苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性研究

第*’卷第)期’(年)月环!!境!!科!!学+,-./0,1+,23456.+,6+-7;B*’$,7B)1C$’(苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性研究马小云$万金泉华南理工大学环境科学与工程学院$工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室$广州!)(((%#摘要!通过改变苯酚的浓度$研究厌氧颗粒污泥的产甲烷比活性513#(胞外多聚物+V5#产生量和组分多糖(蛋白质以及辅酶=E’(的变化情况$以明确苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性作用影响$并采用红外光谱分析了不同浓度苯酚作用对+V5分子结构的影响B结果表明$苯酚浓度r((FUO4时$对厌氧颗粒污泥的影响很小$污泥的产甲烷活性(辅酶=E’(和+V5都基本没发生变化B当苯酚浓度从((FUO4上升至E((FUO4时$厌氧颗粒污泥的产甲烷比活性从$*‘EF4OU)?#下降至)$‘%F4OU)?#*对照组为’)#‘%F4OU)?#+’厌氧颗粒污泥-55中辅酶=E’(含量从(‘EF7;OU减少至(‘(&F7;OU对照组为(‘)EF7;OU#’厌氧颗粒污泥-55中+V5的总量用206表示#从**‘FUOU降低至)‘(FUOU对照组为*&‘)FUOU#B当苯酚浓度增加至&((FUO4时$从红外光谱分析+V5分子结构表明$+V5的分子结构发生了改变$苯酚对+V5分子结构影响很大B关键词!苯酚’产甲烷比活性’胞外多聚物’辅酶=E’(’分子结构中图分类号!_$!文献标识码!3!文章编号!(’)(D**(’(#()DE(’D()收稿日期#’((D()D’E’修订日期#’((D($D#基金项目#广东省节能减排重大专项’((&3(&(&((((*#作者简介#马小云#&%g#$女$硕士研究生$主要研究方向为工业废水的厌氧处理$+DFCA;!EE’E$’%)$JbbBL7F)#*K+(D+]’7’)K+120%(+4)+(F%&+3’7@&F(#4F&4#*9%13_AC7D8$c3,]A8DbC82:@^@4CQ7KC97K7RV7;;9A786789K7;C8?+L7MM9@F/@M97KC9A78A8.8?M9K6;M9@KM$1A8AM9K7R+?LC9A78$67;;@U@7R+8SAK78F@89C;5LA@8L@C8?+8UA8@@KA8U$579:6:A8CX8AS@KMA97R2@L:87;7U$ZC8Ue:7)(((%$6:A8C#3,)&F7)!278?@KM9C8?9:@97IALA97RN:@87;97C8C@K7QALUKC8;CKM;?U@$9:@L:C8U@M7RMN@LARALF@9:C87U@8ALCL9ASA9513#$@I9KCL@;;;CKN7;F@KALMQM9C8L@+V5#L78M9A9@89MC8?L7@8eF@=E’(L78L@89KC9A787RC8C@K7QALUKC8;CKM;?U@C9SCKA7MN:@87;L78L@89KC9A78MP@K@A8S@M9AUC9@?B1@C8P:A;@$=7KA@K9KC8MR7KFA8RKCK@?MN@L9K7F@9KPCMM@?97C8C;e@9:@M9KL9K@7R+V5B2:@K@M;9MM:7P9:C99:@N:@87;:CM;A99;@@RR@L978C8C@K7QALUKC8;CKM;?U@P:@89:@L78L@89KC9A787RN:@87;AM;@MM9:C8((FUO4Bc:@89:@N:@87;L78L@89KC9A78A8LK@CM@MRK7F((FUO497E((FUO4$9:@MN@LAC;F@9:C87U@8ALCL9ASA9513#?@LK@CM@MRK7F$*‘EF4OU)?