（环境工程专业论文）河岸渗滤系统中苯胺厌氧降解的实验研究.pdf

西北工业大学硕十学位论文摘要 摘要 苯胺是一种重要的 化工原料， 全世界每年排入环境中的苯胺近3 0 0 0 0 t ，以 致水、土遭受其污染。苯胺毒性很强，也很难降解，在厌氧环境中的半衰期近 1 0 a ， 开展厌氧条件下苯胺降解研究具有重要的理论意义与实际运用价值。 以西 北工业大学英才计划资助项目 “ 河岸渗滤作用除污功效”及国家自 然科学基金 项目“ 反硝化条件下河岸渗滤作用苯系物的转化及强化措施研究” ( 4 0 4 7 2 1 2 7 ) 的需要，利用土柱实验和微环境实验分别研究了苯胺在河岸渗滤系统 ( r i v e r b a n k f i l t r a t io n ， 简称r b f ) 中厌氧降解及河流沉积物中的有机质和水合 金属氧化物等对苯胺缺氧生物降解的影响。 土柱实验结果表明:苯胺在 r b f中主要通过吸附作用和生物降解作用去 除，而真正去除苯胺的作用是生物降解。无论是在反硝化条件下还是在反硫化 条件下，苯胺降解过程中都包括脱氨作用。反硝化条件下苯胺降解完全，实验 后期可能是由于有机质的消耗殆尽，苯胺降解率降低;分别添加甲酸、乙酸钠 和葡萄糖，对于苯胺的降解没有促进作用。反硫化条件下， 苯胺降解不完全。 在两个土柱 渗滤实 验中， 苯胺的 降 解均引 起了 系统渗透性能的 减小、 p h的 改变 以及入渗河水中部分离子浓度的升高等。 微环境实验结果表明，无论是否存在外加碳源，有机质对苯胺降解均有抑 制作用;没有外加碳源的 情况下，河流沉积物中的水合金属氧化物对苯胺降解 具有促进作用:硝酸盐浓度、外加碳源以及苯胺的起始浓度对原样土壤、去碳 土壤、去碳去金属土壤中苯胺的降解的影响都各不相同，与其相应的浓度关系 密切 。 上述研究结果表明， 在反硝化条件下， 渭河r b f中反硝化微生物通过生长 代谢方式降解苯胺。 关键词:苯胺;缺氧生物降解;反硝化;反硫化;有机质; 水和金属氧化物:外加碳源;河岸渗滤作用 西北 业大学硕十学位论文 ab s t r a c t abs t r a c t a n i l in e i s a n i m p o rt a n t c h e m ic a l m a t e r i a l . a c c o r d i n g t o t h e e s t i m a t e o f t h e c h e m i c a l a n d i n d u s t r i a l t r a d e d e p a rt m e n t , a b o u t 3 0 ,0 0 0 t o n a n i l i n e w a s r e l e a s e d i n t o t h e e n v i r o n m e n t p e r y e a r , t h e w a t e r a n d s o i l w a s p o l l u t e d i n a w id e a r e a , w h i c h h a d a s e r i o u s e ff e c t o n o u r l i v i n g . i t w a s o f in t e n s i t y t o x i c i ty a n d d i ff i c u l t t o b e d e g r a d e d 一a n i l i n e s h a l f l i f e w a s v e r y l o n g , e v e n t o 1 0 a g e s u n d e r t h e a n a e r o b i c c o n d i t io n . s o i t i s n e c e s s a r y a n d a l s o p r a c t i c a l t o s t u d y t h e d e g r a d a t i o n o f a n i l i n e u n d e r t h e a n a e r o b i c c o n d i t i o n , w h i c h w o u l d b e p r o p i t i o u s t o d e v e l o p t h e r e h a b i l i t a t i o n t e c h n o l o g i e s t o i m p o s e b i o e n g i n e e r i n g a n d t h e a p p l i c a t i o n o f t h e m . t o d e v e l o p b e tt e r t h e i t e m i m b u r s e d b y t h e e l it e p l a n o f n o rt h w e s t p o ly t e c h n o l o g y u n i v e r s i t y , n a m e d b y t h e e ffic a c y t o r e m o v e c o n t a m i n a t io n s b y r i v e r b a n k f i l t r a t i o