（环境工程专业论文）好氧颗粒污泥及其高效菌株降解氯苯胺的试验研究.pdf

浙江工业大学 学位论文原创性声明 1 l 1 1 f 1 1 1 1 1 i l 1 1 l i i y 17 7 617 6 本人郑重声明 所提交的学位论文是本人在导师的指导下 独立进行 研究工作所取得的研究成果 除文中已经加以标注引用的内容外 本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料 对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人承担本声明的 法律责任 作者签名 日期 k p 年 岁月专f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文 被查阅和借阅 本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文 本学位论文属于 l 保密口 在 年解密后适用本授权书 2 不保密吼 请在以上相应方框内打 作者签名 导师签名2 眵z 日期 y 卜年 日期 僻 j 月 3f 日 r 月孑 日 浙江工业大学硕士研究生学位论文 好氧颗粒污泥及其高效菌株降解 氯苯胺的试验研究 摘要 本研究以絮状活性污泥为接种污泥 氯苯胺类混合物为目标污染 物 通过运行参数调控 在s b r 反应器中成功实现好氧污泥颗粒化 扫描电镜观察表明 成熟颗粒污泥表面微生物群落主要以短杆菌和球 菌为主 反应器内完全颗粒化后 进水氯苯胺混合物浓度为4 0 0 m g l 成熟好氧颗粒污泥对2 c a 3 c a 和4 c a 的去除率分别趋于8 5 1 0 0 和l o o t o c 去除率达8 0 以上 c l 脱除率为8 3 表明好 氧颗粒污泥体系对氯苯胺类混合物具备较高的降解率和矿化率 体系 对氯苯胺类混合物最高耐受浓度为8 0 0 m g l 反应器宏观稳定运行阶段的p c r d g g e 指纹图表明 对氯苯胺类 物质有高效降解性能的好氧颗粒污泥体系具有丰富 稳定的微生物种 群结构 克隆测序结果表明 降解氯苯胺的好氧污泥颗粒化过程中反 应器内主要优势菌群分别属于r 口b 幻 z 肠 风e 如m d 玎鲫 彳c f 如c e 砌 d 妒刀a l 勿 竹口行z d z j 么c f c 幻m d 麟等 从稳定运行的颗粒污泥体系中选育到一株氯苯胺高效降解菌h 1 根据生理生化特征 1 6 sr d n a 序列和b i 0 1 0 9 等鉴定手段 可确定菌 株属于d p 驴砌种属 其为新发现的具有同时降解氯苯胺类混合污染物 能力的新菌株 菌株h 1 降解氯苯胺的最适生长温度为3 0 最佳p h 值为7 y e 的添加对菌株生长和氯苯胺降解有明显促进作用 并且 t 浙江工业大学硕士研究生学位论文 的浓度越高 促进作用越明显 在底物中添加柠檬酸和琥珀酸能 提高菌株h l 的生长速率及对氯苯胺的降解速率 而添加 凰c l 作为 第二氮源 菌株的生长受到抑制 对氯苯胺的降解速率有所下降 当 苯胺做为第二碳源时 对氯苯胺的降解存在明显的抑制作用 菌株h l 对3 c a 和4 c a 有较好的降解效果 最高耐受浓度均能达到6 0 0 m g l 而对2 c a 最高耐受浓度为1 0 0 m j 暨 l 菌株对氯苯胺混合底物降解过 程中 体系中c l 加 n 及n 0 3 的释放量与降解同步 底物完全降 解后 c 1 的释放量接近理论释放量 表明菌株h 1 对氯苯胺类化合物 有较高的降解性能和矿化程度 同时 t o c 仃o c o 及c 0 2 浓度的变化 也进一步表明菌株对氯苯胺类物质降解较彻底 菌株 h l 降解氯苯胺 过程中碳平衡初步实验结果表明 当氯苯胺类化合物被完全降解时 碳的再生率基本都能达到8 5 以上 底物中的碳转化成c 0 2 及生物质 反应过程中碳基本守恒 进一步表明该菌株对氯苯胺类混合污染物较 高的矿化度 菌株对氯苯胺类混合物的降解模式研究表明 菌株h 1 对2 c a 的 降解速率明显低于其他两类氯苯胺 降解先后顺序为 3 c 纠 c a 2 c a 菌株h 1 对单一氯苯胺类化合物的降解动力学过 程符合a n d r e w 模型 菌株对混合底物的降解过程符合s p 模型 在 混合体系中 3 一c a 和4 一c a 之间存在一定抑制作用 而3 c a 和4 c a 的存在对2 一c a 的降解存在促进作用 但2 c a 对3 c a 和4 c a 的降 解存在轻微抑制作用 上述拟合结果与其降解特性结果相一致 菌株 h 1 降解氯苯胺类化合物的衰亡系数符合下述规律 2 一c a 4 一c a 浙江工业大学硕士研究生学位论文 2 c a 3 一c a 4 一c i a 2 一c a 十3 一c a 4 c a 3 一c a 十4 一c a 3 c a 产率系数 3 c a 3 c a 十4 c a 2 c a 3 c a 4 一c a 4 一c a 2 一c a 3 c a 2 一c a 4 一c a 也表明了菌株对氯苯胺类化合物降解的难易程度 h 1 降解氯苯胺类化合物具有较高的邻苯二酚1 2 双加氧酶 c 1 2 0 和氯代邻苯二酚1 2 双加氧酶 c c l 2 0 活性 邻苯二酚2 3 双加氧酶 c 2 3 0 和氯代邻苯二酚2 