#97)$‘%F4OU)?#$L7@8eF@=E’(L78L@89KC9A78?@LK@CM@MRK7F(‘EF7;OU97(‘(&F7;OU$C8?+V5L78L@89KC9A78$P:AL:AMK@NK@M@89@?Q206$?@LK@CM@MRK7F**‘FUOU97)‘(FUOU$P:@89:@513C8?9:@L78L@89KC9A787RL7@8eF@=E’(C8?+V5A89:@Q;C8H9@M9CK@’)#‘%F4OU)?#$(‘)EF7;OUC8?*&‘)FUOUK@MN@L9AS@;B2:@C8C;MAM7RF7;@L;CKM9KL9K@7R+V5PA9:=7KA@K9KC8MR7KFA8RKCK@?MN@L9K7F@9KM:7PM9:C9A9:CMQAU@RR@L978F7;@L;CKM9KL9K@7R+V5P:@89:@N:@87;L78L@89KC9A78AM&((FUO4BA%KJ+&*,!N:@87;’MN@LAC;F@9:C87U@8ALCL9ASA9513#’@I9KCL@;;;CKN7;F@KALMQM9C8L@+V5#’L7@8eF@=E’(’F7;@L;CKM9KL9K@!!厌氧生物法处理含苯酚废水具有能耗低(容积负荷高(可产生能源等优势*gE+B但苯酚会引起微生物体内蛋白质的凝固和变性$从而在很大程度上抑制厌氧微生物的活性*)$%+$使厌氧生物法处理含酚废水的应用受到限制B目前国内外厌氧生物法处理含苯酚废水的研究集中在如何提高系统对高浓度废水的处理能力和抗冲击负荷能力$文献*$’$$+采用X35T处理含苯酚废水$发现在常温和高温条件下苯酚去除率均能达到#&j$但是反应器于常温条件下运行比在高温条件下更加稳定$而且常温和高温条件下污泥的活性都比较低BTCGCG等*&+是在高温厌氧消化的环境下延长反应器的启动时间$提高苯酚的去除率至#Ej$但是由于苯酚抑制了微生物的活性$反应器的启动周期过长B然而目前对其微生物的毒性抑制的研究还不够深入*#+B因此$研究苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性作用很有必要$而且对工程上厌氧生物法处理含酚废水有实际的指导作用B为揭示苯酚对厌氧颗粒污泥的抑制机制$本研究从以下*个方面考察了苯酚对.6厌氧反应器中颗粒污泥的毒性作用!$厌氧颗粒污泥产甲烷比活性MN@LARALF@9:C87U@8ALCL9ASA9$513#随苯酚浓度增加发生的变化’%厌氧颗粒污泥中辅酶=E’(及胞外多聚物@I9KCL@;;;CKN7;F@KALMQM9C8L@M$+V5#的含量受苯酚影响而发生的改变’&利用红外光谱分析探讨厌氧颗粒污泥中+V5的组分和分子结构的变化B)期马小云等!苯酚对厌氧颗粒污泥的毒性研究MN材料与方法MOM!厌氧颗粒污泥以广纸集团.6厌氧反应器中的颗粒污泥为接种污泥$将葡萄糖合成废水在’4.6厌氧反应器中长期培养BMOP!实验用水采用自配的有机废水$60W为’(((FUO4$用葡萄糖(氯化铵(磷酸二氢钾按60Wo,oVk’((o)o的质量比配制而成B同时加入=@’a(67’a(18’a(,A’a(17’a等微量元素$并根据运行情况加入适量,C\60*以维持反应器内部的N\值在%‘&g$‘’之间BMOE!苯酚对厌氧颗粒污泥毒性实验在’)(F4的反应瓶中加入)(F4合成废水$再加入厌氧颗粒污泥$使挥发性悬浮物-55#浓度为)U)4i左右$调节N\至$‘($并设不加苯酚的对照组$置于’)m水浴条件中B反应一共进行E?B第?$加入)(F4合成废水$并加入不同质量的苯酚$使反应瓶中苯酚的浓度分别为’)()(((((’(((E(((&((FU)4i$测定累积产甲烷量$并在第’E:时分析反应瓶中厌氧颗粒污泥的辅酶=E’(及胞外多聚物+V5#B接下来的$’:是恢复性实验B第’?$将第?的反应瓶中的溶液全部倒掉$并用少量水淘洗污泥$再加入)(F4不含苯酚的合成废水$测定累积产甲烷量B第*?和第E?的工作与第’?一样BMOQ!