（环境工程专业论文）垃圾渗滤液中苯酚和苯甲酸降解菌的筛选及降解特性研究.pdf

中文摘要垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加以处理而直接排入环境会造成严重的环境污染，因此，为了保护环境，对垃圾渗滤液进行处理是必不可少的。垃圾渗滤液的水质非常复杂，有机污染物的含量非常高，利用微生物的降解来处理垃圾渗滤液是一种经济有效且无二次污染的方法。本试验通过g c m s 联用技术对垃圾渗滤液中有机物成分进行初步分析，选定苯酚和苯甲酸为有代表性的主要污染物。在驯化试验阶段，在微生物培养基中加入目标化合物( 苯酚和苯甲酸) 作为微生物生长的碳源和能源。采用高效液相色谱法对目标化合物的去除效果进行检测，结果表明：在驯化阶段，苯酚和苯甲酸的去除率为8 0 左右，并且其去除的周期比较长。从经驯化的菌群中分离出单一菌株，采用平板划线法将分离后的单_ 菌株再次利用目标化合物进行培养和驯化，最终得到对两种目标化合物具有较强降解能力的六个优势菌种，通过菌落的生长特征、革兰氏染色初步鉴定细菌为革兰氏阴性杆菌。采用紫外分光光度法检验目标化合物的去除效果。结果表明：通过分离、富集培养得到的优势菌种，对苯酚和苯甲酸的去除效果明显增加，去除率达到9 5 以上，并且在相同浓度情况下去除周期大大缩短。使用筛选出的六种混合优势菌对实际垃圾渗滤液进行了初步处理研究，结果表明：混合优势菌和非优势菌在进水浓度相近时，经过2 天的运行，混合优势菌的去除效果比非优势菌提高2 0 左右。垃圾渗滤液中的污染物成分复杂多样，选择多种微生物组成一个生物系统，使各细菌发挥其最佳生理功能，并利用其协同作用来高效降解污染物，符合实践的需要，将成为今后的研究方向。关键词：垃圾渗滤液苯酚苯甲酸降解菌a b s t r a c tt h el a n d f i l ll e a c h a t ei sak i n do fo r g a n i cw a s t e w a t e rw h i c hh a sal o to fc o m p l i c a t e dc o m p o s i t i o n t h el a n d f i l ll e a c h a t ei sv e r yh a r m f u lf o rt h ee n v i r o n m e n tw i t h o u tt r e a t e d ，s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt ot r e a tl a n d f i l ll e a c h a t e d u et ot h eh i g hc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cp o l l u t a n t s ，t h em e t h o do fm i c r o o r g a n i s mb i o d e g r a d a t i o ni sa ne c o n o m i ca n de f f e c t i v ew a y m o r e o v e r , t h i sw a yh a sn os e c o n dp o l l u t i o n t h ec o m p o n e n t so fo r g a n i cp o l l u t a n t si nl a n d f i l ll e a c h a t ea r ee x a m i n e db yg c - m s ，a c c o r d i n gt ot h er e s u l t ，i tw a sf o u n dt h a tp h e n o la n db e n z o i ca c i dw a st h em a i no r g a n i cp o l l u t a n t si nl a n d f i l ll e a c h a t e i nd o m e s t i c a t i o ne x p e r i m e n t ，o b j e c tc o m p o u n d s ( p h e n o la n db e n z o i ca c i d ) w e r ea d d e di n t oc u l t i v a t i n gg r o u pa st h ec a r b o na n de n e r g ys o u i c e s d u r i n gd o m e s t i c a t i o np e r i o d ，t h ec o n c e n t r a t i o no fo b j e c tc o m p o u n d sw a sd e t e c t e db yh p l c d u r i n gd o m e s t i c a t i o np e r i o d ，t h ec o n c e n t r a t i o no fo b j e c tc o m p o u n d sw a sd e t e c t e db yh p l c t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yw a sa b o u t8 0 a n dt h ed e g r a d a t i o nt i m ei sl o n g e r s i