CN113173643A

CN113173643A - 基于a/a/o系统高效稳定降解垃圾渗滤液中dbp的方法

Info

Publication number: CN113173643A
Application number: CN202110437550.XA
Authority: CN
Inventors: 方程冉; 李红; 毛宏智; 刘宏远; 储意轩
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2021-07-27

Abstract

本发明公开了一种基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，采用A/A/O工艺处理垃圾渗滤液，所述垃圾渗滤液中DBP的浓度为13～88μg/L，所述垃圾渗滤液在A/A/O系统中的水力停留时间为2～6天，所述垃圾渗滤液在厌氧池、缺氧池、好氧池中的水力停留时间之比为1:1:4，所述A/A/O工艺的污泥内回流比为100％～300％，污泥外回流比为60％～100％，所述厌氧池、缺氧池、好氧池内均接种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌。本发明解决了当前垃圾渗滤液中邻苯二甲酸二丁酯难降解、降解率低且降解效果不稳定等问题，提供了一种高效稳定降解邻苯二甲酸二丁酯的环保经济的实用方法。

Description

基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法

技术领域

本发明涉及垃圾渗滤液污染物降解技术领域，具体涉及一种基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法。

背景技术

邻苯二甲酸二丁酯(di-n-butyl phthalate，DBP)是当前塑料工业用量最大的增塑剂邻苯二甲酸酯(Phthalic acid esters，PAEs)中较典型的一种，具有致癌性，微量的PAEs即可影响激素的平衡释放、分泌系统的运作，尤其对中枢神经系统危害极大。由于其稳定的化学性质决定了DBP在自然环境中的水解半衰期大约为20年。DBP的积累性及毒性对人体健康和生态环境存在严重威胁。

废弃塑料制品中含有大量的增塑剂PAEs，在与其他生活垃圾一起填埋过程中极易释放至填埋场垃圾渗滤液，垃圾渗滤液是垃圾填埋场污染物的主要排放口，因此也成为DBP进入环境的主要途径。有研究表明，垃圾渗滤液中已有29种内分泌干扰物被检出，包括了从低浓度的杀虫剂到高浓度的邻苯二甲酸酯类增塑剂，有学者发现DBP在垃圾渗滤液中的浓度变化范围达到0.3～70μg/L，要高出其在地表水中浓度的10倍以上。加之，目前对于填埋场的管理及渗滤液的收集还存在许多问题，很大一部分渗滤液未被收集或在收集过程中漏损，使渗滤液中的DBP通过径流、扩散、渗滤等多种途径进入到土壤、地下水及江河湖泊，最终在人体内富集，给人类的生存带来极大的威胁。

DBP作为一种“新型污染物”(emerging contaminants,ECs)虽然在污水处理厂中的检出浓度为ng·L^-1～μg·L^-1，但越来越多的研究表明，有机污染物综合指标(COD、BOD等)已不能全面反映环境问题的严重性，更不能客观地反映水质状况，而对综合指标贡献极小的痕ECs往往会造成较高的危害。虽然目前我国尚未制定针对大部分ECs的水环境保护标准，但对于DBP的污水排放标准早在1996年《污水综合排放标准》中就已明确规定，对于一切排污单位DBP出水含量一级标准为0.2mg·L^-1，二级标准为0.4mg·L^-1，三级标准为2mg·L^-1，足以说明，在污水处理领域研究它的必要性和重要性。

A/A/O工艺(Anaerobic-Anoxic-Oxic)，又称为厌氧-缺氧-好氧法，是一种简单的具有同步生物脱氮除磷功能的污水处理工艺，厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能；在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺；且在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般100，不会发生污泥膨胀。

由于DBP具有毒性且难以自然降解，具有较高的潜在危险性，如何进行有效处理和控制，已成为业界学者的研究热点。相对于其他处理方式而言，生物处理法处理垃圾渗滤液中的DBP在经济、技术、效果上具有明显优势，其处理量大，运行成本较低，效率高、无二次污染等特点在所有降解方法中成为一大亮点。利用分离纯化的菌株或是培养驯化的菌群降解有机废水，微生物能够有效降解污水中的DBP，实现将废水中有机物降解至无害化，甚至还可达到资源化的目的。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，解决了当前垃圾渗滤液中DBP难降解、降解率低且降解效果不稳定的问题，DBP去除效率高且稳定，特别适用于老龄垃圾渗滤液(填埋时间大于10年的垃圾的渗滤液)中DBP的降解。

