厌氧颗粒污泥降解邻氯苯酚的初步

厌氧颗粒污泥降解邻氯苯酚的初步研究摘要：本试验考察了驯化后厌氧颗粒污泥对邻氯苯酚（2-CP）的吸附、外加碳源对吸附的影响及其降解效果；并考察了微量元素Fe3+和环境条件pH值的改变对2-CP降解效果的影响。结果发现2-CP在厌氧降解过程中存在吸附现象，0.5～1.0h吸附量最大，外加碳源延缓吸附时间，降低吸附量；厌氧颗粒污泥可以在pH＝8.34偏碱性的条件下较快的降解2-CP；0.5mg/LFe3+可以促进2-CP的生物降解；经驯化的厌氧颗粒污泥，可以较快的降解2-CP。本试验验证了厌氧条件下2-CP还原脱氯降解为苯酚。关键词：邻氯酚吸附pH值微量元素preliminarystudiesofanaerobicgranulessludgedegradingortho-chlorophenolAbstract：Thesorptionof2-CPandeffectofsupplementedcarbonsourceto2-CP、degradationeffictiveness、microelementFe3+andpHto2-CPreductivedegradationunderanaerobicconditionareresearched.Thesorptionhasbeenconfirmedandmaxsorptiontimeis0.5~1.0h,maxsorptiontimeandsorptionamountaredelayedbysupplementedcarbonsource;0.5mg/LFe3+istheoptimumtoacceleratebiodegradationrateof2-CP;afteracclimation,2-CPcanbedegradatedatafasterrateundertheconditionofpH＝8.34.Reductivedechlorinationof2-CPisconfirmed.keywords：ortho-chlorophenolsorptionpHmicroelement氯酚类物质在厌氧条件下还原脱氯生成毒性较小的中间降解产物并最终矿化为CO2和H2O，使得厌氧生物处理这类有毒有害物质成为很好的方法。Z.ning,等[1]认为厌氧生物去除氯酚类物质分为吸附和降解两个过程，施汉昌等[2]则认为氯酚类物质的吸附同污泥的来源与性质有关。本实验研究了驯化后的厌氧颗粒污泥对2-CP的吸附和外加碳源对吸附的影响及2-CP降解情况；考察了微量元素Fe3+和环境条件pH值的改变对2-CP降解效果的影响。并验证了在厌氧条件下，2-CP还原脱氯降解为苯酚。1试验装置及试验方法1.1试验材料1.1.1试验污泥试验所用污泥取自三德利啤酒厂IC罐中厌氧颗粒污泥(粒径0.3～1.0mm，Tss67.76g/L，Vss57.44g/L)。在UASB厌氧反应器中经2-CP驯化1个半月。1.1.2试验药品2-CP,分析纯级。用0.01MNaOH溶液配成1000mg/L母液，置于冰箱保存。1.1.3营养液成分表见表1，使用时按需要稀释。表1营养液成分表（mg/L）table.1NutrientsubstanceformMgSO4K2HPO4CaCl2KH2PO4NiSO4FeCl3NaHCO3NH4Cl85.250.023.220.08.46.812207801.2试验方法图1试验装置示意图Fig.1Pictureoftestingapparatus试验在100mL密封玻璃瓶（见图1）中进行。瓶中按试验需要加入一定浓度的2-CP、营养液、外加碳源、微量元素Fe3+。厌氧颗粒污泥体积在各种条件下均为25mL，各瓶中加入几滴刃天青做为指示剂，密封后吹N2除O230min左右，直至刃天青由红色变为无色。将玻璃瓶置于(35.0土0.1)℃的摇床上培养，摇床转速90±1r/min，每隔一定时间取上清液，用0.45um微孔滤膜过滤图1试验装置示意图Fig.1Pictureoftestingapparatus1.4分析方法2-CP，苯酚分析采用HP-1050高效液相色谱仪(HPLC)。色谱柱为synchropakPR-P（250×4.6mm），MICRAScientificInc.公司生产。DAD二极管阵列检测器；测定波长275nm。测试条件：0～10min水/乙氰＝20%/80%（V／V）；10～20min水/乙氰＝60%/40%20～25min水/乙氰＝30%/70%。乙酸分析采用HP-5890气相色谱，色谱柱为INNOWAX,长30m，内径0.53nm，内膜1um。FID检测器。分析条件：柱温110℃保持6min后，30℃/min升至220℃。图2厌氧污泥对2-CP的吸附Fig.2Thesorptionofanaerobicsludgeto2-CP图2厌氧污泥对2-CP的吸附Fig.2Thesorptionofanaerobicsludgeto2-CP2实验结果与讨论2.1厌氧颗粒污泥对2-CP的吸附情况2-CP吸附情况及外加碳源对吸附的影响见图2。2-CP初始浓度25mg/L，外加微生物易利用有机质葡萄糖分别为0mg/L、500mg/L、1500mg/L。从图中可以看出，2-CP在厌氧条件下降解存在吸附情况。