xd o m i n a n tb a c t e r i u ms t r a i n sw e r ei s o l a t e df r o mt h em i c r o b i a lc o m m u n i t yb yf l a tp l a t es c r a t c h i n gm e t h o d t h e nt h es i n g l es t r a i nw i t hh i i g hb i o d e g r a d a b i l i t yw a sc u l t u r ea n dd o m e s t i c a t e db yt h eo b j e c tc o m p o u n d s a n dt h es t r a i nw a sp r i m a r i l yi d e n t i f i e db ym o r p h o l o g i c a lo b s e r v a t i o na n dg r a ms t a i n i n gb yp h y s i o l o g i c a li d e n t i f i c a t i o n t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fd o m i n a n ts t r a i n sh a sb e e nd e m o n s t r a t e db yu v - v i sm e t h o d ，a tt h es a m eo b j e c tc o m p o u n dc o n c e n t r a t i o n ，t h er e m o v a lr a t ew a si n c r e a s e dg r e a t l ya n dr e a c h e d9 5 t h ea c t u a ll a n d f i l ll e a c h a t ew a st r e a t e db ym i x e dc u l t u r eo fs i xd o m i n a n ts t r a i n s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ，c o m p a r e dw i t ha n a e r o b i cs l u d g et h er e m o v a lr a t ei n c r e a s e d2 0 b yu s i n gm i x e dd o m i n a n ts t r a i n su n d e rt h ee q u a li n l e tc o n c e n t r a t i o ni nt w od a y st r e a t m e n t b e c a u s et h ec o m p o n e n to ft h el a n d f i l ll e a c h a t ei sc o m p l i c a t e d ，s e l e c t i n gab i o s y s t e mw i t hm u l t i f a r i o u sm i c r o o r g a n i s m s ，b r i n g i n gt h em i c r o o r g a n i s m sp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n si n t of u l lp l a y , a n du s i n gt h e i rs y n e r g i ce f f e c tt od e g r a d e dp o l l u t a n t se f f e c t i v e l yi st h ed e m a n do ft h ep r a c t i c ea n dw i l lb e c o m et h ed e v e l o p i n go r i e n t a t i o ni nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ，p h e n o l ，b e n z o i ca c i d ，d e g r a d i n gb a c t e r i u m独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁鲞叁堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：趣暨确签字日期：泐7 年月2 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解叁鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权垂叠盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：起童墒导师签名：澎j签字日期：二钟7 年，月工日签字目期：跏 年7月2 日，b 、，天滓大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论随着城市垃圾卫生填埋技术的不断应用，对其二次环境污染问题的研究越来越广泛深入。作为防止该技术应用过程中二次污染问题内容之一的渗滤液处理方法和技术的研究也日益得到重视。