n s y s t e m , a n d t h e i t e m s u p p o rt e d b y t h e s t a t e s c i e n c e f u n d , n a m e d b y t h e s t u d y o n t h e t r a n s f o r m i n g o f t h e b e n z e n e s e r i e s c o m p o u n d s a n d i t s s t re n g t h e n i n g m e a s u r e s b y r i v e r b a n k f i l t r a t i o n s y s t e m u n d e r d e n itr if y in g c o n d i t io n c n o .4 0 4 7 2 1 2 7 )， w e r e s e a r c h e d t h e p u r if i c a t i o n o f a n i l i n e p o l l u t e d w a t e r b y r i v e r b a n k f i l t r a t i o n b a s e d o n s o i l - c o lu m n e x p e r im e n t s , t h e e ff e c t s o f o r g a n i c m a t t e r s a n d h y d r o u s m e t a l o x i d e s o f t h e s e d i m e n t i n w e i h e r i v e r o n t h e a n a e r o b i c d e g r a d a t i o n o f a n i l i n e b a s e d o n m i c r o c o s m s t e s t , r e s p e c t i v e ly . b a s e d o n s o i l c o l u m n e x p e r i m e n t s , w e s i m u l a t e d a n d s t u d i e d a n il i n e d e g r a d a t i o n a n d i t s e n v i r o n m e n t a l e ff e c t d u r in g r b f u n d e r d e n i t r i f y i n g a n d s u l f a t e r e d u c t i o n , r e s p e c t i v e l y . t h e r e s u lt s s h o w e d t h e b i o g e o c h e m i s t r y r e a c t i o n s o f a n i l i n e i n s o i l c o l u m n w e r e a b s o r p t i o n a n d b i o d e g r a d a t i o n , i n w h i c h t h e b i o d e g r a d a t i o n is m a j o r a c t i o n i n r e m o v i n g a n i li n e a c t u a l l y . u n d e r d e n i t r i f y i n g o r s u l f a t e r e d u c t i o n c o n d i t i o n , d e a m i n a t i o n w a s a n a b s o l u t e l y n e c e s s a r i l y s t e p d u r i n g a n i l i n e d e g r a d a t i o n t h e d e g r a d a t i o n o f a n i l i n e w a s c o m p le t e u n d e r d e n i t r i f y i n g c o n d i t i o n . i n t h e u p p e r c o u r s e o f e x p e r i m e n t s , b e c a u s e o r g a n ic m a tt e r s w e r e e x h a u s t e d o r v i r o s e m a t t e r s w e r e p r o d u c e d d u r i n g a n i l in e d e g r a d a t i o n , a n i l in e d e g r a d a t i o n r a t e d e s c e n d e d g r a d u a l l y . a d d it i o n a l c a r b o n r e s o u r c e s s u c h a s f o r m i c a c i d , s o d i u m a c e t a t e , g