测定方法-55的测定$采用重量法*(+’产甲烷比活性$采用排水法*+’厌氧颗粒污泥中辅酶=E’(的测定$采用紫外分光光度法*’+’胞外多聚物的提取与测定$采用硫酸法**+提取$多糖的测定采用苯酚硫酸法*E+$蛋白质的测定采用考马斯亮蓝ZD’)(法*E+’+V5总量用206表示’胞外多聚物组分变化和分子结构的测定$采用超声波法*)+提取胞外多聚物$红外光谱仪扫描分析$傅里叶变换红外光谱仪=7KA@K9KC8MR7KFA8RKCK@?MN@L9K7ML7N$=2./#,AL7;@9%$((美国#BPN结果与讨论POM!厌氧颗粒污泥的513随苯酚浓度的变化通过改变苯酚的浓度’)()(((((’(((E(((&((FU)4i#$研究了苯酚对厌氧颗粒污泥产甲烷比活性的影响B图为厌氧颗粒污泥的513随苯酚浓度的变化$由图可知$随着反应瓶中苯酚浓度的增加$其累积产甲烷量在递减$而且污泥的活性恢复难度逐渐递增$甚至无法恢复B说明水样中不同浓度的苯酚对污泥活性产生不同程度的影响B图MN厌氧颗粒污泥的\随苯酚浓度的变化=AUB!.8:AQA9A78C8?K@GS@8C9A787RF@9:C87U@8ALCL9ASA97RC8C@K7QALUKC8;CKM;?U@在恢复实验中$将前一天反应瓶中的溶液倒掉$并用少量水淘洗污泥$再加入)(F4不含苯酚的合成废水$测定了此条件下厌氧颗粒污泥的累积产甲烷量B从图可知$苯酚浓度为’)FUO4和)(FUO4时$苯酚对厌氧颗粒污泥的累积产甲烷量基本上没有影响B苯酚浓度为((FUO4时$在第*?的恢复实验中$厌氧颗粒污泥的513基本上得到了恢复B苯酚浓度为’((FUO4时$累积产甲烷量降为%F4O?对照组为&&F4O?#$在第*?的恢复实验中$累积产甲烷量勉强恢复到对照组的&(j$而且在第E?基本上没什么变化B苯酚浓度为E((FUO4时$累积产甲烷量降为*%F4O?$在第’?的恢复实验中$累积产甲烷量恢复到对照组的)(j$在第*?和第E?基本上没有变化B苯酚浓度为&((FUO4时$累积产甲烷量降为**F4O?$而且接下来的恢复性实验中累积产甲烷量几乎没有发生变化$说明苯酚对厌氧颗粒污泥菌体有致死作用$污泥活性无法恢复B为考察苯酚毒性与其浓度的关系$测定了不同质量浓度的苯酚’)g&((FUO4#对.6厌氧反应器中厌氧颗粒污泥513的影响B以513抑制分数表示苯酚对厌氧颗粒污泥的抑制程度B513及其抑制分数的计算公式如下!$’EEF=-55*(E环!!境!!科!!学*’卷[$(K$$(=((N式中$$为适应颗粒污泥的产甲烷比活性$F4)U)?#i’E为产甲烷速率即曲线中最大活性区间的平均斜率#$F4O:’F为反应器中液体体积$4’-55为反应器中污泥浓度$UO4’[为513抑制分数$j’$(和$分别为对照实验颗粒污泥产甲烷比活性和受苯酚毒性作用’E:后的实验颗粒污泥产甲烷比活性$F4)U)?#iB图’为苯酚浓度与厌氧颗粒污泥的产甲烷比活性$及513抑制分数[的关系图B从图’中可知$苯酚对厌氧颗粒污泥有较强的毒性作用B随着苯酚浓度增加$污泥的产甲烷比活性依次降低B苯酚浓度为’)FUO4和)(FUO4时$对厌氧颗粒污泥的产甲烷比活性抑制很少$513分别为’’$‘%F4)U)?#i和’’(‘)F4)U)?#i*对照组为’)#‘%F4)U)?#i+$抑制分数分别只有’j和)jB当苯酚浓度为从((FUO4上升至E((FUO4时$厌氧颗粒污泥的产甲烷比活性从$*‘EF4)U)?#i下降至)$‘%F4)U)?#i*对照组为’)#‘%F4)U)?#i+$下降了%%‘&jB在实验过程中发现$当苯酚浓度较高时$发酵液变浑浊’苯酚浓度越高$浑浊度越大B这表明苯酚对厌氧颗粒污泥菌体有致死作用B图PN苯酚对厌氧颗粒污泥\的影响=AUB’!+RR@L97R?ARR@K@89N:@87;L78L@89KC9A7878513POP!厌氧颗粒污泥中辅酶=E’(含量随苯酚浓度的变化辅酶=E’(L7@8eF@=E’(#$又称E’(因子=CL97KE’(#$是产甲烷菌特有的辅酶之一B不同的产甲烷菌$它们的含量有所不同B除在反自甲