由于渗滤液水质水量的复杂多变性，目前尚无十分完善的处理工艺，大多根据不同填埋场的具体情况及其经济技术要求提出有针对性的处理方案和技术。填埋场渗滤液因其毒性，被列为难处理废水，并且是危险的环境污染源。其净化困难而且往往不充分，因此严重危及地表水及地下水的水质。随着填埋场的扩展及其封闭后，其渗滤液的处理更加困难。城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。世界的发展趋势是限制填埋场数和对它们的快速清除。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物，主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质，包括物理因素、化学因素以及生物因素等，所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说，其p h 值在和9 之间，c o d 在2 0 0 0 6 2 0 0 0 m g l 的范围内，b o d 5 在6 0 - - - 4 5 0 0 0 m g l 之间。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，是世界公认的最难处理的高浓度有机废水之一，若不加处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。在上百种有机污染物中有2 0 - 3 0 种被列入我国和美国环保局( e p a ) 环境优先控制的污染物黑名单。因此，为了保护环境，对渗滤液进行处理是必不可少的。1 1 垃圾渗滤液的来源、特点和危害1 1 1 垃圾渗滤液的来源城市垃圾填埋场卫生填埋技术工艺简单，成本较低，能处理多种类型的废弃物，是一项适合我国国情的固体废弃物的处理技术。近年来，我国陆续兴建了一批固体废物填埋场，改变了长期以来的无控制处置状况，这对解决固体废物污染问题是十分重要的。但是采用垃圾填埋场来处理城市垃圾，人们必须要解决的问题是二次污染，而处理好垃圾填埋过程中产生的渗滤液，是防止二次污染最重要的措蒯1 1 。天津大学硕士学位论文第一章绪论垃圾渗滤液，又称渗沥水或浸出液，是垃圾在堆放或填埋过程中由于发酵、降雨及径流的影响，以及地表水的浸泡而滤出的污水【2 】。垃圾渗滤液的来源是由于雨水及其地表水渗入填埋场，再加上垃圾生物化学和化学降解的作用，产生的一种含有高浓度悬浮物和高浓度有机或无机成分的液体，即渗滤液( 也称为渗沥液) 。经武汉市垃圾填埋场调查了解，降雨是垃圾填埋场渗滤液的主要成因，降雨量的大小直接影响垃圾渗滤液的多少。垃圾渗滤液产生的主要成因有：( 1 ) 降水的渗入：降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要成因：( 2 ) 外部地表水的流入：这包括地表径流和地表灌溉；( 3 ) 地下水的流入：当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位，并没有设置防渗系统时，地下水就有可能渗人填埋场内；( 4 ) 垃圾本身含有的水分：这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量：( 5 ) 垃圾场降解过程中产生的水分：垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分。由此可见，垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身所含水份，因而渗滤液的产生随季节变化较大，对此a k e s s o n 等人有报导【3 】，郝一琴等人在此方面也进行了研究【4 】。当垃圾含水量为4 7 时，每吨垃圾可产生0 0 7 2 2 吨渗滤液，而生化反应产生的水相对较少。大气降水具有集中性、短时性和反复性，未及时引流的降水渗过垃圾层形成的渗滤液占总量的绝大部分，是工程设计的主要依据f 5 】。这些含有高浓度污染物质的渗滤液是垃圾填埋处理中最主要的污染源，如果不采取有效措施加以控制，则会污染地表水或地下水。1 1 2 垃圾渗滤液的特点垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度废水，而且同一垃圾填埋场的渗滤液的性质随着填埋场的气候条件、水文条件、季节、垃圾的性质及所含水分的变化而发生明显变化。渗滤液的性质也随着垃圾场的使用时间而变化，这种性质变化反映了固体垃圾的稳定过程，并可以用五个阶段来概括：( 1 ) 调整期：在固体垃圾中积累了足够的水分，以供微生物生存、活动需要。( 2 ) 过渡期：垃圾中所含的水分超过其存储能力，开始形成渗滤液，同时系统从有氧态转化为无氧态。( 3 ) 酸化阶段：垃圾中的有机物分解为有机脂肪酸，而含n 、p 的有机化合物经氨化和磷酸盐化转化为氨氮和磷酸盐，同时一些金属离子与有机酸发生络合作用。天津大学硕士学位论文第一章绪论( 4 ) 甲烷形成期：酸性发酵阶段的产物转化为甲烷和二氧化碳，其p h 值下降，系统氧化还原电位处于最低点，渗滤液中的有机物含量急剧减少。( 5 ) 成熟期：垃圾渗滤液中的有机物得到稳定，系统处于相对非活动状态，氧化还原电位上升，系统由无氧态缓慢地转化为有氧态，自然环境得以恢复【6 】。因此，在这稳定的过程中存在两个主要作用，一是固体垃圾中有机物分解，形成可溶性或可挥发性的产物，进入渗滤液或大气，而最终离开了垃圾填埋场。