l u c o s e 西北 r 业大学硕十学位论文 ab s t r a c t w e r e a p p e n d e d i n t u r n , w h i c h h a d n o s t i m u l a t i v e e ff e c t s . u n d e r s u l f a t e r e d u c t i o n c o n d i t i o n , a n i l i n e d e gra d a t i o n w a s i n c o m p le t e . t h e e ff e c t s c a u s e d b y t h i s d e g r a d a t i o n o f a n i l i n e w e r e t h a t t h e p e r m e a b i l i t y d e c r e a s e d , p h v a r i e d a n d c o n c e n t r a t i o n s o f s e v e r a l c o m p o u n d s i n c r e a s e d . e ff e c t s o f o r g a n ic m a t t e r s a n d h y d r o u s m e t a l o x i d e s o n t h e a n a e r o b i c d e g r a d a t i o n o f a n i l i n e w e re i n v e s t i g a t e d b y re m o v i n g o r g a n i c m a t te r s a n d h y d r o u s m e t a l o x id e s i n we i h e r i v e r s e d i m e n t s s e q u e n t i a l l y . t h e r e s u l t s s h o w e d : w i t h a d d i t i o n a l c a r b o n r e s o u r c e s o r n o t , o r g a n i c m a tt e r s h a d s u p p r e s s i v e e ff e c t s o n a n i l i n e d e g r a d a t i o n . wi t h a d d i t i o n a l c a r b o n r e s o u r c e s , h y d r o u s m e t a l o x i d e s h a d s t i m u l a t i v e e ff e c t o n a n i l in e . i n m i c r o c o s m s t e s t , e l e c t r o n a c c e p t o r s c o n c e n t r a t i o n , a d d it i o n a l c a r b o n r e s o u r c e s a n d a n i l i n e s t a r t i n g c o n c e n t r a t i o n h a d d i ff e r e n t e ff e c t s o n t h e o r i g i n a l s e d i m e n t s , t h e s e d i m e n t r e m o v e d o r g a n i c m a tt e r a n d t h e s e d i m e n t s r e m o v e d o r g a n i c m a tt e r a n d h y d r o u s m e t a l o x i d e s . k e y w o r d s : a n i l i n e ; a n a e r o b i c d e g r a d a t i o n ; d e n it r if y in g ; s u lf a t e r e d u c t io n ; o r g a n i c m a t t e r s ; h y d r o u s m e t a l o x i d e s ; a d d i t i o n a l c a r b o n r e s o u r c e s ; r i v e r b a n k f i l t r a t i o n 第一章环境中苯胺降解的研究现状 第一章环境中苯胺降解的研究现状 1 . 1 苯胺的污染状况及危害 1 . 1 . 1苯胺生产与应用现状 随着人口的迅速增长、 工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高， 人类对化学品的依赖程度越来越高。但在化学品的生产、使用、贮存、运输、 装卸和处置过程中，都会有大量的化学物质释放到空气、水体和土壤中，污染 着我们呼吸的空气和饮用的水源，污染着作物生长的土壤和各种生物的生活环 境，对人类的生活和健康以及各种生态系统构成直接或者间接的威胁。 