CN103395894B - 一种间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物的方法，具体是向含有酚类污染物的水体中以浓度递减的方式间歇式投加共基质溶液，首次投加的共基质溶液中共基质的质量与含有酚类污染物的水体中酚类污染物的质量之比为10-500:1，投加共基质溶液的间隔时间为1-7天，第二次投加的共基质溶液质量为首次投加的共基质溶液质量的1/10～9/10，第三次投加的共基质溶液质量为第二次投加的共基质溶液质量的1/10～9/10，以此类推，直至含有酚类污染物的水体中酚类污染物的浓度降低至允许范围。本发明具有操作灵活、适应范围广、运行成本低、处理效果好、应用前景大的优点。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种水体中难降解酚类污染物生物降解的方法，具体地说是一种间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物的方法，属于水环境污染治理领域。
二、背景技术
难降解酚类污染物具有毒性强、环境持久性等特点，是国内外环保部门重点控制的污染物。如果人们长期饮用含有酚类污染物的地表水，将会引起头昏、贫血及各种神经系统疾病。当水中酚类污染物含量大于10mg/L时，微生物的各种代谢活动将会受到显著地抑制。开展治理难降解酚类污染物的研究对于保护环境、维持生态平衡有着重要的意义。
目前，国内外处理难降解酚类污染物的常用方法主要有吸附法、萃取法、化学氧化法、光催化氧化法、活性污泥法、厌氧生物法等。如果采用曝气充氧或投加活性炭等辅助手段将会大幅度提高处理成本，且应用范围也受到局限。因此，生物法仍然是水体中难降解酚类污染物的主要处理技术，但是此法存在降解历时长、受环境因素影响大等问题。
为了强化微生物对难降解有机物的分解能力，人们对微生物转化和去除水体中难降解有机物的机制进行了大量的工作，研究已证实微生物的共代谢作用就是克服难降解有机物生物降解的有效强化手段之一。为了实现难降解有机物的生物降解，微生物需要借助易降解的有机物诱导微生物分泌关键酶和获取能量驱动难降解有机物的初始转化。共代谢反应过程必须具有合适的生长基质类型及浓度，适宜的生长基质浓度不仅有助于提高共代谢分解难降解有机物的效率，而且能够降低代谢中间产物的浓度。然而，在共代谢过程中生长基质和难降解有机物的降解反应动力学级数及速率都会随其浓度和性质的变化而发生改变。针对于难降解酚类污染物的共代谢降解过程，实验室研究和工程应用中几乎都是采用稳定且连续的易降解基质投加方式，这不仅不符合微生物的共代谢作用规律，而且造成大量易降解基质的浪费和应用范围的局限。为此，寻求一种合理、经济、高效的共代谢技术以实现水体中难降解酚类污染物的快速降解，已经是水环境污染治理领域的重要发展方向。
三、发明内容
本发明旨在提供一种间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物的方法，以解决自然状态下水体中难降解酚类污染物长时间存在且难以去除的问题。
为了快速实现地表水或污水中酚类污染物的转化和降解，同时使细菌的代谢活性得以提高，避免共基质投加方式不合理和不经济的问题，本发明提供了一种间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物的方法，借助易降解有机物诱导微生物分泌关键酶和获得能量驱动难降解酚类污染物的初始转化，利用共代谢过程中共基质和难降解酚类污染物的降解反应动力学级数及速率都会随其浓度和性质的变化而发生改变的特点，采用共基质浓度递减方式向含酚类污染物的水体中间歇投加共基质溶液，并且共基质的投加量也会随酚类污染物浓度的降低而逐次递减。
本发明采用浓度递减方式向含酚类污染物的水体中间歇投加共基质溶液，共基质投加量的变化和间歇投加的时间间隔应与共基质和难降解酚类污染物的降解反应动力学级数及速率保持一致，具体实施过程根据目标酚类污染物去除情况选择适当的时间间隔。
本发明间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物的方法，按如下过程操作：
向含有酚类污染物的水体中以浓度递减的方式间歇式投加共基质溶液，首次投加的共基质溶液中共基质的质量与含有酚类污染物的水体中酚类污染物的质量之比为10-500:1，投加共基质溶液的间隔时间为1-7天，具体实施过程根据目标酚类污染物去除情况选择适当的时间间隔，一般是当酚类污染物的去除率达到或超过30-90%时，即进行共基质的添加；第二次投加的共基质溶液质量为首次投加的共基质溶液质量的1/10～9/10，第三次投加的共基质溶液质量为第二次投加的共基质溶液质量的1/10～9/10，以此类推，直至含有酚类污染物的水体中酚类污染物的浓度降低至允许范围。
所述允许范围是指《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18978-2002》规定的范围，其中五氯酚标准值≤0.5mg/L，苯酚≤0.3mg/L，间甲酚≤0.1mg/L，挥发酚≤0.5mg/L。
未处理的含有酚类污染物的水体中酚类污染物的浓度为1-100mg/L；所述共基质溶液的浓度为1-20g/L。
所述酚类污染物为氯酚、烷基酚、硝基酚中的一种或几种。
所述共基质为乙酸钠或葡萄糖等易降解有机物。
含有酚类污染物的水体温度为10-40℃，pH值3-9，溶解氧为0-8.0mg/L，细菌浓度为0.01-10g/L。因为污水或污泥中细菌浓度非常高，在污水处理行业中也采用“混合液悬浮物浓度（MLSS）”作为衡量水中生物量的一种指标。
所述细菌为厌氧细菌或好氧细菌。