另一作用是稳定的腐殖质的合成，这些腐殖质有可能留在垃圾中，也可能进入渗滤液。这两个作用的综合结果，是渗滤液中离子有机物增高【7 1 。渗滤液通常可据填埋场的“年龄”分为两大类【8 1 ，一类是“年轻”( 五年以下) 填埋场的渗滤液，其特点是c o d 甜和b o d 5 浓度高，c o d 。，最高可达8 0 0 0 0m g l ，b o d 5 最高可达3 5 0 0 0 m g l ，b o d 5 c o d 。，比值一般为0 5 0 7 。可生化性好，金属含量较高。例如铁的浓度可高达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可高达1 2 3 m g l ，锌的浓度可高达1 3 0 m g l ，钙的浓度可高达4 3 0 0 m g l ，并且营养元素比例失调，p h 值也较低【9 】。另一类是“老龄 ( 五年以上) 的垃圾填埋场的渗滤液【1 0 】，其特点是c o d 。，、b o d 5 较低，b o d 5 c o d 。，也明显降低，氨氮浓度较高，p h 值升高，金属离子浓度有所降低。同时渗滤液的量与垃圾的密度也十分有关，垃圾密度大则渗滤液的水量也大，通常是年降水量的1 5 5 0 ，并且当其流量达到高峰时，其浓度往往也是最大的。总体来看，垃圾渗滤液具有如下的特征【1 1 】：( 1 ) 有机物浓度高：垃圾渗滤液中的c o d 。，和b o d 5 浓度最高可达几万m g l 。( 2 ) 金属含量高：垃圾渗滤液中含有多种金属离子，其中铁和锌离子含量较高，超过一般的排放标准，需进行处理；且渗滤液中可能含有多种有毒致癌重金属，因而是非常复杂的。( 3 ) 水质变化大：垃圾渗滤液的水质会随季节、气候、填埋年数及垃圾的种类和数量的变化而变化。( 4 ) 氨氮含量高：渗滤液的氨氮浓度有时可高达2 0 0 0 3 0 0 0 m g l ，在浓度过高的情况下会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。( 5 ) 营养元素比例失调：一般的渗滤液中b o d 5 t p 大都大于3 0 0 ，和微生物所需要的磷元素相差较大，不利于微生物的生长。1 1 3 垃圾渗滤液的危害垃圾填埋场渗滤液对周围地下水和地表水环境会造成严重污染【1 2 】，渗滤液一方面通过填埋场地向下渗透，随着时间延长，当填埋场地下的土壤对大部分有机污染物吸附达到饱和时，污染物会沿着地下水流向作扇形扩散，造成了对地下水天津大学硕士学位论文第一章绪论的污染；另一方面经垃圾填埋场导流管引流出来的渗滤液，往往没有经过完全的处理就直接用于农田灌溉或排入江河湖泊，随渗滤液进入河流或农田的各种有机污染物、无机污染物，会使水生生物和农作物受到污染，并通过食物链和生态环境对人体健康产生危害【l ”。c a l v e r t n 报导 1 4 1 ，距垃圾处理厂的蓄水池5 1 2 m 远的一1 2 井水中，其硬度、钙镁浓度、总固体量和c 0 2 都有增加。德国l o r g 报导【1 5 】，距离填埋场4 k m 远的地表水下游，水质出现恶化。n e v e n k am i k a c 等报导f l6 1 ，渗滤液对含水层的影响不仅仅在于表层，而且贯穿于6 0 m 深的垂直截面。s u s a n ch a p e r 等报掣1 7 j ，渗滤液中重金属对周围环境及对其后生物处理的毒性影响非常严重。国内郑曼英等报导【l8 1 ，广卅i 市老虎窿填埋场虽然在1 9 9 2 年封场，但至1 9 9 5 年其排放的浸出液b o d 、c o d 、氮和磷仍然超标，其中以氮为甚。赵万有等报导【1 9 】，垃圾填埋场不采取防渗措施，对地下水必然造成严重污染，主要表现在：地下水的水质混浊，有臭味，c o d 、n 含量高，油、酚污染严重，细菌、大肠菌超标。1 2 垃圾渗滤液的生物处理方法垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法。在c o d 为2 0 0 0 - - 4 0 0 0 m g l 时，物化方法的c o d 去除率可达5 0 0 o - - , 8 7 。和生物处理相比，物化处理不受水质水量变动的影响，出水水质比较稳定，尤其是对b o d 5 c o d e r 值较低( 0 0 7 加2 0 ) 难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果。但物化方法处理成本较高，不适于大水量垃圾渗滤液的处理，因此目前垃圾渗滤液主要是采用生物法。生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧厌氧组合生物处理、塘系统、人工湿地系统、填埋场中循环处理等。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化池、氧化沟、生物转盘和滴滤池等。厌氧处理包括上向流污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器等l z 。1 2 1 厌氧生物处理厌氧生物处理是在没有氧的情况下，以厌氧微生物为主，对有机物进行降解、稳定的处理方法。在厌氧反应过程中，复杂的有机物被降解、转化为简单、稳定的产物，同时释放能量，其主要产物为c 地。有机物的厌氧降解过程一般分为四个阶段【2 1 】：第一阶段为水解阶段：复杂的大分子有机物被细菌胞外酶分解成小分子可溶性有机物，纤维素、淀粉等碳水化合物水解成糖类，蛋白质水解成氨基酸。