苯胺是一种重要的化工原料， 广泛应用于国防、印染、 橡胶、 纺织、 造纸、 陶器上釉、塑料、油漆、聚氨酷、染料、农药、医药及特种纤维等化学工业领 域。 国 外 苯 胺主 要 用于 制 备 聚 氨 酌原 料 二 苯 基甲 烷二异 氰酸 酷 ( m d i 尸。 上 世 纪 八十年代末，随着西方经济的复苏， 对md i 需求的不断增加， 苯胺生产能力和 产量增长很快。 1 9 8 8 年世界苯胺的生产能力只有约1 5 0 0 k t/ a , 1 9 %年增加到约 2 2 0 0 k t / a , 2 0 0 0 年达到约2 9 7 0 k t / a ， 预计2 0 0 5 年世界苯胺的总生产能力将达到 约3 6 3 0 k v a 。目 前，苯胺的生产主要集中在美国、西欧和日本，其生产能力约 占世界苯胺总生产能力的8 0 %. 2 0 0 0年美国苯胺的总生产能力为 7 9 1 k t / a ，约 占世界苯胺总生产能力的 2 6 . 8 %;西欧的总生产能力为 1 2 5 2 k t / a ，约占世界苯 胺总生产能力的4 2 .2 %;日本的总生产能力为3 0 7 k t / a ，约占世界苯胺总生产能 力 的1 0 .3 % 1 。 世界 苯 胺的 消费 主 要 集中 在 美国、 西欧以 及日 本 等国 家 和 地区， 其消费量约占世界苯胺总消费量的8 0 %。 在这些国家和地区的消费中， m d i 占 消费的首位， 消费量约占 世界苯胺总消费量的8 0 %， 其次是橡胶助剂， 约占 苯 胺总消费量的1 1 %，染料和颜料约占3 %，其它约占6 %.随着亚洲金融危机的 消除，东南亚各国经济全面复苏，中国、印度经济稳定发展，亚洲己 成为世界 苯胺消费的主要地区之一， 2 0 0 0 年亚洲( 除日 本外) 消费量为2 2 .5 万吨。 国 外权 威机构预测，未来5 年亚洲地区将成为世界苯胺消费增长最快的地区，年均需 第一章环境中苯胺降解的研究现状 第一章环境中苯胺降解的研究现状 1 . 1 苯胺的污染状况及危害 1 . 1 . 1苯胺生产与应用现状 随着人口的迅速增长、 工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高， 人类对化学品的依赖程度越来越高。但在化学品的生产、使用、贮存、运输、 装卸和处置过程中，都会有大量的化学物质释放到空气、水体和土壤中，污染 着我们呼吸的空气和饮用的水源，污染着作物生长的土壤和各种生物的生活环 境，对人类的生活和健康以及各种生态系统构成直接或者间接的威胁。 苯胺是一种重要的化工原料， 广泛应用于国防、印染、 橡胶、 纺织、 造纸、 陶器上釉、塑料、油漆、聚氨酷、染料、农药、医药及特种纤维等化学工业领 域。 国 外 苯 胺主 要 用于 制 备 聚 氨 酌原 料 二 苯 基甲 烷二异 氰酸 酷 ( m d i 尸。 上 世 纪 八十年代末，随着西方经济的复苏， 对md i 需求的不断增加， 苯胺生产能力和 产量增长很快。 1 9 8 8 年世界苯胺的生产能力只有约1 5 0 0 k t/ a , 1 9 %年增加到约 2 2 0 0 k t / a , 2 0 0 0 年达到约2 9 7 0 k t / a ， 预计2 0 0 5 年世界苯胺的总生产能力将达到 约3 6 3 0 k v a 。目 前，苯胺的生产主要集中在美国、西欧和日本，其生产能力约 占世界苯胺总生产能力的8 0 %. 2 0 0 0年美国苯胺的总生产能力为 7 9 1 k t / a ，约 占世界苯胺总生产能力的 2 6 . 8 %;西欧的总生产能力为 1 2 5 2 k t / a ，约占世界苯 胺总生产能力的4 2 .2 %;日本的总生产能力为3 0 7 k t / a ，约占世界苯胺总生产能 力 的1 0 .3 % 1 。 世界 苯 胺的 消费 主 要 集中 在 美国、 西欧以 及日 本 等国 家 和 地区， 其消费量约占世界苯胺总消费量的8 0 %。 在这些国家和地区的消费中， m d i 占 消费的首位， 消费量约占 世界苯胺总消费量的8 0 %， 其次是橡胶助剂， 约占 苯 胺总消费量的1 1 %，染料和颜料约占3 %，其它约占6 %.随着亚洲金融危机的 消除，东南亚各国经济全面复苏，中国、印度经济稳定发展，亚洲己 成为世界 苯胺消费的主要地区之一， 2 0 0 0 年亚洲( 除日 本外) 消费量为2 2 .5 万吨。 国 外权 威机构预测，未来5 年亚洲地区将成为世界苯胺消费增长最快的地区，年均需 第一章环境中苯胺降解的研究现状 求增长率约为1 7 %， 远高出世界的平均水平， 2 0 0 5 年苯胺需求量将达5 0 4万吨。 自1 9 5 2 年，我国开始生产苯胺，上世纪8 0 年代末以前一直是卖方市场， 9 0年代初国内形成 “ 苯胺热” ，各地纷纷新建或扩建苯胺装置，苯胺生产发生 了很大的变化。目前我国苯胺生产厂家有2 0 多，总生产能力约为2 9 0 k t/ a ，总 产量约为1 8 0 k t / a . 2 0 世纪9 0 年代以 来， 我国苯胺的消费量一直保持稳定增长 的趋势，1 9 9 3 年我国苯胺的消费量约为1 0 0 k t ，比1 9 8 0 年增长了2 3 倍， 年均 增长率为1 1 . 