吸引电子云使苯环上电子云 密度降低， 在好氧条件下氧化酶很难从苯环上获取电子而发生氧化反应; 相反， 在厌氧条件下，环境氧化还原电 位较低，电子云密度较低的苯环在酶作用下易 受到还原剂的亲核攻击，氯原子就很容易被亲核取代，许多在好氧条件下难于 降解的化合物在厌氧条件下变得容易降 解3 8 1 厌氧条件下氯酚降解一般遵循先脱氯再开环的机制。一氯苯酚还原脱氯产 第 1 章 绪论 生苯 酚3 9 1 。在多氯酚的微生物降解过程中，邻位氯取代基较间、 对位的 氯取代 基 容 易 还原 脱除。 m a d s e n 14 0 1研究了2 ,4 ,6 一 三 氯 苯 酚的 转 化 路径: 依 次 脱去 邻 位 氯取代基生成 2 , 4 一 二氯苯酚和4 - 氯酚;对其毒性的研究表明，三种氯酚对微生 物的毒性由 小至大依次为2 ,4 , 6 一 三氯苯酚 铬。 1 . 3研究内容 本课题以 邻氯苯酚 ( 2 - c p )为研究对象，主要进行以下方面的 研究: ( 1 ) 厌氧颗粒污泥的驯化。以 微生物易 利用物质葡萄糖与2 - c p 共机制， 通 过逐渐增大2 - c p 浓度的方式驯化培养出有高降解活性的颗粒污泥。 ( 2 ) 利用驯化好的 厌氧颗粒污泥研究 2 - c p的降 解规律， 研究环境条 件对 2 - c p 降解的影响。 ( 3 ) 利用高效液相色谱， 采用标准样品 对比 的方法， 检测分析2 - c p 的降解 中间产物，确定2 - c p的降解途径。 ( 4 ) 研究不同 价态的铁对2 - c p降 解的影响， 找出 最利于2 - c p降 解的铁的 价态以及浓度值。 ( 5 ) 研究锌、 铜、 铅等重金属对厌氧颗粒污泥降 解2 - c p 的影响。 第 1 章 绪论 其中me 表示重金属离子 ( 2 ) 重金属离子的水解产物的凝聚作用使酶发产 l 沉淀。可见， 重金属对厌 氧过程的致毒作用与它在污泥中的离子强度有关。 目前研究较多的是一些食品废水、医药废水或者造酒废水等行业废水中厌 氧处理单元中重金属离子对厌氧微生物降解活性的影响4 9 ,5 1 1 。而对于重金属离 子存在时，对厌氧污泥降解氯酚类物质的影响的研究则比较少。目前已见报道 的 是i . c .k o n g 5 0 1研 究了 铜、 铬和 锅 对 厌 氧 颗 粒 污 泥降 解2 - 氯 酚 和3 - 氯 酚 的 影 响。他的 研究显示了 2 0 m g ( l的 铜和铬即对两种氯酚降 解产生抑制作用， 三种 重金属对污泥降解活性的抑制作用为福 铜 铬。 1 . 3研究内容 本课题以 邻氯苯酚 ( 2 - c p )为研究对象，主要进行以下方面的 研究: ( 1 ) 厌氧颗粒污泥的驯化。以 微生物易 利用物质葡萄糖与2 - c p 共机制， 通 过逐渐增大2 - c p 浓度的方式驯化培养出有高降解活性的颗粒污泥。 ( 2 ) 利用驯化好的 厌氧颗粒污泥研究 2 - c p的降 解规律， 研究环境条 件对 2 - c p 降解的影响。 ( 3 ) 利用高效液相色谱， 采用标准样品 对比 的方法， 检测分析2 - c p 的降解 中间产物，确定2 - c p的降解途径。 ( 4 ) 研究不同 价态的铁对2 - c p降 解的影响， 找出 最利于2 - c p降 解的铁的 价态以及浓度值。 ( 5 ) 研究锌、 铜、 铅等重金属对厌氧颗粒污泥降 解2 - c p 的影响。 第z 章 试验装置、 试剂及分析方法 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 根据本论文拟研究的内容，通过查阅文献和试验摸索确定适宜的试验运行 装置与样品的分析方法。 2 . 1 试验装置示意图及尺寸特性 本试验中所用的反应装置有两种:厌氧反应装置用来驯化厌氧颗粒污泥， 自 制的厌氧摇瓶用在驯化后污泥的批试验中。 2 . 1 . 1 厌氧反应器装置及尺寸特性 2 . 1 . 1 . 1厌氧反应器试验装置示意图 厌氧反应器试验装置示意图见图2 . 1 . es 水. 不一 斗 一 万 一反 应 器 川翎价 一一|器 箱、川一引一娜 水 进 样 瓶 /rl一 一1|一一 水 出 一习 -r了 ， 水 泵 图2 . 1 中 温厌氧反应器装置示意图 第z 章 试验装置、 试剂及分析方法 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 根据本论文拟研究的内容，通过查阅文献和试验摸索确定适宜的试验运行 装置与样品的分析方法。 