这些天津大学硕士学位论文第一章绪论小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。第二阶段为酸化阶段：溶解性有机物由兼性或专性厌氧菌转化成有机酸、醇、醛、二氧化碳和氢气，有机酸还可进一步降解成各种低级脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等。第三阶段为产乙酸阶段：产氢产乙酸细菌利用前阶段产生的各种有机酸，将其分解成乙酸和氢气，有时有二氧化碳生成。第四阶段为产甲烷阶段：由专性产甲烷菌利用乙酸、二氧化碳和氢气或其它低碳有机物产生甲烷。厌氧生物处理无需外界供氧，因而运行费用低，而且剩余污泥量少。虽然厌氧反应速率较慢，但可以承受较高的有机负荷，因此当污水中有机物浓度较高( b o d 5 2 0 0 0 m g l ) 时常采用厌氧生物处理技术。处理填埋场渗滤液的厌氧生物法有上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧滤池( a f ) 、厌氧挡板式反应器( a b r ) 等。( 1 ) 上流式厌氧污泥床( u a s b )英国的水研究中心报导【2 2 】，用上流式厌氧污泥床处理c o d 1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当负荷为3 6 1 9 7 k g c o d ( m 3 d ) ，平均泥龄为1 o 4 3 d ，温度3 0 c 时，c o d和b o d 5 的去除率各为8 2 和8 5 ，该工艺负荷比厌氧滤池要大得多。( 2 ) 厌氧滤池( a f )加拿大t o r o t o 大学的j g h e n r y 等人【2 3 1 ，在室温条件下成功地采用厌氧滤池分别处理年龄为1 5 年和8 年的填埋场渗滤液，他们的c o d 各为1 4 0 0 0 m g l 和4 0 0 0m g l ，b o d j c o d 各为0 7 和0 5 。当负荷为1 2 6 - 1 4 5 k g c o d ( m 3 d ) ，水力停留时间h r t 为2 4 9 6 h 时，c o d 去除率均可达9 0 以上。当负荷再增加，其去除率也急剧下降。由此可见，虽然厌氧滤池处理高浓度有机污水时负荷可达5 - 2 0 k g c o d( m 3 d ) ，但对于渗滤液，其负荷必须保持较低水平才能得到理想的处理效果。( 3 ) 厌氧挡板式反应器( a b r )沈耀良等用厌氧挡板式反应器处理苏州七子山生活垃圾填埋场渗滤液和城市污水的混合液。结果表明，厌氧挡板式反应器可有效地改善混合废水的可生化性。进水b o d s c o d 为0 2 o 3 时，出水b o d 5 c o d 可提高至0 4 0 6 ；当容积负荷为4 7 1 k g c o d ( m 3 d ) 时，可形成沉降性能良好、粒径为1 5 m m 的棒状颗粒污泥。各隔室中的污泥浓度为2 0 - 3 8 9 l 。混合废水经a b r 的预处理，大大提高了该废水的后续好氧处理设施的运行稳定性。当填埋场产生的渗滤液中有机污染浓度较高时，宜首先采用厌氧生物法处理，厌氧法处理负荷高，占地少，能耗低，产泥少，但经厌氧处理后水中有机物和氨氮浓度仍较高，达不到排放标准，一般需后接好氧处理。天津大学硕士学位论文第一章绪论1 2 2 好氧生物处理好氧生物处理是好氧微生物在溶解氧存在下，利用水中的胶体状、溶解性的有机物作为营养源，使之经过一系列生化反应，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化要求。好氧生物处理中，有机物一方面被分解、稳定，并提供微生物生命活动所需的能量；另一方面有机物被转化、合成新的原生质，即微生物自身的生长繁殖。由于好氧反应速率快，所需反应时间短，因而好氧反应器容积较小，而且在处理过程中，基本没有臭气，出水水质也较好，是污水处理的主要工艺之一。处理填埋场渗滤液的好氧生物法主要有传统活性污泥法、间歇式活性污泥法、生物膜法、曝气塘、生物活性炭流动床等。好氧法除可去除渗滤液中有机污染物外，还可用于渗滤液脱氮。( 1 ) 传统活性污泥法在垃圾填埋场渗滤液的处理中，因活性污泥法处理费用低、效率高而得到最广泛的应用。美国和德国的一些活性污泥法污水处理厂的运行结果表明，通过提高污泥浓度来降低污泥的有机负荷，活性污泥法可以获得令人满意的垃圾填埋场渗滤液的处理效果。例如美国宾 n f a l lt o w n s h i p 污水处理厂，其垃圾渗滤液进水的c o d 汀为6 0 0 0 - - 2 1 0 0 0 m g l ，b o d 5 为3 0 0 0 - 1 3 0 0 0 m g l ，氨氮为2 0 0 - - - 2 0 0 0 m g l 。曝气池的污泥浓度( m l v s s ) 为6 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，是一般曝气污泥浓度的3 6倍。在容积有机负荷为l i 8 7 k g b o d s ( m 3 d ) 时，f m 为0 1 5 - - 0 3 1 k g b o d s ( k g m l s s d )时，b o d 5 的去除率为9 7 ；在容积有机负荷为o 3 k g b o d 5 ( m 3 d ) 时，f m 为0 0 3 0 0 5k g b o d s ( k g m l s s d ) 时，b o d 5 的去除率为9 2 。