8 %, 1 9 9 9 年我国苯胺的消费量为1 4 8 4 k t , 2 0 0 0 年达到1 7 7 9 k t i l . 我国苯胺从年耗、原材料消耗和产品质量上看，均处于世界先进水平。 1 . 1 .2苯胺的 危害 苯胺是一种重要的化工原料，同时还是一种严重污染环境和危害人体健康 的 物质，是一利 ， 具有 “ 致癌、 致畸、致突变”的三致物质。苯胺属苯的氨基化 合物，属高毒性物质，与血红蛋白结合成高铁血红蛋白，使之与氧的结合能力 下降，血红蛋白失去携氧能力，造成机体组织缺氧，引 起中枢神经系统、心血 管系统以及其他脏器的损伤。苯胺中毒时，还原型谷肮甘肤再生减少，致红细 胞功能异常、脆性增加，易造成溶血。长期与该类物质接触还可引起肝癌或膀 肤癌。苯肢可经皮肤、呼吸道进入人体， 在生产条件下经皮肤吸收是引起职业 中毒的主要途径，特别是当 环境温度、湿度增高时可促进皮肤吸收。苯胺中毒 主要表现为头晕、头痛、乏力、 恶心、呕吐、黄疽、发绪、气促、面色苍白， 严重者出现呼吸困难、 脉搏不规则、 步态不稳、 抽搐、昏迷， 如果不及时处理， 可导致死亡。可见，苯胺毒害之大，目前苯胺己被列入 “ 中国环境优先污染物 黑名单， :美国1 9 7 7 年公布的1 2 9 种环境优先污染物中也有苯胺。欧共体公布 的 “ 黑名单”中也含有苯胺。随着化工工业的发展，苯胺的需求呈明显上升趋 势，由 此进入环境的量也会越来越多， 对环境的毒害也会越来越大。如何减少 苯胺对环境的污染，己经逐渐引起了人们的关注。 1 .2苯胺的治理技术 苯胺废水的治理方法有物理法、化学法与生物法等，但基本上都处于研究 第一章环境中苯胺降解的研究现状 求增长率约为1 7 %， 远高出世界的平均水平， 2 0 0 5 年苯胺需求量将达5 0 4万吨。 自1 9 5 2 年，我国开始生产苯胺，上世纪8 0 年代末以前一直是卖方市场， 9 0年代初国内形成 “ 苯胺热” ，各地纷纷新建或扩建苯胺装置，苯胺生产发生 了很大的变化。目前我国苯胺生产厂家有2 0 多，总生产能力约为2 9 0 k t/ a ，总 产量约为1 8 0 k t / a . 2 0 世纪9 0 年代以 来， 我国苯胺的消费量一直保持稳定增长 的趋势，1 9 9 3 年我国苯胺的消费量约为1 0 0 k t ，比1 9 8 0 年增长了2 3 倍， 年均 增长率为1 1 . 8 %, 1 9 9 9 年我国苯胺的消费量为1 4 8 4 k t , 2 0 0 0 年达到1 7 7 9 k t i l . 我国苯胺从年耗、原材料消耗和产品质量上看，均处于世界先进水平。 1 . 1 .2苯胺的 危害 苯胺是一种重要的化工原料，同时还是一种严重污染环境和危害人体健康 的 物质，是一利 ， 具有 “ 致癌、 致畸、致突变”的三致物质。苯胺属苯的氨基化 合物，属高毒性物质，与血红蛋白结合成高铁血红蛋白，使之与氧的结合能力 下降，血红蛋白失去携氧能力，造成机体组织缺氧，引 起中枢神经系统、心血 管系统以及其他脏器的损伤。苯胺中毒时，还原型谷肮甘肤再生减少，致红细 胞功能异常、脆性增加，易造成溶血。长期与该类物质接触还可引起肝癌或膀 肤癌。苯肢可经皮肤、呼吸道进入人体， 在生产条件下经皮肤吸收是引起职业 中毒的主要途径，特别是当 环境温度、湿度增高时可促进皮肤吸收。苯胺中毒 主要表现为头晕、头痛、乏力、 恶心、呕吐、黄疽、发绪、气促、面色苍白， 严重者出现呼吸困难、 脉搏不规则、 步态不稳、 抽搐、昏迷， 如果不及时处理， 可导致死亡。可见，苯胺毒害之大，目前苯胺己被列入 “ 中国环境优先污染物 黑名单， :美国1 9 7 7 年公布的1 2 9 种环境优先污染物中也有苯胺。欧共体公布 的 “ 黑名单”中也含有苯胺。随着化工工业的发展，苯胺的需求呈明显上升趋 势，由 此进入环境的量也会越来越多， 对环境的毒害也会越来越大。如何减少 苯胺对环境的污染，己经逐渐引起了人们的关注。 1 .2苯胺的治理技术 苯胺废水的治理方法有物理法、化学法与生物法等，但基本上都处于研究 第一章环境中苯胺降解的研究现状 求增长率约为1 7 %， 远高出世界的平均水平， 2 0 0 5 年苯胺需求量将达5 0 4万吨。 自1 9 5 2 年，我国开始生产苯胺，上世纪8 0 年代末以前一直是卖方市场， 9 0年代初国内形成 “ 苯胺热” ，各地纷纷新建或扩建苯胺装置，苯胺生产发生 了很大的变化。目前我国苯胺生产厂家有2 0 多，总生产能力约为2 9 0 k t/ a ，总 产量约为1 8 0 k t / a . 2 0 世纪9 0 年代以 来， 我国苯胺的消费量一直保持稳定增长 的趋势，1 9 9 3 年我国苯胺的消费量约为1 0 0 k t ，比1 9 8 0 年增长了2 3 倍， 年均 增长率为1 1 . 8 %, 1 9 9 9 年我国苯胺的消费量为1 4 8 4 k t , 2 0 0 0 年达到1 7 7 9 k t i l . 我国苯胺从年耗、原材料消耗和产品质量上看，均处于世界先进水平。 1 . 1 .2苯胺的 危害 苯胺是一种重要的化工原料，同时还是一种严重污染环境和危害人体健康 的 物质，是一利 ， 具有 “ 致癌、 致畸、致突变”的三致物质。苯胺属苯的氨基化 合物，属高毒性物质，与血红蛋白结合成高铁血红蛋白，使之与氧的结合能力 下降，血红蛋白失去携氧能力，造成机体组织缺氧，引 起中枢神经系统、心血 管系统以及其他脏器的损伤。