馴化污泥對厭氧生物降解2，4－二氯酚的影響

程婷 ，黃兆琴 ，陳晨

（1.江蘇城市職業(yè)學院 城市科學系，江蘇 南京 210036；2.江蘇科技大學 生物與化學工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212018）

馴化污泥對厭氧生物降解2，4－二氯酚的影響

程婷1，黃兆琴1，陳晨2

（1.江蘇城市職業(yè)學院 城市科學系，江蘇 南京 210036；2.江蘇科技大學 生物與化學工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212018）

以2，4－二氯酚（2，4－DCP）為目標污染物，考察葡萄糖共基質(zhì)條件下厭氧污泥馴化過程中目標物的生物降解以及馴化污泥對2，4－DCP降解效果的影響。結(jié)果表明：厭氧污泥具有降解2，4－DCP的潛力，連續(xù)馴化2個月其對污染物的降解能力逐步增強。2，4，6－TCP（2，4，5－三氯酚）與2，4－DCP長期共存可加快厭氧污泥對2，4－DCP的降解速率，提高降解效果以及體系COD去除率。不同體系COD的去除率與目標物的生物降解有一定相關(guān)性。

氯酚類化合物；2，4－二氯酚；馴化污泥；生物降解

氯酚類化合物（CPs）被廣泛用作木材防腐劑、防銹劑、除草劑、殺菌劑和造紙等工業(yè)中，具有惡臭、異味和高度毒性［1，2］。 農(nóng)用除草劑 2，4－D、伊比磷和醫(yī)藥硫雙二氯酚等產(chǎn)品的合成需要大量地使用其中的產(chǎn)品 2，4－二氯酚（2，4－DCP），此類化合物具有環(huán)境毒性而且難以降解，因此是一種持久性有機污染物［3，4］。 許多研究表明，用于降解 CPs的接種物是否經(jīng)過馴化、用于馴化的馴化物種類以及經(jīng)過馴化的時間長短均有可能影響CPs的降解性、降解速率與降解途徑［5－7］。目前，關(guān)于氯酚類有機物降解的研究大多只集中在馴化后的降解活性上，馴化過程自身的特點則研究不多。一般認為，馴化機理的幾種可能是：（1）基因突變；（2）誘導；（3）最適底物耗盡后開始利用氯酚類有機物；（4）已具有降解活性的群體起始濃度較低［8］。本研究以2，4－DCP為目標污染物，考察其在厭氧污泥馴化過程中的降解以及馴化污泥對2，4－DCP的降解效果。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

以厭氧污泥為接種微生物，將其接種于一定容積的馴化瓶中，充氮氣密封置于恒溫培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)。在葡萄糖共基質(zhì)條件下，分別投加2，4－DCP、2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 的混合物進行馴化，在馴化過程中逐級提高氯酚的濃度，并補充葡萄糖營養(yǎng)液、微量元素營養(yǎng)液與NaHCO3緩沖液，并定期取樣分析上清液中2，4－DCP的濃度。葡萄糖營養(yǎng)液的組成 （mg／L） 為：C6H12O6·H2O 3000，KH2PO4270，K2HPO4350，NH4Cl 530，CaCl2·2H2O 75， MgCl2·6H2O 100；微量元素營養(yǎng)液的組成 （g／L） 為 ：CoCl2·6H2O 0.5，NiCl2·6H2O 0.05，Na2SeO30.05，CuCl2·2H2O 0.03，ZnCl20.05，H3BO30.05，MnCl2·4H2O 0.5， （NH4）6Mo7O24·2H2O 0.01；NaHCO3緩沖液（g／L） 為：1。

1.2 分析項目及方法

2，4－DCP采用高效液相色譜分析，色譜柱為150 mm × 4.6 mm Allsphere ODS－25U 反相柱，流動相為 2%HAC／CH3OH 30／70，流速 1.0 mL／min，分析檢測波長280 nm。COD值測定采用標準重鉻酸鉀法。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥馴化過程中污染物的降解

本試驗采用 2，4－DCP、2，4－DCP 與 2，4，6－TCP的混合物馴化厭氧污泥，考察不同污泥馴化過程中2，4－DCP的降解情況。由圖1可知，添加2，4－DCP 馴化的厭氧污泥和 2，4－DCP 與 2，4，6－TCP混合馴化的厭氧污泥幾乎不經(jīng)過滯后期就開始降解2，4－DCP，而厭氧污泥若想要較快地降解目標污染物則需要經(jīng)過長達2個多月的馴化。在馴化過程中，隨著氯酚濃度的不斷增加，厭氧污泥逐漸適應氯酚的毒性，從而不斷增強其降解能力。這表明厭氧微生物具有降解氯酚的潛力，誘導此種潛力所需的時間較短，而富集一定量的具有降解活性的微生物則需較長時間。

由圖1還可看出，在馴化初期 （1～20d），2，4－DCP 馴化的厭氧污泥對 2，4－DCP 的降解效果好于 2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 混合馴化的厭氧污泥； 而當馴化進行到 30d時，2，4－DCP與2，4，6－TCP混合馴化的厭氧污泥降解效果明顯提高，它在之后（31～70 d）的馴化中降解能力較單一的2，4－DCP馴化污泥強。當污泥馴化進行到60d 時再次添加同等濃度（26 mg／L）的 2，4－DCP，2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 混合馴化的厭氧污泥在10d內(nèi)對目標物的降解率達到90%以上，而2，4－DCP馴化污泥對目標物的降解率為68%。推測馴化初期 2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 毒性的積累使混合馴化污泥對目標物的降解受到影響，而馴化后期微生物逐漸適應兩種氯酚的毒性，2，4，6－TCP的存在促進了厭氧污泥對目標物2，4－DCP的降解。有研究指出［9］，單獨氯酚類物質(zhì)馴化一般均需要2周左右的滯后期才開始出現(xiàn)厭氧降解氯酚類有機物的活性。本試驗的前20 d氯酚投加濃度較低（＜10 mg／L），推測目標物濃度的迅速下降以吸附為主。