该厂的经验表明，只要适当提高活性污泥浓度，使f m 在0 0 3 , - 4 3 3 1 k g b o d 5 ( k g m l s s d ) 之间，采用活性污泥法能够有效地处理垃圾填埋场渗滤液。采用低氧、好氧活性污泥法，具有能维持较高运转负荷，耗时短等特点，比常规活性污泥法更有效。同济大学徐迪民等人采用低氧、好氧活性污泥法处理垃圾填埋场渗滤液。试验证明：在控制运行条件下，垃圾填埋场渗滤液通过低氧、好氧活性污泥法处理，效果卓越。进水c o d 。，、b o d 5 、s s 分别为6 4 6 6 m g l 、3 5 0 2 m g l 、2 3 9 6 m g l 时，经过处理后c o d 盯 3 0 0 m g l 、b o d s 5 0 m g l ( 平均为1 3 3 m g l ) 、s s p d 2 p d 3 ，但它们之间的去除率相差不是太大，因此都可以应用于垃圾渗滤液的降解试验中。4 2 苯酚混合菌对苯酚的降解特性试验装置：反应器用1 0 0 0 m l 的三角瓶，瓶口用橡胶塞封闭密封，橡胶塞上安装一个取样口，一个进气口和一个出气口，出气口用水封口，进样时，在进气口连接氮气，增大瓶内压力，防止空气进入。将经过富集培养的菌株p d l 、p d 2 、p d 3 溶液各取3 3 0 m l 左右加入试验装置内，放入恒温振荡器内，温度设定为3 5 。图4 - 4 、图4 5 、图4 6 、图4 7 为混合菌去除苯酚的降解曲线和去除率。+ 第1 周期苯酚降解曲线+ 第1 周期苯酚去除率234时间( d )图4 - 4 混合菌对苯酚的降解曲线和去除率1 0 08 06 0琴4 0 耋嗣2 000o0o0o0ooo侣侣伫们86421功ev堪蛏鑫捋天津大学硕士学位论文第四章苯酚降解菌的降解特性的研究do )ev蜊蜓鑫将+ 第2 周期苯酚降解曲线+ 第2 周期苯酚去除率23456时间( d )图4 - 5 混合茵对苯酚的降解曲线和去除率+ 第3 周期苯酚降解曲线+ 第3 周期苯酚去除率23456时间( d )图4 - 6 混合菌对苯酚的降解曲线和去除率3 3 1 0 08 06 0 琴4 0 錾粕2 001 0 08 06 0琴4 0 茭稍2 0000o000o00乾勰孔加侣侄84，oev避蜒豁将00000000勰烈加佰侄84天津大学硕士学位论文第四章苯酚降解菌的降解特性的研究+ 第4 n 期苯酚降解曲线+ 第4 周期苯酚去除率234时间( d )图4 - 7 混合菌对苯酚的降解曲线和去除率， 、琴v豫鲎稍由图4 4 可见，第1 周期当初始水样浓度为7 2 6 9 m g l 时，经过4 天的运行，苯酚的去除率达到9 5 9 2 ；由图4 5 可见，第2 周期当苯酚的浓度达到2 3 3 3 8m g l 时，运行5 天，苯酚的去除率才达到5 0 左右，说明当苯酚的浓度过高时，苯酚对细菌的生长有抑制作用；由图4 - 6 可见，第3 周期中水样初始浓度降低到1 1 0 8 7 m g l ，经过5 天运行，苯酚的去除率达到8 5 ；由图4 7 可见，第4 周期苯酚的浓度降到1 0 5 8 8 m g l ，经过4 天的运行，苯酚的去除率达到9 6 0 0 ，细菌的去除能力逐渐恢复。表4 2 列出了运行了4 个周期的混合菌对苯酚的降解试验结果。表4 - 2 混合菌对苯酚的降解试验结果周期时间进水浓度出水浓度去除率( d )( r a g l )( r a g l )( )l47 2 6 92 9 69 5 9 2262 3 3 3 82 3 0 99 0 1 0361 1 0 8 79 3 89 1 5 4441 0 5 8 84 2 39 6 0 0图4 - 8 为苯酚降解过程中p h 值随时间的变化情况。竹柏加oo00000o0勰斟加伯他841，oev掣蠖鑫将天津大学硕士学位论文第四章苯酚降解菌的降解特性的研究7 176 9工6 86 76 6234567时间( d )图4 - 8 p h 值与时间的关系由图4 - 8 可看出，反应器内p h 变化很有规律，都是先从高到低，然后又升高。开始时，由于苯酚的降解速率较大，断环后形成的低级脂肪酸来不及迸一步降解，酸的积累导致p h 值的下降，中间时刻降到最低点，随着苯酚降解速率的减小，低级脂肪酸的降解占据主导地位时，p h 又回复升高。天津大学硕士学位论文第五章苯甲酸降解菌的降解特性的研究第五章苯甲酸降解菌的降解特性的研究5 1b a b l 、b a b 2 、b a b 3 对苯甲酸的降解特性水样中苯甲酸测定采用紫外分光光度法，在波长2 2 3 n m 测定，蒸馏水作为空白样，测定前水样处理，用高速离心机在1 6 0 0 0 转分，离心3 分钟，上清液作为测定样。测定其在2 个周期下的去除效果，运行周期为4 - - 5 天。+ 第1 周期苯甲酸降解曲线+ 第2 周期苯甲酸降解曲线+ 第1 周期苯甲酸去除率* 第2 周期苯甲酸去除率1 8 0，、1 6 0巷：4 2 ：囊1 8 0 。0薤6 0 4 0将2 001 8 0，、1 6 0d1 4 0p1 2 0。1 0 0垂6 8 。