3 双加氧酶 c c 2 3 0 活性可忽略不计 可推 测 菌株h 1 降解氯苯胺类化合物可能主要通过修饰邻位开环裂解途 径 关键词 氯苯胺 混合污染物 生物降解 好氧颗粒污泥 高效 降解菌 d e 珈泐 i 浙江工业大学硕士研究生学位论文 s t u d yo nc h l o r o a n i l i n er e m o v a lb ya e r o b i c g r a u l e sa n dh i g h e f f i c i e n c y c h l o r o a n i l i n e d e g r a d i n gs t rai n s a b s t r c t a e r 而i cg r 觚m a rs l u d g ew a ss l l c c e s s m l l yd e v e l o p e di 1 1as e q u e n c i n g ba t c hr e a t o r s b r w i mn o c c u l e n ta c t i v a t e ds l u 垮ea st h es e e d i n gs l u d g e a 1 1 dc a sa sas o l ec 砷o na n dn i 仃d g e ns o u r c e sv i a c o n 仃d 1 1 i n gm e o p e r a t i o np a r 黝e t e r s s e mo b s e r v a t i o ni n d i ca t e st h a tt h em 撕鹏g r a n l l l e s c o n s i s t e do faw i d ev a r i e 够o fb a c t e r i a m a i n l yi n c l u d i n gb r e v i b a c t e r i 姗 2 1 1 1 dc o c c i 一1 王k eb a c t e r i l l i n a r e rm e 鲫l u l a t i o n t h ei i l f l u e n tc o n c e n 订a t i o n o fc a sw a si n c r e a s e dt o4 0 0 n 虮 t h er e n l o v a le m c i e n c i e so f 2 c a 3 c a 4 一c aa n dt o cb yt h ea e r o b i cg r a n u l es y s t e mw e r ec l o s et o8 5 1 0 0 1o o a n do v e r8 0 r e s p e c t i v e l y c h l o r i d ea n i o nr e m o v a l u pt o8 3 w a s a c h i e v e d i n d i c a t i i l g a e r o b i c 铲a n u l e sp o s s e s s e dh i g hr e m o v a la n d l i l i n e r a l i z a t i o ne 衔c i e n c i e so nc ac o m p o u i l d s t h i s s y s t e m c o u l d e 疏c t i v e l yd e g r a d ec a s a sh i 曲a s8 0 0 m 星皿 p c r d g g ef i n g e 印r i n t si n d i c a t e dt h a tt h e h i g h e f i c i e n c ya e r o b i c g r a m l l e sw e r ei n h a b i t e db yaw i d es p e c t n m lo fb a c t e r i a ls p e c i e sw i t h s 协l ec o m m u l l 毋s 饥l c t l 鹏 n gt h e s t a b l e o p e r a t i o np e r i o d t h e s e q u e n c i n gr e s u l t ss h o w e dt h a tt l l ed o i n 2 i n to 唱a n i s m sr e s p o n s i b l ef o r 浙江工业大学硕士研究生学位论文 c a sd e 伊a d a t i o nc l o s e l yr e l a t e dt o 尺口西幻以砌 风例如胁d 刀鲫 彳c f 如 砌 z 涉p 妇 c d m 口聊d 淞a n d 么c 谢d v d 獬 an o v e lb a c t e r i a ls 仃a i n h 1 a b l et od e 铲a d e2 一 3 一 a n d4 c a c o m p o u n d sw a si s o l a t e d 舶mac a d e 铲a d i n gt h ed e v e l o p e da e r o b i c 铲a n u l e s b a s e do n 锄m y s i so f 1 es 