一种基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，采用A/A/O工艺处理垃圾渗滤液，所述垃圾渗滤液中DBP的浓度为13～88μg/L，所述垃圾渗滤液在A/A/O系统中的水力停留时间(HRT)为2～6天(d)，所述垃圾渗滤液在厌氧池、缺氧池、好氧池中的水力停留时间之比为1:1:4，所述A/A/O工艺的污泥内回流比为100％～300％，污泥外回流比为60％～100％，所述厌氧池、缺氧池、好氧池内均接种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌。

在一优选例中，所述基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，所述垃圾渗滤液中DBP的浓度为37～88μg/L。

在一优选例中，所述基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，所述垃圾渗滤液在A/A/O系统中的水力停留时间为3天。

在一优选例中，所述基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，所述厌氧池中溶解氧浓度为0.1～0.3mg/L，所述缺氧池中溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L，所述好氧池中溶解氧浓度为7～7.5mg/L。

本发明中，所述污泥内回流比、污泥外回流比均为本领域公知的定义。具体的：

污泥内回流比是好氧池末端回流到缺氧池污泥量与进水量之比。在一优选例中，所述基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，所述A/A/O工艺的污泥内回流比为200％。

污泥外回流比是好氧池下游的沉淀池回流到厌氧池污泥量与进水量之比。在一优选例中，所述基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，所述A/A/O工艺的污泥外回流比为60％。

生物技术是去除环境中邻苯二甲酸二丁酯等有机污染物的有效方法。在邻苯二甲酸二丁酯长期分布的环境中存在着各种可以对其进行生物降解的微生物种群。该技术主要利用环境中微生物的多样性和代谢易变性，筛选出针对性强且高效的降解微生物并对其进行人工扩繁，接种至特定载体以此来强化污染物的降解。各国学者已从不同介质中，如活性污泥、废水、沉积物、土壤等，分离得到多种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌。这说明在邻苯二甲酸二丁酯存在的多种介质环境中，微生物在长期适应环境异生物质过程中能够产生种类繁多的降解菌。本发明中，所述邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌可采用现有技术中已有的邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌。在一优选例中，所述基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，所述邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌为Pseudomonas sp.Fsh3。

在一优选例中，所述基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，所述垃圾渗滤液为老龄垃圾渗滤液，即填埋时间大于10年的垃圾的渗滤液。

一种基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的优选方法，采用A/A/O工艺处理垃圾渗滤液，所述垃圾渗滤液中DBP的浓度为37～88μg/L，所述垃圾渗滤液在A/A/O系统中的水力停留时间为3天，所述垃圾渗滤液在厌氧池、缺氧池、好氧池中的水力停留时间之比为1:1:4，所述厌氧池中溶解氧浓度为0.1～0.3mg/L，所述缺氧池中溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L，所述好氧池中溶解氧浓度为7～7.5mg/L，所述A/A/O工艺的污泥内回流比为200％，污泥外回流比为60％，所述厌氧池、缺氧池、好氧池内均接种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌Pseudomonas sp.Fsh3，所述垃圾渗滤液为老龄垃圾渗滤液，即填埋时间大于10年的垃圾的渗滤液。

在上述最优参数条件下，邻苯二甲酸二丁酯去除率可稳定在97％～98％。

本发明解决了当前垃圾渗滤液中邻苯二甲酸二丁酯难降解、降解率低且降解效果不稳定等问题，提供了一种高效稳定降解邻苯二甲酸二丁酯的环保经济的实用方法。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

1、本发明通过对A/A/O反应器运行参数进行优化，使邻苯二甲酸二丁酯去除率由原来的71％～98％显著提升并稳定在95％～96％，不仅有效提高了目标物的去除率，而且绿色环保，实用性强。

2、本发明在最优反应器运行参数条件下，进一步接种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌，使本来已经优化的目标物去除率得到进一步提高，由接种前的95％～96％提升并稳定在97％～98％，是目前许多现有技术所不能达到的去除效果，为降解垃圾渗滤液中邻苯二甲酸二丁酯提供了行之有效的技术方法。