2 . 1 试验装置示意图及尺寸特性 本试验中所用的反应装置有两种:厌氧反应装置用来驯化厌氧颗粒污泥， 自 制的厌氧摇瓶用在驯化后污泥的批试验中。 2 . 1 . 1 厌氧反应器装置及尺寸特性 2 . 1 . 1 . 1厌氧反应器试验装置示意图 厌氧反应器试验装置示意图见图2 . 1 . es 水. 不一 斗 一 万 一反 应 器 川翎价 一一|器 箱、川一引一娜 水 进 样 瓶 /rl一 一1|一一 水 出 一习 -r了 ， 水 泵 图2 . 1 中 温厌氧反应器装置示意图 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 反应器为套管式，污泥置于管内 装置的温控仪将水箱中的水温保持在 ，外面用水泵水循环保温;采用带有加热 3 5 c.蠕动泵进样。 2 . 1 . 1 .2 反应器尺寸特性 表2 . 1 厌氧反应器尺寸特性 反应器类刑 反应器 个数 内径 有效容积 ( m l ) 运行 方式 中温厌氧反应器3 ( ) 5 07 5 0 连续流 2 . 1 . 2 摇瓶反应装置及尺寸特性 水封瓶 取样 口 气 管 上清液 2 .1 .2 . 1 摇瓶装置示意图 试验中所用玻璃瓶为医用盐 水瓶 ( 瓶口自 配橡胶盖，内缠生料 带以密封) ，取样管和导气管采用 注射皮条上的注射针， 导气管外接 水封瓶，以保持内外压的平衡，同 时又隔离空气。 在内外接触的地方 涂抹凡士林以隔绝空气，经检验， 气密性良好。 厌氧颗粒污泥 图2 .2 摇瓶试验装置示意图 2 . 1 .2 .2摇瓶尺寸特性 表2 . 2 摇瓶尺寸特性 反应器类型反应器个数 有效容积 恤l )运行方式 摇瓶若干2 5 0批式 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 反应器为套管式，污泥置于管内 装置的温控仪将水箱中的水温保持在 ，外面用水泵水循环保温;采用带有加热 3 5 c.蠕动泵进样。 2 . 1 . 1 .2 反应器尺寸特性 表2 . 1 厌氧反应器尺寸特性 反应器类刑 反应器 个数 内径 有效容积 ( m l ) 运行 方式 中温厌氧反应器3 ( ) 5 07 5 0 连续流 2 . 1 . 2 摇瓶反应装置及尺寸特性 水封瓶 取样 口 气 管 上清液 2 .1 .2 . 1 摇瓶装置示意图 试验中所用玻璃瓶为医用盐 水瓶 ( 瓶口自 配橡胶盖，内缠生料 带以密封) ，取样管和导气管采用 注射皮条上的注射针， 导气管外接 水封瓶，以保持内外压的平衡，同 时又隔离空气。 在内外接触的地方 涂抹凡士林以隔绝空气，经检验， 气密性良好。 厌氧颗粒污泥 图2 .2 摇瓶试验装置示意图 2 . 1 .2 .2摇瓶尺寸特性 表2 . 2 摇瓶尺寸特性 反应器类型反应器个数 有效容积 恤l )运行方式 摇瓶若干2 5 0批式 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 2 . 2试验中所用的主要仪器设备与药品 2 . 2 . 1试验中所用的主要仪器设备 试验中所用主要仪器设备列于表 2 . 3 . 表2 .3 试验中所用主要仪器设备 仪器名称型号生产厂家 高效液相色谱仪h p 1 0 5 0 蠕动泵b t d o 一l o o m 温度指示控制仪wm 2 k -0 1 型 分析天平b s 2 1 0 s型 c o d测试仪me r c k t h e r m o rea k t o r 分 光 光 度 计m e r c k s p e c tr o q u a n t n o v a 6 0 台式恒温振荡器t h z - 8 2 a型 电热恒温鼓风干燥箱d h g -9 0 3 0 型 p h计p h s - 2 5 型 离心沉淀机l x j - 1 1 型 紫外一可见分光光度计u v -2 2 0 1 型 马 福炉s x 2 - 4 -1 0 型 原子吸收分光光度计a a 一6 5 0 1 f 美国惠普公司 保定兰格恒流泵有限公司 上海华辰医用仪表有限公司 北京赛多利斯犬平有限公司 上海恒奇仪器仪表有限公司 上海恒奇仪器仪表有限公司 上海跃进医 疗器械厂 上海精密实验设备有限公司 上海精密科学仪器有限公司 上海医用分析仪器厂 日本岛津公司 上海祟明实验仪器厂 日 本岛津公司 2 . 