乜 a i n sm o 印h o l o g i c a lc 1 1 a r a c t e r i s t i c s p h y s i o l o g i c a la 1 1 db i o c h e i i l i c a lc h a r a c t 耐s t i c s l 6 sr d n as e q u e n c e sa n d 廿l eb i 0 1 0 9i d e n t i f i c a t i o n 恤ss 乜a i nw a si d e m i f i e da sd p 跏 临c hw a s p o s s i b l yan e s p e c i e sa b l et 0d e g r a d e2 一 3 一 a i l d4 一c ac o r n p o u i l d s t h e o p 血n a lc o n d i t i o n sf o r 1 eg r o w t ho ft l l e s 仃a i l lw e r ea t3 0 a 1 1 dp h7 o y e a s te x 仃a c tc o u l d r e l m 伙a b l yp r o m o t et h e g r o 硎l a i l d c h l o r o 砌1 i n e d e 铲a 胁i o nr a t eo fh 1 h la d d i t i o n a n 妣r e a s i n gg r o w t l l r a t eo fh1w a sr e c o r d e dw i t ht h ei n c r e a s i i 坞a d d i t i o no fy ei i lt h ec u l t u r e s t h ea d d i t i o n so fc i 仃a t co rs u c c i n a t e 印p e a r e dt oa c c e l e r a t es 仃a i l lg r o w t h r a t ea 1 1 dc a sd e g r a d a t i o n i l lc o n 仃a s t n h 4 c la n da n i l i i l e s 缸 o n g l y i n h i b i t e d 廿1 ec a sd e g r a d a t i o n 3 一c aa n d4 一c ac o u l db ed e g r a d e d e 衔c i e n t l yb yh 1w h e nm e i rc o n c e n 仃a t i o n sw e r el o w e rt 1 1 a n6 0 0 m g l w r h i l e2 一c a t o l e r a i l c ec o n c e 曲眦i o ni so n l ylo o m g lt ot h eh 1 f o l l o w i i 冯 c ac o n s u i n p t i o n c h l o r i d ea n i o n n h 4 na 1 1 dn 0 3 w e r er e l e a s e d s i m u l t a l l e o u s l y a n d s t o i c h e i i l i c a l l y t oc ad e g r a d a t i o n蛳n gm e d e g r a d a t i o n 7 nc ac o n l p o u n d sw e r ed e g r a d e de f 诧c t i v e l y c 1 1 1 0 r i d e a n i o nc o n c e n t r a t i o nw a u sc l o s et om et h e o r e t i c a lc o n c e n t r a t i o n i n d i c a t i i l g h 1 p o s s e s s e dh i 曲r e m o v a la i l d r n j n e r a l i z a t i o ne m c i e n c i e so nc a v 浙江工业大学硕士研究生学位论文 c o h l p o 眦1 d s a tm es a i n et 硫e m ec h a n g e so f t o c t o c 0a n dc a r b o n d i o x i d ec o n c e n t r a t i o na l s os h o wt h a tm es 旬r a i l lh lc o u l dd e g r a d e dc 八s c o m p l e t e l y c a r b o nb a l a i l c ei l l u s t r a t e d t h a tt h ec a r b o nr e c o v e 巧r a t eo f m o r et h a n8 5 w a so b t a i n e dw h e nc a sw e r eb i o d e g r a d e dc o m p l e t e l y i 1 1 d i c a t m ga l lc