苯胺中毒时，还原型谷肮甘肤再生减少，致红细 胞功能异常、脆性增加，易造成溶血。长期与该类物质接触还可引起肝癌或膀 肤癌。苯肢可经皮肤、呼吸道进入人体， 在生产条件下经皮肤吸收是引起职业 中毒的主要途径，特别是当 环境温度、湿度增高时可促进皮肤吸收。苯胺中毒 主要表现为头晕、头痛、乏力、 恶心、呕吐、黄疽、发绪、气促、面色苍白， 严重者出现呼吸困难、 脉搏不规则、 步态不稳、 抽搐、昏迷， 如果不及时处理， 可导致死亡。可见，苯胺毒害之大，目前苯胺己被列入 “ 中国环境优先污染物 黑名单， :美国1 9 7 7 年公布的1 2 9 种环境优先污染物中也有苯胺。欧共体公布 的 “ 黑名单”中也含有苯胺。随着化工工业的发展，苯胺的需求呈明显上升趋 势，由 此进入环境的量也会越来越多， 对环境的毒害也会越来越大。如何减少 苯胺对环境的污染，己经逐渐引起了人们的关注。 1 .2苯胺的治理技术 苯胺废水的治理方法有物理法、化学法与生物法等，但基本上都处于研究 第一章环境中苯胺降解的研究现状 的起步阶段。与传统的物理法、化学法相比，生物法具有设备简单、运行费用 低、较少形成二次污染等优点，尤其在处理毒性较大的有机污染物时更显出其 经济性。大量的研究表明，生物法潜力巨大，是环境污染治理和环境自然恢复 的理想方法。 1 .2 . 1 物理法与化学法 目前利用的物理法主要有吸附法与萃取法。吸附是采用吸附材料处理苯胺 废水的 方 法， 具 有可回收苯 胺再 利 用、 吸附剂可重复 利用等 特点 【4 - 8 1 。 萃取是 采 用与水互不相溶但能溶解污染物的溶剂作萃取剂， 使其与废水充分混合接触后， 利用污染物在水中和溶剂中不同的分配比分离和提取污染物的一种废水净化方 法9 , 1 0 1 化学 法， 目 前主 要利用高级 氧化技术， 如 光催化氧 化法 ， 、 超临界氧化法、 二 氧化氯 氧化法 1 2 , 1 3 1 、 超声波降 解法二电 化学降 解法 l4 ,1 5 、臭氧 和光 催化联合 降 解法 1 6 等。 1 . 2 . 2 生物法 生物法，主要是利用自 然环境中微生物的生物化学作用分解废水中的有机 物和无机毒物 ( 如氰化物、 硫化物) ， 使之转化为无机物或无毒物的一种水处理 方法。生物技术在处理环境污染方面具有速度快、 消耗低、效率高、成本低， 反应条件温和以及无二次污染等显著优点，加之该技术开发所预示的广阔的市 场，受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视。 芳香族化合物是一类很重要的环境污染物，它的难降解性使其成为生物降 解研究的重点。芳香族化合物种类很多，其生物降解途径也有多种.并且会随 着环 境的 变化 ( 例如p h值、 温度、 其 他化学物质的 存在等) 而不同。 研究发 现，该类污染物的降解途径有一定的共性，例如轻基化，加氧酶裂解和去核反 应等。 从理论上 讲，芳香族化合物无论在厌氧，好氧环境中都能被完全矿化， 只是好氧条件下转化为c 0 2 和h 2 o等， 厌氧条件下转化为c h 4 , c 0 2 等， 但是， 完全的降 解需要很长的时间和适宜的条件。 环境中 苯胶的降解也一样，也正因 第一章环境中苯胺降解的研究现状 的起步阶段。与传统的物理法、化学法相比，生物法具有设备简单、运行费用 低、较少形成二次污染等优点，尤其在处理毒性较大的有机污染物时更显出其 经济性。大量的研究表明，生物法潜力巨大，是环境污染治理和环境自然恢复 的理想方法。 1 .2 . 1 物理法与化学法 目前利用的物理法主要有吸附法与萃取法。吸附是采用吸附材料处理苯胺 废水的 方 法， 具 有可回收苯 胺再 利 用、 吸附剂可重复 利用等 特点 【4 - 8 1 。 萃取是 采 用与水互不相溶但能溶解污染物的溶剂作萃取剂， 使其与废水充分混合接触后， 利用污染物在水中和溶剂中不同的分配比分离和提取污染物的一种废水净化方 法9 , 1 0 1 化学 法， 目 前主 要利用高级 氧化技术， 如 光催化氧 化法 ， 、 超临界氧化法、 二 氧化氯 氧化法 1 2 , 1 3 1 、 超声波降 解法二电 化学降 解法 l4 ,1 5 、臭氧 和光 催化联合 降 解法 1 6 等。 1 . 2 . 2 生物法 生物法，主要是利用自 然环境中微生物的生物化学作用分解废水中的有机 物和无机毒物 ( 如氰化物、 硫化物) ， 使之转化为无机物或无毒物的一种水处理 方法。生物技术在处理环境污染方面具有速度快、 消耗低、效率高、成本低， 反应条件温和以及无二次污染等显著优点，加之该技术开发所预示的广阔的市 场，受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视。 芳香族化合物是一类很重要的环境污染物，它的难降解性使其成为生物降 解研究的重点。芳香族化合物种类很多，其生物降解途径也有多种.并且会随 着环 境的 变化 ( 例如p h值、 温度、 其 他化学物质的 存在等) 而不同。 研究发 现，该类污染物的降解途径有一定的共性，例如轻基化，加氧酶裂解和去核反 应等。 