2 .2 试验中所用的主要药品 试验中使用的主要试剂列于表2 .4 . 表2 .4 试验中 所用主要试验试剂 试剂名称分子式纯度生产厂家 邻氯苯酚 o r t h o - c h l o r o p h e n o l c i c r, h 4 0 h ar 无水硫酸镁 ma g n e s i u m s u l f a t e 磷酸氢_钾 p o t a s s i u m p h o s p h a t e d i b a s i c 三氯化铁 f e r r i c ch l o r i d e mg s 0 4 ar k 2 h p 0 4 . 3 h = 0 f e c 1 3 .6 h , 0 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 上海试剂 厂 上 海金山化 l厂 rr aa 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 2 . 2试验中所用的主要仪器设备与药品 2 . 2 . 1试验中所用的主要仪器设备 试验中所用主要仪器设备列于表 2 . 3 . 表2 .3 试验中所用主要仪器设备 仪器名称型号生产厂家 高效液相色谱仪h p 1 0 5 0 蠕动泵b t d o 一l o o m 温度指示控制仪wm 2 k -0 1 型 分析天平b s 2 1 0 s型 c o d测试仪me r c k t h e r m o rea k t o r 分 光 光 度 计m e r c k s p e c tr o q u a n t n o v a 6 0 台式恒温振荡器t h z - 8 2 a型 电热恒温鼓风干燥箱d h g -9 0 3 0 型 p h计p h s - 2 5 型 离心沉淀机l x j - 1 1 型 紫外一可见分光光度计u v -2 2 0 1 型 马 福炉s x 2 - 4 -1 0 型 原子吸收分光光度计a a 一6 5 0 1 f 美国惠普公司 保定兰格恒流泵有限公司 上海华辰医用仪表有限公司 北京赛多利斯犬平有限公司 上海恒奇仪器仪表有限公司 上海恒奇仪器仪表有限公司 上海跃进医 疗器械厂 上海精密实验设备有限公司 上海精密科学仪器有限公司 上海医用分析仪器厂 日本岛津公司 上海祟明实验仪器厂 日 本岛津公司 2 . 2 .2 试验中所用的主要药品 试验中使用的主要试剂列于表2 .4 . 表2 .4 试验中 所用主要试验试剂 试剂名称分子式纯度生产厂家 邻氯苯酚 o r t h o - c h l o r o p h e n o l c i c r, h 4 0 h ar 无水硫酸镁 ma g n e s i u m s u l f a t e 磷酸氢_钾 p o t a s s i u m p h o s p h a t e d i b a s i c 三氯化铁 f e r r i c ch l o r i d e mg s 0 4 ar k 2 h p 0 4 . 3 h = 0 f e c 1 3 .6 h , 0 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 上海试剂 厂 上 海金山化 l厂 rr aa 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 ararar 氢氧化钠 s o d i u m h y d r o x i d e 硫酸镍 n i c k e l ( i i ) s u l f a t e 氯化馁 ammo n i u m c h l o r i d e na oh ni s 0 4 . 