o m p o n e n t so fm em i m 瑚ew e r es i l i m l 切n e o u s l yd e g r a d e d a l l d 矗l n b e rm n e r a l i z e do ri i l c o 印o r a t e di i l t oc e l l sb yt h i si s 0 1 a t e t h eu t i l i z a t i o np a t t e m so fc a c o m p o u n d si 1 1am i x t u r es h o w e d t l l a t h1h a d1 1 i g hr e m o v a le m c i e n c yf o r3 一c aa n d4 一c at 1 1 a n 也a tf o r2 一c a t h eb i o d e g r a 枷o nr a t eo ft h e s ec o m p o 眦1 d sw a s3 一c a 4 一c a 2 一c a t h e d e g r a d i n gp r o c e s so fs i n g l e s u b s t r a t e sb ys 舰i nh 1f o 1 0 w e da n d r e w l i n e t i cm o d e l i nr n u l t i p l e s u b s t r a t es t l l d i e s m ed e g r a d i n gp r o c e s so fc a s b yt 1 1 e s 仃a i nf o l l o w e dm es k pk 血e t i cm o d e l m e n3 一c aa n d4 一c a c o e i s t e d c o m p e t i t i o ni l l l l i b i t i o ni i l t e r a c t i o n sw e r e0 b s e r v e d m e a 姗m i l e t h ep r e s e n c eo f3 一c a 趾d4 一c ah a da l le n h 锄c i n ge 虢c to n2 一c a d e g r a d a t i o n i i lc o n 仃a s t 2 一c a 喇拍i t e das l i g h t l yi n h i b i t o 巧e 艉c t0 n 3 c aa n d4 一c aw r h e nt l l e ye x i s t e da sa 皿 她e n l ed e c a yc o d f f i c i e n t s a n dy i e l dc o d m c i e mo fc a d e g r a d a t i o nb yh 1i na up o s s i b l ec o n l b i n a t i o n f 0 1 l o w e dt h ef 0 1 l o w i n go r d e r s 2 一c a 4 一c a 2 一c a 3 一c a 4 一c a 2 一c a 3 c a 十4 c a 3 c a 4 一c a 3 一c a 3 一c a 3 一c a 4 一c a 2 一c a 十3 一c a 4 一c a 4 一c a 2 一c a 3 一c a 2 一c a 4 一c a r e s p e c t i v e l y t bi r e s t i g a t ew m c hd e 铲a d a t i o np a t 王1 w a y sa r er e s p o n s i b l ef o r 也e d e g r a d a t i o no fc ac o m p 叭m d sb yt h es 舰i nh 1 m ee n z y m e si n v o l v e di n 浙江工业大学硕士研究生学位论文 t h e 朋g 纫 d 历d a i l di n o d 湎e dd 砌d c l e a v a g ep a t h w a y sw e r ed e t e r m i n e d i nc m d ee x 仃a c t sp r e p a r e d 丘 o mc e l l s 粤 o w no ns i n g l ec ac o m p o u l l d so ra i i l i x t u r e f o ra l lt h ee x 缸a c t sm a d eo fc e l l s 孕d no nc ac o m p o u n d s l e a c t i v i t i e so fc12 0 c a t e c h o l l 2 一d i o y g e n a s e a i l dc cl2 0 c h l o r o c a t e c h o l 1 2 一d i o x y g e n a s e i n v o l v e di nt h ed 砌d c l e a v a g ep 撕1 w a ya i l dm o d i f i e d d 娩d c l e a v a g ep 砒w a yw e r