所述细菌为厌氧细菌时，含有酚类污染物的水体中溶解氧为0-0.5mg/L；
所述细菌为好氧细菌时，含有酚类污染物的水体中溶解氧为0.5-8.0mg/L。
采用共基质调控共代谢分解酚类污染物的难点在于，共基质过多会加剧与难降解酚类污染物的竞争抑制，而共基质过少又难以满足细菌生长的需要。间歇共基质的调控方法是解决这一矛盾的有效途径。虽然间歇共基质会导致环境的营养状态发生改变，但是细菌能够改变自身的共基质利用模式以适应新的营养状态。所以，间歇共基质的调控方法不仅能够充分利用富营养状态与贫营养状态相互转变过程中共代谢作用的持续效应，而且能使共代谢的过程控制得到优化，在最大程度上提高共基质的有效利用率和难降解酚类污染物的去除率。针对于酚类污染物的共代谢降解过程，本发明方法不仅符合细菌共代谢作用的规律，而且能够节约共基质的消耗以及扩大了应用范围。
四、具体实施方式
本发明实施例中使用的厌氧污泥取自污水处理厂厌氧池，好氧污泥取自合肥朱砖井污水厂，污泥细菌浓度采用MLSS表示。
实施例1：
本实施例中间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物是这样实现的：
1、采用250ml血清瓶进行实验，接种厌氧污泥的细菌浓度为5g/L，五氯酚(PCP)浓度为9mg/L，瓶中水样的总体积为180ml。
2、分A组和B组两组实验，每组两个平行样，所有血清瓶置于恒温摇床中培养。振荡速度为120r/min，培养温度为35℃，pH为7.0左右，所有水样中氮和磷浓度分别为50mg/L和10mg/L。通过氮气吹脱控制水中不含溶解氧，处于厌氧状态。
3、A组实验单独以五氯酚作为底物，B组实验以乙酸钠和五氯酚作为底物，B组实验中乙酸钠的首次投加浓度为1g/L。用氮气吹脱血清瓶除氧后，用保鲜膜密封瓶口置于恒温摇床上。
4、第5天再次向B组血清瓶中投加乙酸钠浓度为0.5g/L，第15天再次向B组血清瓶中投加乙酸钠浓度为0.25g/L。采用液相色谱法检测水样中五氯酚的剩余浓度。
5、分别于第5天、15天和第30天取样测定分析剩余PCP浓度。两组实验的结果见表1：
表1
从表1中可以看出，第5天时投加乙酸钠共基质的五氯酚的去除率明显比未投加共基质的去除率要高出近17%；在第15天，投加乙酸钠的浓度减少，A组（未投加共代谢基质）的五氯酚的去除率比B组（投加了共基质）的去除率低；在第30天，B组的五氯酚去除率达到95.6%，水中五氯酚浓度已低于《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18978-2002》，而A组残留的五氯酚浓度仍未达标。
实施例2：
本实施例中间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物是这样实现的：
1、采用250ml血清瓶进行实验，接种好氧污泥的细菌浓度为0.5g/L，邻甲酚(o-MP)浓度为30mg/L，瓶中水样的总体积为180ml。
2、分A组和B组两组实验，每组两个平行样，所有血清瓶置于恒温摇床中培养。振荡速度为120r/min，培养温度为20℃，pH为7.0左右，所有水样中氮和磷浓度分别为50mg/L和10mg/L。溶解氧浓度为0.5-5mg/L。
3、A组实验单独以邻甲酚作为底物，B组实验以葡萄糖和邻甲酚作为底物，其中葡萄糖的首次投加浓度为2g/L。
4、第4天再次向B组血清瓶中投加葡萄糖浓度为1g/L，第6天再次向B组血清瓶中投加乙酸钠浓度为0.5g/L。采用液相色谱法测定水样中剩余o-MP浓度。
5、分别于第2天、4天和第6天取样，测定水样中剩余o-MP浓度。两组实验的结果见下表2。
表2
从表2中可以看出，第2天时投加乙酸钠共基质的邻甲酚的去除率明显比未投加共基质的去除率要高出近22.3%；在第4天，投加乙酸钠的浓度减少，A组（未投加共代谢基质）的邻甲酚去除率比B组（投加了共代谢基质）的去除率低；在第6天，B组的邻甲酚去除率达到99.7%，水中邻甲酚浓度已低于《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18978-2002》，而A组残留的邻甲酚浓度仍未达标。
Claims (4)
1.一种间歇共基质调控共代谢分解难降解酚类污染物的方法，其特征在于：
向含有酚类污染物的水体中以浓度递减的方式间歇式投加共基质溶液，首次投加的共基质溶液中共基质的质量与含有酚类污染物的水体中酚类污染物的质量之比为10-500:1，投加共基质溶液的间隔时间为1-7天，第二次投加的共基质溶液质量为首次投加的共基质溶液质量的1/10～9/10，第三次投加的共基质溶液质量为第二次投加的共基质溶液质量的1/10～9/10，以此类推，直至含有酚类污染物的水体中酚类污染物的浓度降低至允许范围；
含有酚类污染物的水体温度为10-40℃，pH值3-9，细菌浓度为0.01-10g/L，所述细菌为厌氧细菌或好氧细菌；
所述细菌为厌氧细菌时，含有酚类污染物的水体中溶解氧为0-0.5mg/L；
所述细菌为好氧细菌时，含有酚类污染物的水体中溶解氧为0.5-8.0mg/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
未处理的含有酚类污染物的水体中酚类污染物的浓度为1-100mg/L；所述共基质溶液的浓度为1-20g/L。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述酚类污染物为氯酚、烷基酚、硝基酚中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述共基质为乙酸钠或葡萄糖。
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