6 h 2 0 n h , c i 葡萄搪 gl u c o s e 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 集团) 上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 c 6 h 1 2 0 6 . h 2 0 ar 化学试剂公司 还原铁粉 r e d u c e d i r o n p o wd e r 碳酸氢钠 s o d i u m b i c a r b o n a t e 磷酸二氢钾 p o t a s s i u m d i h y d ro g e n p h o s p h a t e 碳酸氢按 ammo n i u m b i c a r b o n a t e 刃天青 re s a z u r i n 苯酚 p h e n o l 冰乙酸 ac e t i c ac i d gl a c i a l 氯化锌 z i n c c h l o r i d e 氯化铜 c u p r i c c h l o r i d e 上海金山冶炼厂 上海虾光化工厂 中国医药 ( 集团) 上海 化学试剂公司 上海试四赫维化工有限 公司 ararara-r c 1 7 h 7 n o 4美国 c , h s o ha r成都化学试剂厂 c h 3 0 0 0 h苏州金城试剂厂 arar z n c 1 2国药基团化学试剂公司 c u c 1 2 .2 h 2 0上海振欣试剂厂 2 .3分析方法 2 . 3 . 1 2 - c p的分析方法 2 .3 .1 .1 2 - c p的配制方法 配制1 0 0 0 m 留 l 的2 - c p 母液， 为了 加速溶解和稳定母液， 内加0 .0 1 m n a o h , w . 于冰箱保存。 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 ararar 氢氧化钠 s o d i u m h y d r o x i d e 硫酸镍 n i c k e l ( i i ) s u l f a t e 氯化馁 ammo n i u m c h l o r i d e na oh ni s 0 4 . 6 h 2 0 n h , c i 葡萄搪 gl u c o s e 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 集团) 上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 c 6 h 1 2 0 6 . h 2 0 ar 化学试剂公司 还原铁粉 r e d u c e d i r o n p o wd e r 碳酸氢钠 s o d i u m b i c a r b o n a t e 磷酸二氢钾 p o t a s s i u m d i h y d ro g e n p h o s p h a t e 碳酸氢按 ammo n i u m b i c a r b o n a t e 刃天青 re s a z u r i n 苯酚 p h e n o l 冰乙酸 ac e t i c ac i d gl a c i a l 氯化锌 z i n c c h l o r i d e 氯化铜 c u p r i c c h l o r i d e 上海金山冶炼厂 上海虾光化工厂 中国医药 ( 集团) 上海 化学试剂公司 上海试四赫维化工有限 公司 ararara-r c 1 7 h 7 n o 4美国 c , h s o ha r成都化学试剂厂 c h 3 0 0 0 h苏州金城试剂厂 arar z n c 1 2国药基团化学试剂公司 c u c 1 2 .2 h 2 0上海振欣试剂厂 2 .3分析方法 2 . 3 . 1 2 - c p的分析方法 2 .3 .1 .1 2 - c p的配制方法 配制1 0 0 0 m 留 l 的2 - c p 母液， 为了 加速溶解和稳定母液， 内加0 .0 1 m n a o h , w . 于冰箱保存。 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 ararar 氢氧化钠 s o d i u m h y d r o x i d e 硫酸镍 n i c k e l ( i i ) s u l f a t e 氯化馁 ammo n i u m c h l o r i d e na oh ni s 0 4 . 