es i 盟i 6 c a n t l y1 1 i 9 1 1 砌1 et l l ea c 捌t i e so f t l l e e n z y m e s o f m p 纽一c l e a v a g e p a t l l w a yi n c l u d m g c 2 3 0 c a t e c h 0 1 2 3 一d i o x y g e n a s e a i l dc c 2 3 0 c l l l o r o c a t e c h o l2 3 一d i o x y g e n a s e w o u l db e n e g l i g i b l eu i l d e r 廿1 es i r l l i l a rc o 删t i o n s 1 1 1 e s er e s u l t si l l d i c a t et l 蚍c a s w e r em e t a b o l i z e db yhl m a i l l l y 咖 o u 曲d r 觑d c l e a v a g e 锄dm o d i f i e d d 厂历d c l e a v a g ep a t h w a y s k e yw o r d s c h l o r o 砌l 妣 而x e dp 0 1 1 1 l 切n t s b i o d e g r a d a t i o n a e r o b i cg r a 吣l e m i c r o b i a ls 仃a i n z 沦驴切 v 浙江工业大学硕士研究生学位论文 目录 第一章绪论 l 1 1 氯苯胺的物理化学性质 1 1 2 氯苯胺的应用及危害 2 1 2 1 氯苯胺的主要来源及污染情况 2 1 2 2 氯苯胺的危害 2 1 3 氯苯胺的污染治理技术研究进展 3 1 3 1 物理法 3 1 3 2 化学法 3 1 3 3 生物降解技术 5 1 4 好氧颗粒污泥技术研究进展 8 1 4 1 好氧颗粒污泥的特性 9 1 4 2 好氧颗粒污泥形成机理 1 1 1 4 3 好氧颗粒污泥形成的影响因素 1 2 1 4 4 好氧颗粒污泥技术应用 16 1 5 课题研究意义和内容 1 9 1 5 1 课题研究意义 1 9 1 5 2 课题研究内容 2 0 1 5 3 课题创新之处 2 1 1 5 4 课题来源 2 1 第二章材料与分析方法 2 2 2 1 材料与分析方法 2 2 2 1 1 实验装置与流程 2 2 2 1 2 实验废水与接种污泥 2 2 2 1 3 实验药品 2 3 2 1 4 实验仪器 2 4 2 2 分析方法 2 5 v 浙江工业大学硕士研究生学位论文 2 3 污泥驯化及其序批实验 2 5 2 3 1 污泥驯化 2 5 2 3 2 序批实验 2 5 2 4 颗粒污泥特性分析 2 6 2 5 污泥内微生物种群结构分析 2 7 2 6 菌株分离纯化及其降解特性分析实验 2 9 2 6 1 菌株分离纯化 2 9 2 6 2 菌株降解氯苯胺影响因素的考察 2 9 2 6 3 第二碳源对菌株生长和降解氯苯胺的影响 3 0 2 6 4 菌株降解不同浓度氯苯胺的实验研究 3 0 2 6 5 邻苯二酚双加氧酶的测定 3 0 2 7 菌种鉴定 31 2 7 1b i o l o g 分析 3l 2 7 21 6 sr d n a 序列鉴定及系统发育树建立 3 2 第三章好氧颗粒污泥的培养及基本特性研究 3 3 3 1 降解氯苯胺类s b r 反应器启动与运行 3 3 3 2 好氧颗粒污泥基本特性 3 3 3 2 1 粒径分布 3 3 3 2 2 颗粒污泥沉降性能及浓度变化 3 5 3 2 3 微生物相观察 3 5 3 3 好氧颗粒污泥的生物降解效果 3 6 3 3 1 氯苯胺的生物降解效果 3 6 3 3 2 一个运行周期内氯苯胺 t o c c 1 时 n 及n 0 3 变化规律 3 9 3 4 氯苯胺类混合物的降解模式 4 l 3 5 微生物群落分析 4 3 3 5 1 基因组d n a 的提取和1 6 s r d n av 3 区扩增 4 3 3 5 2 稳定运行状态下微生物群落分析 4 4 3 5 3 不同进水负荷的微生物群落结构分析 4 6 3 5 4 微生物种群多样性分析 4 7 浙江工业大学硕士研究生学位论文 3 6 本章小结 4 9 第四章高效菌株鉴定及降解特征研究 5 0 4 1 氯苯胺高效降解菌株的选育 5 0 4 2 氯苯胺高效降解菌株的鉴定 5 0 4 2 1 菌株的形态特征 5 0 4 2 2 菌株的1 6 sr d n a 序列分析及其系统发育树的建立 5 l 4 2 3b i o l o g 鉴定结果 5 2 4 3 菌株对氯苯胺的降解特性 5 4 4 3 1 温度对菌株降解特性的影响 5 4 4 3 2p h 对菌株降解特性的影响 5 4 4 3 3 酵母浸出液对菌株生长和降解效果的影响 5 5 4 3 4 附加碳源和氮源对菌株生长和降解效果的影响 5 8 4 4 菌株对氯苯胺类化合物的降解模式 6 0 4 4 1 菌株对不同浓度氯苯胺的降解影响 6 0 4 4 2 菌株对氯苯胺类化合物的降解模式 6 2 4 4 3 菌株对氯苯胺混合底物的降解情况 6 2 4 5 菌株h l 降解氯苯胺的碳平衡分析 6 3 4 6 菌株h