从理论上 讲，芳香族化合物无论在厌氧，好氧环境中都能被完全矿化， 只是好氧条件下转化为c 0 2 和h 2 o等， 厌氧条件下转化为c h 4 , c 0 2 等， 但是， 完全的降 解需要很长的时间和适宜的条件。 环境中 苯胶的降解也一样，也正因 第一章环境中苯胺降解的研究现状 的起步阶段。与传统的物理法、化学法相比，生物法具有设备简单、运行费用 低、较少形成二次污染等优点，尤其在处理毒性较大的有机污染物时更显出其 经济性。大量的研究表明，生物法潜力巨大，是环境污染治理和环境自然恢复 的理想方法。 1 .2 . 1 物理法与化学法 目前利用的物理法主要有吸附法与萃取法。吸附是采用吸附材料处理苯胺 废水的 方 法， 具 有可回收苯 胺再 利 用、 吸附剂可重复 利用等 特点 【4 - 8 1 。 萃取是 采 用与水互不相溶但能溶解污染物的溶剂作萃取剂， 使其与废水充分混合接触后， 利用污染物在水中和溶剂中不同的分配比分离和提取污染物的一种废水净化方 法9 , 1 0 1 化学 法， 目 前主 要利用高级 氧化技术， 如 光催化氧 化法 ， 、 超临界氧化法、 二 氧化氯 氧化法 1 2 , 1 3 1 、 超声波降 解法二电 化学降 解法 l4 ,1 5 、臭氧 和光 催化联合 降 解法 1 6 等。 1 . 2 . 2 生物法 生物法，主要是利用自 然环境中微生物的生物化学作用分解废水中的有机 物和无机毒物 ( 如氰化物、 硫化物) ， 使之转化为无机物或无毒物的一种水处理 方法。生物技术在处理环境污染方面具有速度快、 消耗低、效率高、成本低， 反应条件温和以及无二次污染等显著优点，加之该技术开发所预示的广阔的市 场，受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视。 芳香族化合物是一类很重要的环境污染物，它的难降解性使其成为生物降 解研究的重点。芳香族化合物种类很多，其生物降解途径也有多种.并且会随 着环 境的 变化 ( 例如p h值、 温度、 其 他化学物质的 存在等) 而不同。 研究发 现，该类污染物的降解途径有一定的共性，例如轻基化，加氧酶裂解和去核反 应等。 从理论上 讲，芳香族化合物无论在厌氧，好氧环境中都能被完全矿化， 只是好氧条件下转化为c 0 2 和h 2 o等， 厌氧条件下转化为c h 4 , c 0 2 等， 但是， 完全的降 解需要很长的时间和适宜的条件。 环境中 苯胶的降解也一样，也正因 第一章环境中苯胺降解的研究现状 如此研究如何提高苯胺降解效率，已成人们关注的问题。 高效专属菌种的筛选、分离与富集是提高苯胺降解效率的有效途径之。 赵启美等 1 7 从丹阳染料厂污水排放口中 筛选出黄杆菌属( f l a c o b a c t e r iu m s p .) . 假单 胞菌 属( p s e u d o n o n a s s p ) 和不动细菌 属叼 c i n e r o b a c t e r s p . ) =类苯 胺降 解菌。 三 个 菌 株 对 苯 胺 都 有 较强的 降 解能 力， 其中f la c o b a c te r i u m sp . 和a c i n e r o b a c t e r s p . 在2 4 h 对1 0 0 m g / l 苯 胺的去除 率 达7 0 % 以 上。 三种菌 株组 成的 混 合菌 对苯 脸 的去除效果优于单一菌株，尤其当苯胺质量浓度升高时，混合菌在降解量、降 解率以及抗苯胺毒性冲击等方面均具有优势，这是因为混合菌酶系含量丰富， 为 对方提供生长所需的条件或消除对方代谢的障碍， 使污染物的降解更加顺利。 任源等1 8 从某药厂下水道活性污泥中筛选出 专性高效苯胺降解菌人苍白 杆菌 ( o c h r o b a c t r u m a n t h r o p i ) ， 研究发现当 苯 胺的 初始 质量 浓度低于8 0 0 m g / l 时， 苯 胺的降 解速率随 质量浓度增加而加快， 高 于1 0 0 0 m g / l 时则表现出 抑制作 用， 降 解过程随着苯胺质量浓度的降低，反应液的 c o d也随之降低，从而消除了污 染。 刘志培 1 9 1 等从活性污泥中分离得到一株食酸从毛胞菌 a n 3 ( c o m a m o n a s a c id o v o r a n s ) ， 它能以 苯胺为 唯 一 碳 源、 氮 源和能 源生长。 苯 胺的 最高 可 降 解 质 量 浓度为5 0 0 0 m 叭 以 上，当 苯 胺浓度为2 0 0 0 m g / l 左右时， 经3 d 的 培 养即 被 彻底降 解。 苗艳芳12 0 ) 等人从成都印染厂的废水中驯化， 筛选得到一株高效苯胺 降解菌。经鉴定，该菌为假单胞菌属( p s e u d o m o n a s ) ，可在苯胺浓度低于 5 0 0 0 m g / l 的 基础培养基上生长。 该菌 株利用苯 胺的 最适温度为3 0 0c ， 最 适p h 为7 . 0 。该菌株还可以利用对氨基苯甲酸，但不能利用其他取代类苯胺化合物。 李尔场等2 ) 报道了从自 然界分离的一株能以 苯胺为唯一氮源和碳源、 同时降 解 苯胺的节杆菌 ( a r t h r o b a r ) ，该菌降 解苯胺的 最高浓度为2 0 4 4 m g / l 。 