6 h 2 0 n h , c i 葡萄搪 gl u c o s e 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 集团) 上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 化学试剂公司 中国医药 ( 集团)上海 c 6 h 1 2 0 6 . h 2 0 ar 化学试剂公司 还原铁粉 r e d u c e d i r o n p o wd e r 碳酸氢钠 s o d i u m b i c a r b o n a t e 磷酸二氢钾 p o t a s s i u m d i h y d ro g e n p h o s p h a t e 碳酸氢按 ammo n i u m b i c a r b o n a t e 刃天青 re s a z u r i n 苯酚 p h e n o l 冰乙酸 ac e t i c ac i d gl a c i a l 氯化锌 z i n c c h l o r i d e 氯化铜 c u p r i c c h l o r i d e 上海金山冶炼厂 上海虾光化工厂 中国医药 ( 集团) 上海 化学试剂公司 上海试四赫维化工有限 公司 ararara-r c 1 7 h 7 n o 4美国 c , h s o ha r成都化学试剂厂 c h 3 0 0 0 h苏州金城试剂厂 arar z n c 1 2国药基团化学试剂公司 c u c 1 2 .2 h 2 0上海振欣试剂厂 2 .3分析方法 2 . 3 . 1 2 - c p的分析方法 2 .3 .1 .1 2 - c p的配制方法 配制1 0 0 0 m 留 l 的2 - c p 母液， 为了 加速溶解和稳定母液， 内加0 .0 1 m n a o h , w . 于冰箱保存。 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 2 .3 .1 .2 2 - c p 的测试方法 ( 1 )分析仪器 2 - c p 的分 析采用高效液相色谱仪。 仪器条件 : 色谱柱为s y n c h r o p a k p r - p ( 2 5 0 x 4 .6 m m ) , m i c r a s c i e n t i f i c i n c . 公司生产。d a d二极管阵列检测器。 ( 2 ) 检测波长的 确定 2 - c p的样品经紫外扫描显示，有两个最大吸收峰 ( 见图 2 .3 ) ，一个是在 1 9 5 n m左石， 另一个是在2 7 5 n m左右。 因为很多种有机物在2 0 0 n m左右均有很 强的吸收，因此确定检测波长为2 7 5 n m，参考波长为 2 2 0 n m. |1.工lwe刁 尸卜匕匕 二三 ，!-份十 一 : 丰不 井万 万 习圳 j士小1牛丁 一一一 件工!工 粼才1 映诩 一 - i 一 一 -; -日-一一 一 一 十 - 卜 白 .翎 _ 栩s2 臼 .臼2 5 8 . 阳知.臼 图2 .3 2 - c p 紫外扫描光谱图 3 5 0 臼 . 曲 4 臼.田 认 ( 3 )色谱条件 测定波氏2 7 5 n m，参考波长 2 2 0 n m o 流动相涕度:见表 2 . 5 . 流速:l .0 0 0 m u m i n a 进样 t, :1 0 微升。 第2 章 试验装置、试剂及分析方法 表 2 .s流动相梯度 时间( m i n )水j 乙氰 ( v/ v) 0 - 1 0 1 02 0 2 0 25 ( 4 )样品预处理 使用玻璃注射器采样， 样品采集后立即经0 .4 5 u m微孔滤膜过滤( 滤出杂质， 以免影响测试) ， 处理后的样品尽快测试， 如不能及时测试， 密封置于冰箱保存。 ( 5 ) 2 - c p 的 标准工作曲 线 2 - c p 采用面积外标法定量，标准工作校准曲 线见图2 . 4 . 2 - c p 标 准 溶液的 配制: 用 无 酚水 配 制成1 0 0 0 m g / l 的 母液， 在 进 样 前， 稀 释至2 , 1 0 , 2 0 , 3 0 , 5 0 m 叭 ， 测定 各 个 浓 度的 峰面 积， 对浓 度与 峰 面 积进 行 线性 拟合， 得到2 - c p 的 标准工作曲 线y = 1 1 .5 0 3 5 x + 1 1 . 6 8 7 7 , r 2 = 0 . 9 9 9 7 0 0公5*flv曰簿旧寸 2 - c p 浓 度 ( m g / l ) 图2 .4 2 - c p 的标准 l 作曲线 第 2章 试验装置.试剂及分l f i 勺法 2 .3 . 2 其它分析方法 2 .3 .3 . 