l 相关酶活测定 6 5 4 7 本章小结 6 6 第五章菌株降解氯苯胺的动力学行为研究 6 8 5 1 菌株h l 降解氯苯胺的动力学 6 8 5 1 1 菌株对单一氯苯胺的降解 6 9 5 1 2 菌株对混合氯苯胺类化合物的降解 6 9 5 2 菌株h l 的衰亡系数和产率系数 7 l 5 2 1 衰亡系数 7 l 5 2 2 产率系数 7 4 5 3 本章小结 7 6 第六章结论与建议 7 7 x 浙江工业大学硕士研究生学位论文 6 1 结论 7 7 6 2 建议 7 9 参考文献 8 0 致谢 9 3 攻读学位期间发表的学术论文目录 9 4 浙江工业大学硕士研究生学位论文 英文缩写英文全称 2 c a 3 c a 4 c a c o d s b r t 坦l s s m l v s s s t o c d n a p c r d g g e 2 c l d o r o a l l i l i i 圯 4 c l d o r o a i l i l i i 圮 符号说明 中文全称 邻氯苯胺 间氯苯胺 对氯苯胺 化学需氧量 s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t i d r序批式反应器 m i x e d l i q u i ds u s p e n d e ds o l i d混合液悬浮固体 m i x e dl i 州dv 0 l a t i l es u s p e n d e ds o l i d 混合液挥发性悬浮固体 s l u d g ev o l 啪ei n d e x 污泥体积指数 d e o x y 衲o n u c l e i ca c i d脱氧核糖核酸 p o l y m e r a s ec l l a i nr e a c t i o n聚合酶链反应 d e n a t u l 血gg r a d i e n tg c le l e c 仃o p h o r e s i s变性梯度凝胶电泳 x 浙江工业大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 氯苯胺的物理化学性质 氯苯胺是氯代芳烃类化合物的一种 不溶于水 而易溶于各种有机溶剂如乙 醇 乙醚 丙酮等 遇明火 高热可燃 受热分解产生有毒的氮氧化物和氯化物 气体 根据氯取代的位置不同 可分为三种同分异构体 2 c a 3 c a 4 c a 具体的物理化学参数见表1 1 表l 1 氧苯胺的一些物理化学参数 2 0 t a b l e 1 一lr e p r e s e n t a t i o nv a l u 鹪o fc h e m i c a ia n dp h y s i c a lp r o p e i r t i 皓o fc a s 2 0 氯苯胺的分子结构中 由于c c 1 键是惰性键 很难发生亲核取代反应 使氯 苯胺分子键断裂 其激活需要很高的活化性以及较强的亲核催化剂 因此 氯苯 胺具有良好的化学稳定性 1 1 浙江工业大学硕士研究生学位论文 1 2 氯苯胺的应用及危害 1 2 1 氯苯胺的主要来源及污染情况 氯代苯胺类化合物是一类重要的化工原料 被广泛应用于染料 农药 防腐 剂的合成和制药工业中f 2 捌 并随着城市化 工业化进程的不断加快 对其需求量 也日益增加 与此同时 该类化合物通过生产废水排放 废物处置 事故性泄漏 及农药使用等途径进入环境直接造成污染 同时 它又是氯代硝基芳烃化合物和 除草剂 如苯脲 苯氨甲酸酯和酰苯胺等 的常见中间代谢产物 4 氯代苯胺类 化合物由于物理和化学吸收 土壤及其腐质基质的吸附作用 减弱了其生物可利 用性 迁移性和毒性 施用除草剂的土壤在多年后仍然有氯代苯胺的存在 它们 不仅影响到土壤中的微生物系统 破坏生态平衡 而且还可以通过食物链危害人 类健康 已被美国环保署 e p a 和欧盟列入优先控制污染物名掣5 1 1 2 2 氯苯胺的危害 氯苯胺具有刺激性强 易被皮肤吸收 易在生物体内积累等特点 由于其分 子亲脂性高 难溶于水 因而能够在生物体内的脂肪或蛋白质中积累 并通过食 物链的生物富集作用 在高级捕食者或消费者中成千上万倍地积累 即产生所谓 的生物放大效应 其中 化合物本身的性质 如取代基团或原子的位置及数目等 均可改变化合物在环境中与其它物质的反应活性 有研究表吲6 1 由于氯原子的 存在 对化合物毒性的贡献要比甲基 c h 3 氨基 n h 2 更大 氯苯胺类化合物除具有致癌 致畸 致突变作用 同时还具有麻醉作用 氯 苯胺对人体的血液和神经系统的毒性很强 并具有溶血性 能经无损皮肤吸收 进入人体形成高铁血红蛋白 为可疑致癌物质 7 1 这类物质进入人体后还会影响 体内激素对免疫系统 神经系统和内分泌系统的正常调节作用 造成对人类健康 的更大危害 羽 长期接触氯苯胺会对肝脏造成伤害 还会导致恶心 呕吐 黄疸 等症状 2 浙江工业大学硕士研究生学位论文 1 3 氯苯胺的污染治理技术研究进展 1 3 1 物理法 1 物理吸附 吸附法是目前处理难降解污染物较为直接 有效的方法之一 具有污染物可 回收利用 吸附剂可重复使用等特点 常用的吸附剂为活性炭 废碳黑 改性土 树脂等 s a j v t o r e 等网采用燃油飞灰吸附2 c a 具有很好的效果 达到吸附平衡时 