0 4 0树2 002345时间( d )图5 - 1b a b i 对苯甲酸的降解曲线和去除率+ 第1 周期苯甲酸降解曲线+ 第2 周期苯甲酸降解曲线+ 第1 周期苯甲酸去除率+ 第2 周期苯甲酸去除率2345时间( d )图5 - 2b a b 2 对苯甲酸的降解蓝线和去除率3 6 1 0 08 06 0琶4 0 篓2 0 稍0器潞簦q伯加o天津大学硕士学位论文第五章苯甲酸降解菌的降解特性的研究do ev遥蠖魁将+ 第1 周期苯甲酸降解曲线+ 第2 周期苯甲酸降解曲线+ 第1 周期苯甲酸去除率+ 第2 n 期苯甲酸去除率2345时间( d )图5 3b a b 3 对苯甲酸的降解曲线和去除率琴v褥篮稍由图5 1 看出，经过2 个周期运行，苯甲酸的初始浓度分别由1 2 8 1 l m g l和9 9 0 2m g t , ，降到1 9 4 7m g m 和3 1 3 8 m g l ，苯甲酸去除率分别为8 4 8 0 和6 8 3 1 ；由图5 2 看出，苯甲酸的初始浓度分别由1 3 2 2 6 m g l 和1 0 3 9 0 m g l ，降到2 1 8 5 m g l 和1 8 3 5 m g l ，苯甲酸去除率分别为8 3 4 8 和8 2 3 4 ；由图5 3看出，苯甲酸的初始浓度分别由1 2 0 4 3 m g l 和1 0 6 9 9 m g l ，降到1 8 1 l m g l 和2 4 3 6 m g l ，苯甲酸去除率分别为8 4 9 6 和7 7 2 3 。单一菌株对苯甲酸的去除效果明显，在第一天时苯甲酸的去除率很高，都能达到4 5 以上，随后苯甲酸的去除率有所下降。表5 1 是苯甲酸菌对苯甲酸的降解试验结果。表5 - 1 苯甲酸降解菌对苯甲酸的降解试验结果菌株名称进水浓度出水浓度去除率平均去除率( m g l )( m e l )( )( )b a b l1 2 8 1 11 9 4 78 4 8 07 6 5 69 9 0 23 1 3 86 8 3 lb a b 21 3 2 2 62 1 8 58 3 4 88 2 9 11 0 3 9 01 8 3 58 2 3 4b a b 31 2 0 4 31 8 1 l8 4 9 68 1 1 01 0 6 9 92 4 3 67 7 2 3小结：苯甲酸单一菌种的去除率比较，b a b 2 b a b 3 b a b l ，但它们之间的去除率相差不是太大，因此都可以应用于垃圾渗滤液的降解试验中。竹o加加加加0天津大学硕士学位论文第五章苯甲酸降解菌的降解特性的研究5 2 苯甲酸混合菌对苯甲酸的降解特性将经过富集培养的菌株b a b1 、b a b 2 、b a b 3 溶液各取3 3 0 m l 左右加入试验装置内，加入目标化合物苯甲酸，放入恒温振荡器内，温度设定为3 5 。c 。图5 - 4 、图5 5 、图5 - 6 、图5 7 为混合菌去除苯甲酸的降解曲线和去除率。2 4 02 2 02 0 0三1 8 0p1 6 001 4 0制1 2 0蠖l o o笾8 0 6 0将4 02 0o+ 第1 周期苯甲酸降解曲线+ 第1 周期苯甲酸去除率2345时间( d )图s - 4 混合菌对苯甲酸的降解曲线和去除率+ 第2 周期苯甲酸降解曲线+ 第2 周期苯甲酸去除率2345时间( d )图5 - 5 混合菌对苯甲酸的降解曲线和去除率，3 8 。1 0 08 06 0器4 0 墼稍2 001 0 08 06 0零4 0 整稍2 0o000o00oo0oo0o孔挖加倡侣似侄佃86421，oev刨畿窿将天津大学硕士学位论文第五章苯甲酸降解菌的降解特性的研究da eu蜊瑾铤椭do )ev型蠖型肛将+ 第3 n 期苯甲酸降解曲线+ 第3 周期苯甲酸去除率234时间( d )图5 巧混合茵对苯甲酸的降解曲线和去除率十第4 周期苯甲酸降解曲线+ 第4 周期苯甲酸去除率234时间( d )图5 7 混合菌对苯甲酸的降解曲线和去除率琴v静凿粕，、琴v瓣篮稍在混合菌对苯甲酸的去除试验中，连续测定了四个周期，每个周期运行4 5 天。如图5 - 4 第1 周期，苯甲酸浓度由1 6 5 6 9 m g l 降到1 5 6 3 m g l ，去除率为9 0 5 7 ；如图5 5 第2 周期，进水浓度增高，达到1 9 6 4 2 m g l ，第五天降解到1 0 8 8m g l ，去除率为9 4 4 6 ；如图5 - 6 第3 周期，苯甲酸浓度由1 3 5 4 5 m g l降到8 7 1 5 m g l ，去除率为3 5 6 6 ，水样中苯甲酸浓度有波动，并且去除率不高。说明在第2 周期苯甲酸浓度较大时，细菌积累大量存储物，故在第2 周期苯甲酸去除率较高，到了第3 周期，由于存储的营养物质释放，苯甲酸的去除率下降。如图5 7 第4 周期，苯甲酸浓度达到2 6 3 5 4 m g l ，第四天降到2 0 3 1m g l ，去除竹们加00000o000000砌倡伦似住佃8642堋们加o00oo00oo00翁乾勰丛幻侣他84天津大学硕士学位论文第五章苯甲酸降解菌的降解特性的研究率为9 2 2 9 ，说明混合菌已逐渐适应较高浓度的苯甲酸。表5 - 2 为混合菌对苯甲酸的降解试验结果。表5 2 混合菌对苯甲酸的降解试验结果周期时间进水浓度出水浓度去除率( d )( m g l )( r a g l )( )151 6 5 6 91 5 6 39 0 5 7251 9 6 4 21 0 8 89 4 4 6341 3 5 4 58 7 1 53 5 6 6442 6 3 5 42 0 3 19 2 2 94 0 天津大学硕士学位论文第六章混合菌对垃圾渗滤液的降解试验第六章混合菌对垃圾渗滤液的降解试验分别从富集培养8 0 天后的六种富集液中取1 6 6 m l 菌液加入到1 0 0 0 m l 的三角瓶中，然后加入垃圾渗滤液，用氮气吹脱厌氧反应器中的空气5 一- 1 0 r a i n ，放入恒温培养箱内，温度设定为3 5 c 。