该菌株降 解 苯胺的 最 适p h和温 度分别为7 .0 和3 0 0c ， 最 适苯胺 浓度为1 0 2 2 m g / l ， 在此 条 件下， 4 8 h 苯 胺的 降 解率可 达9 4 .7 % 。 王 连生 等12 2 1采用优 势菌 一活 性污泥 组 合工艺降 解苯胺废水， 在接种量为2 % 时， 培养1 6 h ， 可使初始浓度为2 2 0 0 m g / l 的 苯 胺降 解9 7 .4 % 。 对于 进水c o d在5 0 0 - 1 0 0 0 m g / l ， 苯胺浓度在2 8 0 - 5 1 0 m g / l 的废水， 经优势菌 一活性污泥组合工艺进行处理， c o d去除率为8 5 % - 9 5 %, 苯 胺去除 率 可达9 9 . 5 % 以 上。 古 杏红 等 2 3 1 采用 厌氧水解一 生物接触氧化法处 理 苯 第一章环境中苯胺降解的研究现状 胺类化工废水， 并在生物接触氧化池中引入苯胺特效降解菌s t r - n i 丁 r o 。 结果 表明:该工艺厌氧段能增强系统耐冲击负荷能力，并有效地提高废水的可生化 性; s t r - n i t r o菌能有效地去除废水中的苯胺; 当 进水c o d平均6 1 7 .5 m g / l , n h 3 - n 4 5 .o m g / l 、 苯胺2 5 .8 m g / l的条件下， 出 水c o d平均达8 7 . 2 m g / l , n h 3 - n 9 .9 m g / l 、 苯 胺0 .5 6 m g / l ， 去 除 率 分别 为8 5 .9 % , 7 8 % , 9 7 .8 % . g it i e m t i a z i 等 首次报道了 用快速增长的真菌镰刀霉 c f u s a r i u m ) 和根霉 ( r h iz o p u s )降解苯 胺及其衍生物的研究， 这两种菌可以 苯胺作为唯一的氮源和碳源。 h y u n g y e e k a h n 扩 4 喀人 还 发 现了 一 种 新 的 苯 胺 降 解 菌h y 9 9 该 菌 在 有 氧 和 无 氧的 条 件 下 均能降解苯胺。 1 .3苯胺生物降解 资料表明， 无论是饱气带土壤中或是埋藏不深的浅水中、甚至地下 l o o m 或更大深度的地下水中， 都有微生物在活动， 而且在零下几十度和零上8 59 0 0c 的不同温度的地下水中微生物都能繁殖。微生物的种类包括细菌、放线菌、真 菌和寄生虫。它们能利用有机物作为微生物的碳源和能源，微生物在降解有机 物的同时，其群体密度亦在增大。 根据环境条件及碳源的提供方式，苯胺的生 物降解可以大致分为好氧生物降解、厌氧生物降解和共代谢降解。 1 . 3 . 1 好氧降解 污染物质自 污染源排放入环境中， 一般首先要进入有氧的环境中， 进行其 在环境中的第一个过程迁移和转化。生物体内 代谢过程中一个很重要的过程是 生物氧化， 体内能量的来源基本上是代谢物质 ( 如蛋白 质，糖，脂肪等)的不 断被氧化。虽然生物体内还有其他方式可以产生能量，如水解，发酵等反应， 但生 物体内的氧化是最主要、 最重要的能量供应方式。 生物体通过吸0 z ， 为体 内的生物氧化提供电子受体，经过一系列的电子传递过程将有机物氧化形成 c o z ，生物体再将 c 0 2 排出 体外。 一个代谢过程包括以 氧为电子受体的生物氧 化过程， 则这种代谢便是好氧降解。 好氧降 解不是每一个过程都需要氧的参与， 而只是电子传递的最终的电子受体是氧。就微生物而言，也存在着无氧氧化的 第一章环境中苯胺降解的研究现状 胺类化工废水， 并在生物接触氧化池中引入苯胺特效降解菌s t r - n i 丁 r o 。 结果 表明:该工艺厌氧段能增强系统耐冲击负荷能力，并有效地提高废水的可生化 性; s t r - n i t r o菌能有效地去除废水中的苯胺; 当 进水c o d平均6 1 7 .5 m g / l , n h 3 - n 4 5 .o m g / l 、 苯胺2 5 .8 m g / l的条件下， 出 水c o d平均达8 7 . 2 m g / l , n h 3 - n 9 .9 m g / l 、 苯 胺0 .5 6 m g / l ， 去 除 率 分别 为8 5 .9 % , 7 8 % , 9 7 .8 % . g it i e m t i a z i 等 首次报道了 用快速增长的真菌镰刀霉 c f u s a r i u m ) 和根霉 ( r h iz o p u s )降解苯 胺及其衍生物的研究， 这两种菌可以 苯胺作为唯一的氮源和碳源。 h y u n g y e e k a h n 扩 4 喀人 还 发 现了 一 种 新 的 苯 胺 降 解 菌h y 9 9 该 菌 在 有 氧 和 无 氧的 条 件 下 均能降解苯胺。 1 .3苯胺生物降解 资料表明， 无论是饱气带土壤中或是埋藏不深的浅水中、甚至地下 l o o m 或更大深度的地下水中， 都有微生物在活动， 而且在零下几十度和零上8 59 0 0c 的不同温度的地下水中微生物都能繁殖。微生物的种类包括细菌、放线菌、真 菌和寄生虫。它们能利用有机物作为微生物的碳源和能源，微生物在降解有机 物的同时，其群体密度亦在增大。 根据环境条件及碳源的提供方式，苯胺的生 物降解可以大致分为好氧生物降解、厌氧生物降解和共代谢降解