每克飞灰能吸附3 6 m g2 c a 添加h c l 和k o h 能促进其吸附效果 张志成等 1 川采用 湿地土壤溶液吸附4 c a 在1 眩内吸附较快 可采用幂函数方程描述 随后趋于 平缓可采用二级动力学方程描述 吸附等温线符合f r e 咖d l i c h 方程 表明湿地土壤 对4 c a 有较高的吸附效果 4 c a 在湿地土壤中的吸附量与溶液的离子强度 p h 值 有关 2 萃取法 萃取法是利用污染物在水和有机溶剂中不同的分配比将其分离的一中技术 y 吼等 1 1 1 以离子性液体为基础的分散液一液微萃取技术萃取水中的4 c a 这种方法 具有高效 重现性好等特点 冯旭东 1 2 选用容易被降解的有机溶剂苯 甲苯 乙 酸丁脂和络合剂p 2 0 4 及煤油 对苯胺和3 c a 稀溶液进行了溶剂萃取和络合萃取研 究 发现苯 甲苯对于苯胺和3 c a 具有良好的物理萃取能力 萃残液无需进一步 稀释即可进行后续生物处理 1 3 2 化学法 1 光催化氧化 光催化氧化法是一种能有效氧化降解有机物的高级氧化技术 1 3 1 c b s e t t i 等 1 4 采用模拟太阳光直接作用于4 c a 水溶液 1 0 m g l 的4 c a 光照1 2 0 m i n 后 在水 溶液中已检测不到氯苯胺 同时 随着反应的进行 水溶液中c 1 浓度逐渐升高 蒲长永等 1 5 用1 8 5 n n 以5 4 i 埘紫外光灯对4 c a 水溶液进行光照降解 结果表明 紫外光辐照能有效降解4 c a 在空气饱和 h 2 0 2 浓度为1 0 m m o l l 的条件下 辐照时间为2 h 时 4 c a 的降解率可达9 9 1 o c 去除率可达5 0 浙江工业大学硕士研究生学位论文 近年来 利用半导体材料进行非均相光催化氧化法处理有毒污染物日益受到 重视 很多有机物被转化为毒性较小的化合物 c h o y 等 以t i 0 2 为催化剂 在 紫外灯作用下 2 c a 得到了快速降解 t i 0 2 的最佳添加量为0 1 9 l 当p h 值为 2 时 反应得到抑制 冷文华等 1 刀以紫外灯为光源 负载在镍网上的t i 0 2 为催化 剂 能有效降解4 一c a 它们最终能矿化为n h 4 c l n 0 2 和c 0 2 外加电位可 大幅度提高降解速率 2 电化学降解 电催化氧化过程是通过阳极反应产生羟基自由基 臭氧等氧化类物质降解有 机物 这种降解途径具有使有机物分解更加彻底 不易产生毒害中间产物等优点 m e i i l e r 0 等 1 8 1 以c p t 为阴阳电极电解处理含4 c a 废水 初始浓度为1 0 0 m g l 的4 c a 在4 2 0 m i i l 内去除率达9 0 以上 投加l m mf e i i 后4 c a 降解效率可被大幅提升 m i h d l y 等 1 明用电化学氧化法处理4 c a 实验中4 c a 首先被氧化生成氯代4 氨基二 苯胺 3 臭氧降解 臭氧对难降解有机物质的氧化通常是使其环状分子或长链条分子部分断裂 从而使大分子物质变成小分子物质 生成了易于生化降解的物质 提高了废水的 可生化性 2 0 e n i 曲 2 1 1 用单独臭氧 臭氧 紫外和臭氧一射线法处理2 c a 实验结 果显示当作用时间分别达到1 8 m i n 1 4 m i n 5 m i i l 时2 c a 的浓度均降为0 同时 在反应过程中生成了氯离子 甲醛 草酸等物质 4 超声波 零价铁还原 超声波及其联用技术是新的高级氧化技术 能降解有机物尤其是有毒有机物 具有速度快 可直接矿化等优点 田凯勋等 2 2 1 在超声波 零价铁体系中考察了溶 液初始p h 值 浓度对4 c a 降解的影响 最适p h 值为9 初始浓度为o 1 0 2 和o 4 m i i o 时体系对4 c a 的降解率 1 8 0 m i l l 分别为8 3 2 6 3 5 和3 6 1 4 c a 在体系中的降解主要依靠超声波产生的羟基自由基的氧化作用 而铁粉的加 入具有一定的协同作用 能强化超声波对4 c a 的降解 但超声波技术用于有机 污染物降解研究多处于实验室阶段 其工程化应用的最大难点在于超声波源的放 大和换能器的使用寿命 这极大限制了超声波技术的实际应用 4 浙江工业大学硕士研究生学位论文 5 辐射降解法 辐射降解法的基本机理是水经射线或高能电子束照射后可分解产生大量的活 性物质 2 3 矧 如羟基自由基 水合电子和氢离子 而这些活性物质可降解氯苯胺 s a n c h e z 等 2 5 1 利用丫辐照研究了4 一c a 的降解过程 结果表明 实验条件下4 c a 能够较为有效的被降解 氯得到了脱除 n 2 0 的存在对4 一c a 的去除有促进作用 降解的中间产物主要为苯胺 4 氨基苯酚 4 氯酚 醛类 氯离子和氨离子等 当采用0 3 和y 辐照联用的方法时对2 c a 和4 c a 进行降解能够获得更好的降解 效果 2 6 捌 上述物理化学方法处理氯苯胺类混合物具有反应快 去除率高等特点 但也 存在运行成本高 有机物矿化程度低 易产生二次污染等问题 1 3 3 生物降解技术 难降解有毒有机废水的处理一直是国内外废水处理界公认的技术难题 传统 的物理和化学方法不仅成本高且会产生二次污染 研究表明 几乎所有的有机污 