附图说明

图1为实施例低浓度邻苯二甲酸二丁酯进水条件下邻苯二甲酸二丁酯去除效果图；

图2为实施例高浓度邻苯二甲酸二丁酯加标条件下邻苯二甲酸二丁酯去除效果图；

图3为实施例不同HRT下邻苯二甲酸二丁酯去除效果图；

图4为实施例不同内回流比下邻苯二甲酸二丁酯去除效果图；

图5为实施例不同外回流比下邻苯二甲酸二丁酯去除效果图；

图6为实施例接种降解优势菌前后对高浓度邻苯二甲酸二丁酯去除效果图；

图7为实施例各优化步骤对邻苯二甲酸二丁酯去除效果图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

本实施例实验对象为浙江省某封场垃圾填埋场老龄垃圾渗滤液。

1、对不同初始浓度邻苯二甲酸二丁酯的去除效率影响

具体步骤如下：

将整个反应器置于25℃恒温室中，调节进水流量分别为6、8、12L/d，厌氧池、缺氧池、好氧池中的DO分别控制在0.1～0.3mg/L、0.2～0.5mg/L、7～7.5mg/L，厌氧池、缺氧池、好氧池中的水力停留时间之比为1:1:4，总HRT分别设为6d、4.5d、3d，A/A/O反应器内回流比设为200％，外回流比设为100％。运行时，厌氧池与缺氧池的搅拌器转速均设为550r/min，进水蠕动泵设置为1.6r/min，进水流速为6L/d，内回流泵设置为3.2r/min，外回流泵设置为1.6r/min。

分别以低浓度(13～30μg/L)邻苯二甲酸二丁酯和高浓度(37～88μg/L)邻苯二甲酸二丁酯对反应器进水，各HRT均运行两个周期，反应池取样点位保持一致，定期从各反应池取样并测定邻苯二甲酸二丁酯浓度，采用固相萃取法从污水相中提取邻苯二甲酸二丁酯，取样均三次平行测定，取平均值。

研究结果表明：如图1所示，在低浓度邻苯二甲酸二丁酯进水条件下，A/A/O反应器对邻苯二甲酸二丁酯去除率为45％～98％；在高浓度邻苯二甲酸二丁酯进水情况下，如图2所示，A/A/O反应器对邻苯二甲酸二丁酯的去除率为71％～98％。说明A/A/O工艺对高浓度邻苯二甲酸二丁酯的去除效果比低浓度邻苯二甲酸二丁酯更好，以此为基础进行后续实验。

2、反应器HRT对邻苯二甲酸二丁酯去除效率的影响

在上述实验基础上，向老龄垃圾渗滤液中投加一定量的邻苯二甲酸二丁酯标准溶液，使反应器进水初始邻苯二甲酸二丁酯浓度为37～88μg/L。在内回流比为200％、外回流比为100％、总HRT为6d、4.5d、3d、2d的情况下，分别设置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段(对应于图3不同的分格)，在各HRT下均运行两个周期，取样检测(检测方法同上)进出水中各污染物的浓度并计算其去除效率，比较在不同HRT下，反应器对邻苯二甲酸二丁酯去除效果的影响。

结果如图3所示，当HRT为6d时，进水邻苯二甲酸二丁酯平均浓度为43.1μg/L，出水邻苯二甲酸二丁酯平均浓度为6.0μg/L，平均去除率为86.1％；HRT为4.5d时，进水邻苯二甲酸二丁酯平均浓度为43.3μg/L，出水DBP平均浓度3.4μg/L，平均去除率为92.1％；HRT为3d时，进水邻苯二甲酸二丁酯平均浓度为50.3μg/L，出水邻苯二甲酸二丁酯平均浓度为4.8μg/L，平均去除率为93.8％；HRT为2d时，进水邻苯二甲酸二丁酯平均浓度为52.6μg/L，出水邻苯二甲酸二丁酯平均浓度为6.9μg/L，平均去除率为86.8％。

由上述可知，HRT为3d是A/A/O反应器去除邻苯二甲酸二丁酯的最优HRT，平均去除率为93.8％。

3、反应器内回流比对邻苯二甲酸二丁酯去除效率的影响。

在上述最优HRT为3d基础上进行调整：所述反应器内回流比分别设置为100％、180％、200％、300％，分别对应图4中不同分格的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段。

由图4中A/A/O反应器在不同内回流比条件下邻苯二甲酸二丁酯的变化情况，可知，当内回流比为100％时，邻苯二甲酸二丁酯平均去除率为88.8％；内回流比为180％时，平均去除率为93.7％；内回流比为200％时，平均去除率为95.6％；内回流比为300％时，平均去除率为90.9％。

综上，内回流比为200％是A/A/O反应器的最优内回流比，此时，邻苯二甲酸二丁酯平均去除率为95.6％。

4、反应器外回流比对邻苯二甲酸二丁酯去除效率的影响。

在上述最优HRT为3d、最优内回流比为200％基础上进行调整：所述反应器外回流比设置为60％、80％、100％，分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段(对应于图5中不同的分格)。

检测邻苯二甲酸二丁酯降解情况，如图5所示，当外回流比为60％时，邻苯二甲酸二丁酯平均去除率为96.0％；外回流比为80％时，平均去除率为88.7％；外回流比为100％时，平均去除率为83.2％。

