选择性生物强化处理苯胺与易降解基质共存废水

Posted 2023-01-13 反应器

篇首语：一卷旌收千骑虏，万全身出百重围。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了选择性生物强化处理苯胺与易降解基质共存废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

生物强化技术是通过向生化系统中投加专效微生物，强化去除某一种或某一类目标污染物的技术〔1〕。由于实际工业废水中微生物之间存在种群竞争，以及微生物优先选择易降解有机物为食物来源，导致生物强化过程中所投加的专效菌种种群消失，进而导致生物强化在工业废水处理中的应用距离实际工程应用还有很大一段距离〔2〕。因此，笔者研究在易降解基质存在下，投加生物强化菌株对目标污染物的降解特性具有实际意义。

对甲苯胺相对蔗糖是一种较难被微生物降解的物质。笔者研究通过对甲苯胺降解菌（Stenotrophomonassp. AT1-3）的投加，考察在高浓度易降解有机物蔗糖共存条件下对甲苯胺专效降解菌的降解选择性及稳定性，以及对活性污泥的影响，旨在为生物强化技术在此类混合废水的实际应用中提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 生物强化菌株和活性污泥来源

生物强化菌株为实验室筛选分离得到的对甲苯胺降解菌AT1-3，经16SrRNA 分析鉴定为寡养单胞菌Stenotrophomonas sp.；试验所用活性污泥来自学校中水处理站的曝气池。

1.2 反应器

试验装置如图1 所示。序批式反应器直径为20 cm，高为30 cm，有效体积8 L，接种活性污泥2 L，每周期进水5 L（不装填料）。投加对甲苯胺降解菌的反应器为强化反应器，不投加对甲苯胺降解菌的反应器为对照反应器。两个反应器均在室温下运行，每周期8 h，进水1 min，反应时间6 h，出水0.5 h，静置1.5 h。反应时控制溶解氧为2～4 mg/L。

1.3 分析方法与仪器

分析方法：COD 采用可见分光光度法600 nm 处测定，对甲苯胺采用紫外分光光度法225 nm 处测定。

试验仪器：雷磁571-1 型COD消解装置（上海雷磁仪器厂），722S 可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司），752N 紫外分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），DZS-707 水质多参数分析仪（上海精密科学仪器有限公司）。

2 结果与讨论

2.1 生物强化菌株对污泥沉降性能的影响

SV30随反应器运行时间的变化如图2 所示。

由图2 可见，在反应器运行的第1～11天中，两组反应器SV30呈上升趋势，强化组的SV30始终高于对照组。11 d 后，强化组的SV30低于对照组。在第25～31 天时，强化组的SV30有明显下降，静置沉淀时泥水分界线明显，并出现淡黄色小颗粒状污泥。

在反应器启动初期，反应器中微生物增殖迅速，活性污泥质地松散，沉降性能不佳。强化组中由于强化菌株的投加，反应器中微生物菌群处于调整过程，因此导致强化组沉降性能略低于对照组。在反应器运行一段时间后，专效菌株的投加促进了细菌群落结构的转变〔3〕，强化组系统内除原有活性污泥细菌外，寡养单胞菌AT1-3 也适应了环境，并能稳定降解对甲苯胺，使得反应器中微生物生态系统趋于稳定，因此活性污泥的沉降性能改善〔4〕。

2.2 生物强化对pH 的影响

随着反应周期内对甲苯胺的降解，反应器内pH呈下降的趋势，具体变化情况如表2 所示。

由表2 可见，强化组的pH 下降速率和下降幅度都显著大于对照组。这是由于邻位开环途径广泛存在于芳烃类化合物（苯胺、苯甲酸、苯酚等）的微生物降解中〔5〕，该代谢途径可产生有机酸引起pH 的下降。而强化组中投加的寡养单胞菌AT1-3 可有效提高对甲苯胺的降解速率。因此强化组的pH 下降速率和下降幅度显著大于对照组。

2.3 生物强化对电导率和TDS 的影响

对照组与强化组一个周期内电导率和TDS 的变化如图3 所示。

由图3 可见，对照组（强化组）的电导率和TDS在反应周期内都呈下降趋势，并且下降速率和下降幅度总体相似。这是因为电导率和TDS 具有一定的对应关系，电导率间接反映了水中溶解盐的含量〔6〕。由于进水成分中，多数物质为离子型化合物及无机盐离子，在反应器运行中不断被微生物分解或吸收利用，导致溶液中总的可溶性盐类和有机物减少，从而使电导率和TDS 不断下降。

对比图3 中强化组的电导率和TDS 可见，在3.5～5.0 h 有一个平台区，TDS 的这一平台区表现的更为显著，随后电导率和TDS 又急剧下降。强化组电导率和TDS 平台区的差异，是因为TDS 除包括不易挥发的可溶性盐类，还包括有机物及一些不溶性微粒。而相对于对照组，强化组平台区的出现是由于寡养单胞菌AT1-3 在降解对甲苯胺的过程中存在抑制效应，因为不同微生物对苯胺类化合物废水的降解机理表现具有明显的差异〔7〕，其中在好氧条件下，苯胺类化合物可以通过两种途径进行代谢，即间位和邻位代谢途径〔8〕。

2.4 生物强化对COD 和对甲苯胺降解效果的影响

为深入分析易降解基质存在对目标污染物去除影响的机制，分别对强化组和对照组对COD 和对甲苯胺的去除作用进行了研究，结果如图4、图5 所示。

由图4 可见，对照组中的微生物开始逐渐对COD 进行降解，出水COD 维持在66 mg/L 左右，去除率整体维持在72%～81%。强化组由于有专效菌种的投加，其比对照组启动快，前5 d 的COD 去除率呈线性增长，出水COD 从255 mg/L 下降到72 mg/L，去除率可达到71%，随后反应器稳定运行，出水COD维持在60 mg/L 左右，其出水COD 略低于对照组。

由图5 可见，对照组出水中对甲苯胺浓度逐渐降低，对甲苯胺的去除率总体呈上升趋势，最终去除率为40%。而强化组仅在前5 d 的运行中，对甲苯胺的去除率就从20%上升至70%，明显高于对照组，且在试验近百个周期内效果保持稳定。

笔者试验结果表明，在易降解有机物蔗糖存在条件下，寡养单胞菌AT1-3 对目标污染物对甲苯胺能够进行选择性降解。分析原因为：反应器中固有菌对对甲苯胺的降解能力比较差，且对甲苯?a href='http://www.baiven.com/baike/224/298105.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>范云渚哂幸欢ㄒ种谱饔谩６炕旯蜒グ鶤T1-3 经长期驯化培养，对对甲苯胺的降解具有稳定性，故其仍能高效降解对甲苯胺。李久安等〔9〕也指出生物强化技术能够高效去除目标污染物，优化系统菌群结构和增强功能稳定性等功能。。

综上所述，专效菌株寡养单胞菌AT1-3 的投加能够实现对目标污染物的专效降解，起到较强的生物强化效果且该菌株在降解过程中性能稳定，具有种群竞争优势。

3 结论

（1）寡养单胞菌AT1-3 被引入生物反应器可改善活性污泥沉降性能。（2）强化组的pH 下降速率及下降幅度都显著大于对照组。（3）对照组和强化组的电导率和TDS 在反应周期内都呈下降趋势，并且下降速率和下降幅度总体相似，这说明电导率和TDS之间存在一定的对应关系。（4）投加专效菌AT1-3能加速反应器的启动，在易降解有机物存在下，能专效降解目标污染物。且在运行的近百个周期中，对目标污染物的降解效果保持稳定。