废水中硝基酚类化合物生物降解研究
随着化学工业的发展，大量有毒难降解有机物随工业废水的排放进入环境，这些物质能在自然环境中长期存在、积累和扩散，通过食物链对动植物的生存及人类的健康造成不良影响。目前，对废水中有毒难降解有机物的控制是水污染防治中的重要课题之一。
硝基酚类化合物是重要的有毒难降解有机物，被广泛用于农药、医药、染料、炸药以及橡胶工业生产中，其中2-硝基酚、4-硝基酚和2，4-二硝基酚由于毒性较大，被美国环保局列为“优先控制污染物名单”。目前，国内外关于废水中硝基酚生物降解的研究，还存在多方面的缺陷，主要包括：①由于生物代谢过程较复杂、影响因素较多，关于硝基酚的生物毒性和降解性不同研究者所得结果差别较大，有些结论甚至相反；②用连续流生物处理装置研究废水中硝基酚的去除效果和反应器运行性能，对弄清含硝基酚废水生物处理的可行性极为重要，目前关于这方面的研究较少，特别是用高效厌氧反应器的研究很少；③缺乏有关硝基酚生物降解动力学的研究；④厌氧条件下硝基酚的转化途径和机理尚不明确。
针对国内外有关废水中硝基酚生物降解研究方面的不足，本论文采用不同方法系统研究了几种硝基酚的好氧和厌氧毒性和降解性，用UASB反应器详细全面研究了3-硝基酚和2，6-二硝基酚的厌氧降解性能及反应器运行状况，采用厌氧间歇实验和好氧SBR反应器研究了3-硝基酚、2，6-二硝基酚和2，4-二硝基酚的生物降解动力学。通过本论文研究，得到以下主要结论。
(1)厌氧间歇实验表明，3-硝基酚、4-硝基酚、2，4-二硝基酚和2，6-二硝基酚达到一定浓度时，都会对厌氧微生物产生抑制作用；5种硝基酚厌氧毒性大小的顺序为2，4-二硝基酚>2，6-二硝基酚>4-硝基酚>3-硝基酚>2-硝基酚；共基质不同产生的毒性抑制作用大小不同，以葡萄糖为共基质比用混合有机酸毒性更小。由于毒性较大，2，4-二硝基酚和2，6-二硝基酚难以厌氧生物降解，5种硝基酚厌氧降解性顺序为2-硝基酚>3-硝基酚>4-硝基酚>2，6-二硝基酚>2，4-二硝基酚。
(2)通过厌氧间歇实验研究了3-硝基酚、2，6-二硝基酚和2，4-二硝基酚不同条件下的厌氧降解动力学，结果这3种硝基酚的降解速率与浓度之间的关系符合Andrews非竞争性抑制模型。3种硝基酚的最大比降解速率，总体来看单基质条件下比共基质时小；不同条件下3-硝基酚、2,6-二硝基酚和2,4-二硝基酚的最 大比降解速率范围分别为12.3～47.8、20.0～144.9和44.1～132.0 mg／gVSS·d。(3)用3-硝基酚和2,6-二硝基酚分别对2个UASB反应器中的颗粒污泥进 行驯化，历时117 d形成可以有效代谢硝基酚的厌氧颗粒污泥；在驯化过程中颗 粒污泥继续凝聚增大，性能进一步提高。驯化结束时，2个反应器内颗粒污泥的 类型及表层的微生物相基本一致，污泥颗粒密实、粒径较大，微生物以丝状菌为 主并包含较多的杆状菌。
(4)用UASB反应器处理含3-硝基酚的废水是可行的。以葡萄糖为共基质 条件下，HRT保持在26 h、进水3-硝基酚浓度低于260 mg／L时，3-硝基酚几乎 全部被去除；3-硝基酚厌氧降解的主要中间产物是3-氨基酚。进水葡萄糖含量对 3-硝基酚的转化影响较大，要保证3-硝基酚的去除效果，进水中必须保持一定浓 度的葡萄糖。水力停留时间由26 h降到12 h，对3-硝基酚的降解影响不大，说 明厌氧颗粒污泥对3-硝基酚已有了较强的适应性。
UASB反应器中2.6-二硝基酚的降解研究表明，以葡萄糖为共基质、HRT保持 在35 h、进水2，6-二硝基酚浓度高达180 mg／L时，2.6-二硝基酚的去除率在98％ 以上，说明UASB反应器中的颗粒污泥经过驯化后，可以承受较大的2,6-二硝基 酚负荷，用UASB反应器去除废水中2,6-二硝基酚是可行的。
在IJASB反应器中，硝基酚的降解很快，在反应器的底部4cm以下，绝大部分 的硝基酚已被去除。
(5)用城市污水处理厂好氧活性污泥作为接种微生物，测试分析了3-硝基 酚、2,4-二硝基酚和2,6-二硝基酚的好氧生物降解性和毒性，结果表明测试方法 不同得到的结论不同。据BOD5／CODcr比值判断，3种硝基酚都为不易生物降解物质； 而PCD测试结果说明，3-硝基酚属于易生物降解的，2,4-二硝基酚为可生物降解 的，2,6-二硝基酚属于难生物降解的。硝基酚好氧生物降解性顺序为3-硝基酚> 2,4-二硝基酚>2,6-二硝基酚。据相对耗氧速率和脱氢酶活性测试结果，硝基酚 好氧毒性大小顺序为2,6-二硝基酚>2,4-二硝基酚>3-硝基酚。
(6)SBR反应器中硝基酚好氧降解研究表明，3-硝基酚、2,4-二硝基酚和 2,6-二硝基酚浓度较低时，降解过程符合零级反应动力学模式；浓度较高时，符． 合Andrews抑制模型。3-硝基酚、2,4-二硝基酚和2,6-二硝基酚的最大比降解速 率分别为110～3420、6.7～260和5.7～20 mg／(gVSS·d)。
硝基酚;降解性;降解动力学
中国海洋大学
博士
环境工程
郑西来
2006
中文
X703.1
131
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）