1 c o d测试方法 c o d测试方法采用消解炉消解一分光光度法测定法，在 m e r c k t h e r m o r e a k t o r 加热2 小 时 后， 冷却 至 室 温后 在m e r c k s p e c tr o q u a n t n o v a 6 0 进行c o d值 测试。 经 与c o d标 准测 试 法 ( 加 热回 流 法 ) 比 较， 两 种方 法的 测 定 结果基本一致。 2 .3 . 3 .2 t s s与v s s 测试方法 t s s 与v s s 测试参见标准方法5 2 1 2 . 3 .3 .3乙 酸的分析方法 乙酸的分析采用气相色谱法。 气相色谱的条件如下: 仪器条件: h p 5 8 9 0 ( i i ) 气相色谱仪， i n n o w a x柱( 安捷伦公司， 长3 0 m, 内 径0 .5 3 n m ，内 膜l u m ) , f l 。检测器。 分析条件:1 1 0 停留6 m i n 后，以1 0 0c / m in 升到2 2 0 c ; 进样口 温度， 2 2 0 ; 检测器温度2 2 0 c ; 进样量知l . 2 .3 .3 .4水中重金属的分析方法 样品中重金属的分析采用原子吸收分光光度法采用岛津公司 a a - 6 5 0 1 f 原户吸收分光光度计分析 0 . 0 9 6 m g / l . z n x l . c u 2 1 . p 6 2 + 的 检测限为。 .0 1 8 m g / l , 0 .0 7 8 6 m g / l , 第3 章厌氧颗粒污泥的驯化 第3 章厌氧颗粒污泥的驯化 氯酚类物质的生物毒害性很大，厌氧污泥需经过一段时间的驯化后才能适 应这类物质的毒性，并达到一定的降解效果。因此存较短的时间里驯化出具有 较高降解活性的厌氧污泥是本试验的关键之一。 本章主要确立了厌氧污泥的驯化方法、厌氧反应器的启动条件及对厌氧污 泥驯化后效果的考察。 3 1 厌氧污泥驯化方法 本试验中采用的厌氧 反应器如图3 1 所示。这种 反应器污泥接种量大，启 动所需时间相对较短。试 验中采用了3 个反应柱， 以方便调节反应条件。 经查阅文献和前期试 验探索，决定采用下述驯 化方法： 首先用微生物易利用 碳源葡萄糖配制人工配水 图3 1 厌氧反应器图片 启动反应器，以c o d 去除率考察反应器的运行情况，当出水c o d 值降至稳定 时，加入目标污染物2 - c p ，并逐渐提高其浓度，在此过程中同时测定c o d 的 变化情况与2 - c p 的浓度。当厌氧污泥对2 - c p 有一定去除率后，逐渐降低葡钧 糖的浓度，以2 - c p 为唯一碳源进行驯化。 第3 章 厌氧颗粒污泥的驯化 3 .2 厌氧反应器的启动条件 厌氧反应器的启动受很多因素的影响。由于大多数厌氧菌很敏感的特性和 专性厌氧微生物的酶系统对氧的极端不稳定性，使反应器中的菌群对极小的变 化比 好氧系统表现得更加敏感， 因此厌氧系统的启动时间较长， 短则2 - 3 个月， 长则可达半年到一年。因此，如何控制条件，使反应器在尽可能短的时间内启 动起来是本实验要解决的关键问题之一。 影响厌氧反应器启动的操作因素主要包括: 接种污泥的性质、 数量与活性; 废水的性质，包括废水的组成及污染物的浓度;环境条件，包括工艺运行的温 度、 p h 值、 营 养 配比 、 微 量无 机 元 素 的 种 类与 数量 等; 启 动运 行 条 件， 包 括 初 始 负 荷、 水力 停留 时 间 及混 合 等 15 3 ,5 4 1 1 ) 接种污泥的性质与数量 厌氧反应器的处理能力主要取决于两个参数:反应器内保持的生物体数量 和残留生物体的比活性，因而反应器的启动快慢很大程度上决定于接种污泥的 j性质与数量。因此用处理同样性质废水的厌氧反应器污泥作为接种污泥是最为 有利的，在没有同类型污泥时，寻找合适的种泥使成了能否启动成功的关键之 一。本试验中采用处理啤酒厂废水的厌氧颗粒污泥接种驯化氯酚，这样省去了 形成颗粒污泥的时间，可以大大缩短反应器的启动时间，而且颗粒污泥对有毒 物质的抗击能力更强。厌氧微生物的生长速度比好氧微生物要低得多，因此在 启 动 厌 氧 反 应 器时 ， 有 足 够的 接 种 量 非 常 重 要。 根 据l e tt in g a 5 5 t 的 经 验 ， 中 温 厌 氧反应器的污泥接种量需稠密型污泥 1 2 - 1 5 k g v s s _m 3 或稀薄型污泥 6 k g v s s -m 3 。 