无葡萄糖时，在0.5h左右吸附达到最大程度，吸附量为6.22mg/L，占2-CP总量的24.64％；500mg/L、1500mg/L葡萄糖条件下，在1.0h左右吸附达到最大程度，2-CP的吸附量分别为3.14和2.99，占2-CP总量的12.44％和11.85％。说明外加生物易利用有机质对2-CP的吸附有一定的抑制作用,会延缓其达到最大吸附的时间、降低吸附量，葡萄糖浓度越高，厌氧颗粒污泥对2-CP吸附量越低。图3不同初始浓度2-CP的降解效果Fig.3Degradation图3不同初始浓度2-CP的降解效果Fig.3Degradationeffictivenessofdifferentinitialconcertionabout2-CP驯化后的厌氧颗粒污泥对2-CP降解有很明显的效果，见图3。初始2-CP浓度为40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L。图中可以看出，驯化后的污泥可以降解较高浓度的2-CP，在各初始浓度下，降解速率分别为6.24mg/(L·d)、7.89mg/(L·d)、10.20mg/L(L·d)、12.71mg/(L·d)，初始2-CP浓度越高，平均降解速率越大。说明驯化后的污泥对2-CP有很好的降解效果，经过一周时间，各浓度条件下降解率为分别为100%、88.2％、85.5％、84.9％。2.3pH值对厌氧颗粒污泥降解2-CP的影响图4pH值对2-CP降解的影响Fig.EffectofpHtothedegradationof2-CPpH值是影响厌氧污泥降解效果的重要环境条件之一。厌氧过程中，甲烷菌对pH值变化很敏感，pH值必须控制在合适的范围内。若超出这个范围，会使产甲烷菌受到抑制，影响反应的顺利进行。厌氧颗粒污泥因其结构密实、微生物数量多，对pH的变化具有一定的抗冲击性。本试验考察了pH＝5.19，7.63，8.34的条件下，初始2-CP浓度25mg/L的降解情况。在这几个pH值条件下，2-CP均可以降解，表明厌氧颗粒污泥对pH变化有很好的适应性。在各pH值下，降解速度分别为：图4pH值对2-CP降解的影响Fig.EffectofpHtothedegradationof2-CP本试验受试污泥因试验需要是在偏碱性条件下驯化的，说明厌氧颗粒污泥经过一段时间的驯化，对碱性环境已有较好的适应性，微生物可以较快的降解2-CP。2.4Fe3+对2-CP降解的影响图5Fe3+对2-CP降解的影响Fig.5EffectofFe3+tothedegradationof2-CP微量元素对于维持和增加微生物中活细胞的浓度及其酶活性是非常必要的[3]。可溶性Fe3＋是微生物所需的最重要的微量元素之一[4]。本试验考察了2-CP初始浓度40mg/L，氯化铁0mg/L、0.2mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L（以FeCl3·6H2O计）时2-CP的降解情况。结果表明，最利于2-CP降解的氯化铁浓度为0.5mg/L。0.2mg/L氯化铁在反应的前60h对2-CP降解也有明显的促进作用；60h后，2-CP降解速度与没投加氯化铁的基本一致，可能是Fe3＋已被微生物利用几乎殆尽。1.0mg/L氯化铁浓度对2-CP降解不起什么作用。说明微量元素图5Fe3+对2-CP降解的影响Fig.5EffectofFe3+tothedegradationof2-CP2.52-CP的中间降解产物图6.b2-CP降解过程中高效液相色谱图fig.6.b图6.b2-CP降解过程中高效液相色谱图fig.6.bchromatogramstandardsampleofphenoland2-CP2-CPduringdegradation图6.a2-CP降解过程中高效液相色谱图fig.6.achromatogramof2-CPduringdegradation图6.a为氯酚降解中间产物的高效液相色谱图，出峰时间11.421min的物质为2-CP，出峰时间2.506min和7.473min的物质为2-CP的降解产物。图6.b中，出峰时间为7.572min、11.627min的物质分别为苯酚和2-CP标准样品。2-CP7.473min的降解产物与标准物质苯酚对照出峰时间基本相同，并根据氯酚类物质厌氧降解还原脱氯的特性，可以确定2-CP7.473min的降解产物即为苯酚。2.508min的降解产物经气相色谱确定为乙酸。3结论3.12-CP存在吸附现象。外加碳源葡萄糖对2-CP的吸附有一定的抑制作用,会延缓其达到最大吸附的时间、降低吸附量，葡萄糖浓度越高，厌氧颗粒污泥对2-CP吸附量越低。3.2经过一段时间的驯化，厌氧颗粒污泥可以较快的降解2-CP。初始2-CP浓度为40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L时，经过一周时间，降解率为分别为100%、88.2％、85.5％、84.9％。3.3微量元素Fe3+过多过少均不利于厌氧污泥降解2-CP。本试验条件下，0.5mg/LFeCl3·6H2O为微生物最佳利用浓度。3.4厌氧颗粒污泥经过驯化可以在pH＝8.34的条件下较快的降解2-CP。3.5试验中证实2-CP厌氧条件下还原脱氯为苯酚。参考文献[1]Z.ning,L.FernandesandK.J.Kennedy.Chlorophenolsorptiontoanaerobicgranulesunderdyn