染物都有可能找到使之降解或转化的微生物 2 踟 且生物降解技术具有投资少 速 度快 消耗低 效率高 反应条件温和以及无二次污染等优点 处理系统内的微 生物具有较强的可变异性和适应性 因此 利用生物降解技术处理该类污染物具 有广阔的应用前景 对于氯苯胺类化合物 国内外就微生物的分离 筛选以及菌 种的鉴定 化合物的降解途径 代谢途径 对同类有机物的共代谢等生物降解性 能 第二基质存在时的诱导等进行了大量的研究 为开展经济有效的氯苯胺降解 生物控制技术的研究奠定了基础 1 氯苯胺主要生物处理工艺 目前 s b r o a 2 o 氧化沟等活性污泥法工艺已在生活污水或普通工 业废水处理中得到广泛应用 其主体是活性污泥絮体 故系统处理效率与微生物 种类 代谢活性及其形态结构关系密切 2 9 在高浓度有毒有机废水处理方面 活 性污泥法处理效率普遍较低 应用不多 因此 投加经过筛选 具有特殊降解能 力的菌种技术开始受到环境领域研究者的青睐 b 0 0 n 等 5 采用硅酮管包埋3 c a 降解菌株c d 加册z d 船鲫协觚纪 d l e 然后慢慢释放于反应器中 明显缩短了生物反 应器的启动训化时间 n n b l e i n 等 3 0 在降解氯苯胺的活性污泥体系中接入高效降 浙江工业大学硕士研究生学位论文 解菌株觑砌聊d 麟s p 接种3 天后发现氯苯胺浓度明显降低 而未接入该菌株 的活性污泥系统则需要1 5 天才观察到氯苯胺的降解 万登榜等 3 1 1 以4 c a 为选择 基质 用驯化技术从降解对二氯苯的富集培养物中得到了以4 c a 为唯一碳源和 氮源生长的混合微生物 将其固定到生物反应器的载体上 结果表明 固定化混 合微生物对基质降解的高效率是悬浮细菌所不可比拟的 悬浮细菌完全降解 1 0 0 m g l 的4 c a 需时2 周 而在生物反应器中 使2 0 0 m g l 的4 c a 去除8 5 仅需4 5 h 与此同时 随着膜材料的发展与应用 膜生物反应器应运而生 其在处理城 市污水时的溶剂负荷可达5 k g c o d m 3 d 并在工业废水处理中得到广泛应用 3 2 1 r 丑d i a m n g t r 雏掣3 3 采用生物膜反应器处理含苯胺和氯苯胺废水 反应器具有较高 的4 c a 矿化与脱毒性能 b a m e 等 3 4 采用p n b 2 质粒融合技术强化生物膜反应器 内微生物的3 c a 降解性能 并从反应器内分离到一株融合p n b 2 的c d 聊伽d 嬲 饱s 幻s 胞加以f 该菌株具有较强的3 c a 降解能力 氯苯胺由于其芳环结构和氯代原子的存在而具有很强的毒性和抗降解能力 采用活性污泥法降解该类物质的最高浓度多低于2 5 0 m g l 或者需要加入共代谢基 质 朱亮等 3 5 以葡萄糖为共代谢基质 用序批式气提生物反应器 s a b r 处理 氯苯胺类有机废水 在反应器循环时间为1 2 h 污泥沉降时间为6 m i n 进水浓度 达到4 0 0 9 矗 d 氯苯胺的去除率能达到9 9 9 以上 2 氯苯胺类化合物主要降解菌株 氯苯胺类化合物属人工合成化合物 通常在环境中的微生物缺乏与之降解相 适应的酶或酶体系 故未驯化污泥对其降解性能较差 但在特定条件下 如利用 不同基质对污泥进行驯化过程中 微生物具有遗传变异和质粒传递特性 可能在 基质的诱导作用下产生酶和辅助因子 使一些微生物逐步改变自身以适应环境 具有降解或部分转化该类化合物的能力 迄今为止 已从受污染土壤 水体或活 性污泥处理系统中分离出多株具有降解氯苯胺能力的微生物 具体见表1 2 z e y e r 3 6 首次在纯培养条件下 从土壤中分离出一株能以氯代苯胺类化合物为 唯一碳源 氮源和能源生长的假单胞菌风p 如m d 刀傩s p g 该菌在好氧条件下可 完全降解3 8 5 m g l 的4 c a 通过1 4 c 标记的4 一c a 的降解 发现6 4 的碳以c 0 2 的形式释放 1 4 的碳成为生物有机体 m i c h e a l 等 3 7 从土壤中分离出食酸假单胞 菌风p 砌m d 聊馏口c 胁v d 口淞c a 2 8 能以3 c a 为唯一碳源 氮源和能源生长 在 6 浙江工业大学硕士研究生学位论文 2 5 p h 为6 0 6 2 5 的条件下 7 2 h 内能完全降解2 6 0 m l 的4 c a 延缓期为 1 0 1 2 h 降解速率1 6 3 m m o w 生物量m 细胞增倍时间为7 7 h 但c a 2 8 不能完 全降解4 c a 且基本不降解2 c a h i m e r e g g e r 等 3 9 从菌株c a 2 8 降解底物3 c a 和2 c a 混合培养液中经过底物诱导分离到一株以2 c a 为唯一碳源 氮源和能源 生长的觑砌聊伽口珊伽翻d 舶阳凇c a 5 0 在p h 为6 1 条件下 3 d 内该菌株可完 全降解1 9 0 m g l 的2 c a b o o n 等 4 1 从活性污泥中分离出一株能够降解3 c a 的 睾丸酮丛毛单胞菌c d 聊册d 嬲据s 自站纪加刀p1 2 接种于半连续操作的活性污泥反应 器内 生物强化降解3 c a 研究发现经过6 d 的适应期后 2 周时间内3 c a 便可 被完全降解 v a i l 弘a i 等 4 4 从农业土壤中分离出三株4 c a 降解菌