综上可知，外回流比为60％是A/A/O反应器的最优外回流比，邻苯二甲酸二丁酯平均去除率为96.0％。

5、邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌对反应器运行效率的影响。

在上述最优选的基础上进行接种：所述反应器通过接种苯二甲酸二丁酯降解优势菌Pseudomonas sp.Fsh3去除目标污染物，接种前后分别记为Ⅰ、Ⅱ阶段(对应于图6中不同的分格)。

操作步骤如下：

在进行反应器运行之前，先将邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌按10％的投加量(占污泥体积的百分比)接种至反应器内，再对反应器进行启动运行。具体为：

将反应器关停，待各反应池沉降后尽可能的抽去上清液，并抽取适量的各反应池内的污泥作为空白对照组污泥。将取得的反应器污泥样本置于100mL密封玻璃瓶中，并按照各指标的测量要求进行前期样品储存及测量。

抽取完对照组污泥之后，取100mL降解优势菌菌液，置于6000r/min的离心机内离心1min，滗去上清液，接着使用无菌水对离心后的菌剂进行清洗，再置于6000r/min的离心机内离心1min，再次滗去上清液后，将菌液接种至反应器好氧池污泥中并搅拌均匀，其他反应池接种同理。向老龄垃圾渗滤液中投加一定量的邻苯二甲酸二丁酯标准溶液，将反应器进水配制成37～88μg/L的高浓度邻苯二甲酸二丁酯污水。

将配制好的实验用水投加至反应器刻度线内，打开厌氧池、缺氧池内的搅拌器以及好氧池内的曝气器对活性污泥进行闷曝。

闷曝2d后，开启反应器进出水阀门及内外回流泵，确定HRT为3d、反应器内外回流比分别为200％、60％的最优水力参数及环境条件下反应器稳定运行。

在两个运行周期内，保持取样点位一致，定期从各反应池取样并测定邻苯二甲酸二丁酯浓度，取样均三次平行测定，取平均值。

其结果如图6所示，接种降解优势菌前，反应器对邻苯二甲酸二丁酯的去除率为92％～96％；接种降解优势菌后，反应器对邻苯二甲酸二丁酯的去除率为97％～98％。接种降解优势菌前，反应器进水邻苯二甲酸二丁酯的平均浓度为81.5μg/L，出水邻苯二甲酸二丁酯的平均浓度为4.8μg/L，平均去除率为94.1％；接种降解优势菌后，反应器进水邻苯二甲酸二丁酯的平均浓度为86.4μg/L，出水邻苯二甲酸二丁酯的平均浓度为3.0μg/L，平均去除率为97.7％。

综上所述，在最优水力参数条件下，接种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌后A/A/O反应器对邻苯二甲酸二丁酯平均去除率为97.7％，显著高于接种前邻苯二甲酸二丁酯的去除效率，且邻苯二甲酸二丁酯的降解效率比较稳定，受进水邻苯二甲酸二丁酯浓度变化的影响较小，说明接种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌对增强A/A/O反应器对邻苯二甲酸二丁酯的降解效果具有很大的促进作用。

本发明通过调控HRT、污泥内回流比、污泥外回流比，步步优化A/A/O反应器运行参数，以及接种降解优势菌使老龄垃圾渗滤液中邻苯二甲酸二丁酯去除效率稳定在97％～98％，各优化步骤对目标污染物的降解率见图7。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种基于A/A/O系统高效稳定降解垃圾渗滤液中DBP的方法，其特征在于，采用A/A/O工艺处理垃圾渗滤液，所述垃圾渗滤液中DBP的浓度为13～88μg/L，所述垃圾渗滤液在A/A/O系统中的水力停留时间为2～6天，所述垃圾渗滤液在厌氧池、缺氧池、好氧池中的水力停留时间之比为1:1:4，所述A/A/O工艺的污泥内回流比为100％～300％，污泥外回流比为60％～100％，所述厌氧池、缺氧池、好氧池内均接种邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液中DBP的浓度为37～88μg/L。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液在A/A/O系统中的水力停留时间为3天。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧池中溶解氧浓度为0.1～0.3mg/L，所述缺氧池中溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L，所述好氧池中溶解氧浓度为7～7.5mg/L。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A/A/O工艺的污泥内回流比为200％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A/A/O工艺的污泥外回流比为60％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述邻苯二甲酸二丁酯降解优势菌为Pseudomonas sp.Fsh3。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液为老龄垃圾渗滤液，即填埋时间大于10年的垃圾的渗滤液。