过 低的 接 种 污 泥量 会 造 成 初 始的 污 泥负 荷 过高， 污泥 量的 迅 速 增长 会使反应器内各种群数量不平衡，降低运行的稳定性，一旦控制不当便会造成 反应器酸化，启动失败。过多的接种污泥量不会影响反应器的启动。本试验中 为了驯 化出较多的污泥，以方便后续试验的需要，故增加污泥的接种量。接种 量 为2 2 .9 7 k g v s s .m 3 o 直接选用厌氧颗粒污泥进行驯化， 这样可以省去厌氧污泥形成颗粒的时间， 第3 章 厌氧颗粒污泥的驯化 并且可以缩短反应器启动的时间。本试验中使用的接种污泥取自三德利啤酒厂 i c罐中厌氧颗粒污泥，对该厂啤酒废水的处理效率在8 0 %左右， 污泥性质见表 3 . 1 0 表3 . 1厌 氧 颖 粒 污 泥 性 质 污泥来源粒径 p h t s s ( g / l ) v s s( 回 l ) 三德利啤酒厂i c罐 中厌氧颗粒污泥 0 . 3 - 1 . 0 m m 7 .0 左右6 7 . 7 65 7 . 4 4 ( 2 )废水的性质 根 据l e t t in g a 的 理论， c o d 浓 度为1 0 0 0 - 4 0 0 0 m 叭 的 废 水可 直 接 用作 进 水。 对可生化较差的废水，启动时适当加入易生化基质是有益的。本试验中采用人 工配 水作为 进水水 样: 启动前 期， 以 葡萄 糖为反 应基质， c o d 浓度2 0 0 0 m 留 l ; 反应器稳定后， 在上述水样中逐渐加入邻氯苯酚; 待污泥适应2 - c p 后， 逐渐降 低葡萄糖的浓度，单独以2 - c p 为碳源。 ( 3 )环境条件 温度 温度对于厌氧反应器的启动与保持系统的稳定性具有重要的影响。 厌氧反 应器在常温 ( 2 5 0c ) 、中温 ( 3 3 - 3 5 0c )和高温 ( 5 5 0c )下均能顺利启动。不同 种群产甲烷菌对生长的温度范围均有严格要求。因此，需要对厌氧反应的介质 保持恒温。 本试验实验在中温条件下启动，采用恒温水循环的方式对反应器进 行保温，温度由r wk - 1 型温度控制器控制在3 5 左右。 p h值 厌 氧过程中 ， 水 解菌与 产酸菌 对p h值有较大的 适应范围， 而甲 烷菌则 对 p h 值比 较敏感， 适宜它的 生长范围 是6 .5 - 7 .8 。 若反 应器内 废水p h值超过这个 范围，会引起由于甲烷菌受到抑制而出现的酸积累等问题，因而甲烷菌的这一 特性 也 就决 定了 反 应器内 反 应区 所 应 控 制的p h 值 范围。 进 水可以 有不同 的p h 值，关键是保证 进水后 p h值的 稳定， 使废水有一 定的 缓冲能力， 防止酸积累 对甲烷菌产生毒性影响。操作过程中在配水中加入n a h c o : 以形成碳酸氢盐缓 第3 章 厌氧颖粒污泥的驯化 冲系统， 保证系统p h值的 稳定。 营养元素 细胞的生长和维持需要一定数量的养分，为了保障厌氧微生物快速生长， 营养平衡很重要，一般c o d : n: p 约为1 0 0 : ( 1 - 1 0 ): ( 0 .5 - 1 )比较理想。本 实验中c o d: n : p =1 0 0 : 6 .8 : 0 . 6 7 。无机微量元素，如铁，镍，钻等对启动时间 的长短也有影响，因为这些元素成分是甲烷生长所必须的。各种营养盐及微量 元素的用量见表3 .2 . 表3 .2 u a s b 反 应器中 营养盐及 微量元素( 单 位: m 岁 l ) m9 s o 4 k 2 h p 0 ak h 2 p 0 4 n i s 0 4 f e c l 3 n a h c 0 3 n h 4 c i 8 5 . 2 5 0 . 0 c a c 1 2 2 3 . 2 2 0 刀8 . 4 6 . 8 1 2 2 0 7 8 0 ( 4 )启动运行条件 启动时进水c o d( 以 葡萄糖计) 为2 0 0 0 m g / l ， 水力停留时间1 9 .6 h r 左右。 3 . 2 厌氧反应器的启动状况 化学需氧量 ( c o d )是衡量有机物质去除率的常用指标，它可以直接反应 出污泥的处理效果。本试验以c o d去除率来衡量反应器的启动情况。 反应器以葡萄糖配水进水启动两天后， 观察到有气泡产生， 并且逐渐增多。 两星期后，开始测定进出水 c o d值。试验数据及 c o d去除率见表 3 .3 , 3 . 4 , 3 . 5. 表3 .3