以2 天为一个运行周期，运行了4 个周期，研究混合菌对垃圾渗滤液中c o d 的处理效果。去除效果如图6 1 6 _ 4 所示。1 7 0 01 4 0 0j口)e1 1 0 0o88 0 05 0 01 7 0 01 4 0 0jo e 1 1 0 0o88 0 05 0 001 22 43 6时间( h )4 8图6 - 1 第1 周期内c o d 的降解曲线和去除率01 22 43 6时间( h )图6 2 第2 周期内c o d 的降解曲线和去除率1 0 08 06 0辞蘅4 0 篮粕2 0o1 0 08 06 0零褂4 0 篷稍2 00天津大学硕士学位论文第六章混合菌对垃圾渗滤液的降解试验1 7 0 01 4 0 0- io e1 1 0 0口88 0 05 0 01 7 0 01 4 0 0jo e1 1 0 0凸88 0 05 0 001 22 43 64 8时间( h )图6 3 第3 周期内c o d 的降解曲线和去除率01 22 43 64 8时间( h )图“第4 周期内c o d 的降解曲线和去除率1 0 08 06 0零斛4 0 篮粕2 001 0 08 06 0琴褥4 0 凿稍2 00由图6 1 可看出，当进水水样平均浓度为1 4 0 0m g l 左右时，经过2 天运行，出水的c o d 为7 4 3 m g l ，去除率为4 8 左右。筛选出的混合优势菌与非优势菌对垃圾渗滤液的去除效果比较，去除率提高2 0 左右，与对单一污染物苯酚、苯甲酸的去除效果比较，去除率较低。说明筛选出的优势菌对垃圾渗滤液中其它的有机污染物去除效果不明显，并且有的有机污染物难降解和不降解。有一些有机物结构特殊，性质稳定，甚至对生物降解有抵抗性，即使经过足够长的时间在适合于微生物生长最佳条件下仍然不能被降解【6 l 】。表6 1 是混合菌对垃圾渗滤液的降解试验结果。天津大学硕士学位论文第六章混合菌对垃圾渗滤液的降解试验表6 - 1 混合菌对垃圾渗滤液的降解试验结果周期时间进水浓度出水浓度去除率( d )( r a g l )( m g l )( )l21 4 8 98 8 4 54 0 6221 4 1 07 2 3 04 8 7321 5 2 37 6 4 54 9 8421 2 5 75 9 9 65 2 34 3 天津大学硕士学位论文第七章结论与建议7 1 结论第七章结论与建议本文以苯酚和苯甲酸为研究对象，通过对污泥的驯化、分离、富集培养，得到的优势菌种，在实验室静态实验中对苯酚、苯甲酸的去除效果明显提高。结论如下：1 在污泥驯化阶段，苯酚增加到一定浓度时，降解出现了一个停滞期，投加无机盐营养有助于提高驯化效果。驯化过程在特性菌种的筛选和富集上起着至关重要的作用，用目标化合物驯化筛选出的菌种明显提高了对该化合物的降解能力。2 单一菌种的去除率比较：p d l 的去除率9 8 1 5 ，p d 2 的去除率9 4 1 7 ，p d 3 的去除率9 3 9 4 ；b a b l 的去除率7 6 5 6 ，b a b 2 的去除率8 2 9 1 ，b a b 3的去除率8 1 1 0 。苯酚和苯甲酸单一菌种之间的去除率相差不是太大，因此都可以应用于垃圾渗滤液的降解试验中。3 在苯酚混合菌的降解效果试验中，反应器内p h 变化很有规律，都是先从高到低，然后又升高。说明开始时，由于苯酚的降解速率较大，断环后形成的低级脂肪酸来不及进一步降解，酸的积累导致p h 值的下降，中间时刻降到最低点，随着苯酚降解速率的减小，低级脂肪酸的降解占据主导地位时，p h 又回复升高。4 与驯化阶段比较，苯酚和苯甲酸的去除率明显提高。目标化合物驯化、筛选出的优势菌，有的只对目标化合物有降解性，有的也对属于同系化合物的目标化合物表现出较高的降解性。5 在混合菌对垃圾渗滤液的降解试验中，优势菌的去除率比非优势菌的提高2 0 左右，但混合菌对垃圾渗滤液的去除率低于对苯酚和苯甲酸的去除率。说明垃圾渗滤液中成分复杂，大部分为人工合成的有机物，如一些芳香族化合物和卤化脂肪族化合物等，筛选出的菌种对结构与苯酚、苯甲酸结构相近的有机物有较好的适应性，而对其他结构的有机污染物适应性有待提高进一步研究。天津大学硕士学位论文第七章结论与建议7 2 建议本次试验由于时间和资金上的原因，未对筛选出的菌种做进一步的鉴别以及对其他有机污染物的适应性。本次试验是在实验室中进行的，与实际环境中的运行还有很大的不同。本次试验基本达到了拟定的试验目标，但将该菌种应用于实际的垃圾渗滤液的处理中，还需作进一步的研究：1 优势菌种的不同配比影响垃圾渗滤液的处理效果，可以改选六种优势菌的混合比，寻找最佳菌种配比。2 对苯酚和苯甲酸降解菌的降解动力学作进一步的深入研究，寻找适合的动力学模型，并确定各种动力学参数。3 采用高效液相色谱法分析中间产物，确定菌种降解苯酚、苯甲酸的机理。4 从分子微生物方面研究苯酚、苯甲酸的生物降解基因组成及其调控机制、菌群间的协同作用机制，为建立对多种合成难降解有毒化合物具有降解能力的遗传工程菌的构建提供依据。天津大学硕士学位论文参考文献参考文献 1 贾海涛，m b r p a c i 艺处理城市垃圾填埋场渗滤液的试验研究：【硕士学位论文1 ，武汉大学，2 0 0 4 2 陈玉成，李章平，城市垃圾渗沥水的污染及全过程控制，环境科学动态，1 9 9 5( 4 ) ：1 5 - 1 7 3 m a t t i a sa k e s s o na n dp e t e rn i l s s o n s e a s o n a lc h a n g eo fl e a c h a t ep r o d u c t i o