圖1 污泥馴化過程中2，4－DCP的降解

污泥馴化過程中2，4－DCP的降解速率如表1所示。由表1可知，隨著污泥馴化時間的延長，目標物的降解速率基本呈增加趨勢。2，4－DCP馴化污泥對目標物的降解速率從 1－8 d的 0.57 mg·l－1d－1提高到 45－60 d 的 1.27 mg·l－1d－1， 再提高 到 60 －70 d 的 2.39 mg·l－1d－1；2，4 －DCP 與2，4，6－TCP混合馴化污泥對目標物的降解速率高于 2，4－DCP 馴化污泥，降解速率從 1－8 d 的 0.57 mg·l－1d－1提高到 45－60 d 的 1.40 mg·l－1d－1， 再提高到 60－70 d 的 2.64 mg·l－1d－1。 表明 2，4，6－TCP與 2，4－DCP 混合馴化污泥對 2，4－DCP 的降解表現(xiàn)出更高的潛力。 全向春等［10］的研究指出，4－CP與 2，4－DCP 長期共存時，2，4－DCP 的降解速率高于單一 2，4－DCP 作為基質(zhì)時的降解速率。2，4，6－TCP與2，4－DCP分子結(jié)構(gòu)相類似，推測在本試驗中 2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 的共存誘導厭氧微生物分解出更多促進2，4－DCP降解的酶或酶體系，從而得到對目標物更好的降解效果。

表1 污泥馴化過程中2，4－DCP的降解速率

2.2 污泥馴化過程中的COD濃度變化

本試驗對厭氧污泥馴化過程中的COD濃度變化也進行了測定（如圖2所示）。由圖2可知，氯酚的加入對COD的濃度變化有較大的影響。結(jié)合圖1厭氧污泥馴化過程中2，4－DCP的濃度變化可知，當添加2，4－DCP的濃度在6 mg／L以上時，COD的降解速率顯著變慢，說明氯酚的加入對微生物降解葡萄糖產(chǎn)生了一定的抑制。而隨著馴化時間的延長，厭氧污泥逐漸適應氯酚的毒性，COD的降解速率也逐漸恢復。由圖2還可以看出，2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 混合馴化的厭氧污泥體系在前16d內(nèi)COD的降解速率比單一2，4－DCP馴化污泥體系慢；而隨著馴化時間的延長（28－65 d），體系COD的降解速率高于單一2，4－DCP馴化污泥體系， 表明 2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 長期共存時，厭氧微生物菌群適應毒性的能力更強，它對目標物及有機物的降解效果均更好。由圖1和圖2的實驗結(jié)果可知，同一個反應系統(tǒng)中氯酚與COD的濃度變化有一定的相關(guān)性，這與李萍等［7］以葡萄糖為共代謝基質(zhì)馴化五氯酚（PCP）得到的研究結(jié)果相一致。推測厭氧微生物的代謝酶并非絕對專一，它們在降解輔助碳源的同時也在附帶降解目標污染物2，4－DCP。此外，由于厭氧污泥本身的COD濃度較高，因此測定的體系COD濃度基本維持在1000 mg／L以上。

2.3 不同馴化污泥對2，4－DCP的降解

馴化污泥對2，4－DCP的降解效果如圖3所示，各體系初始pH為7，厭氧污泥接種量276 mg VSS／L。與未馴化污泥相比，馴化污泥可顯著提高2，4－DCP 的降解效果，且 2，4－DCP 與 2，4，6－TCP混合馴化污泥對目標物的降解效果最好。2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 混合馴化污泥在 190h 時對2，4－DCP的降解率為 90%以上，214h完成目標物的完全降解；2，4－DCP馴化污泥在190 h時對目標物的降解率為65%，288 h達90%以上，300 h完全降解；而未馴化厭氧污泥對2，4－DCP的降解效果較差，190 h時目標物降解率為45%，300 h時污染物仍殘留30%。

此外，馴化與未馴化厭氧污泥對2，4－DCP的降解都需要經(jīng)過吸附、解析、生物降解的過程。厭氧微生物對目標污染物的作用在反應初期主要以吸附為主，較短的時間內(nèi)（分別為23～33 h）達到平衡并開始解析，解析之后在較長的一段時間內(nèi)完成對目標污染物的降解。圖3中不同厭氧污泥對2，4－DCP的降解均經(jīng)過了較長時間的滯后期，推測濃度為30 mg／L的 2，4－DCP對微生物毒性較大，它需要經(jīng)過較長時間的適應期才能降解。

圖3 不同馴化污泥對2，4－DCP的降解效果

試驗同時測定了不同厭氧污泥體系反應始末的COD值變化（圖4），以間接反映有機物的厭氧生物降解性。由圖4所示的不同厭氧污泥體系的COD去除率可知，不同體系COD的去除率與2，4－DCP的降解效果有一定的相關(guān)性。對比不同馴化污泥對2，4－DCP的降解效果，我們可以發(fā)現(xiàn)：未馴化污泥對COD的去除率較差，僅為51%；2，4－DCP馴化污泥體系對COD的去除效果較好，為 71%；2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 混合馴化污泥對COD的去除率最高，在80%以上。

圖4 厭氧污泥體系COD的去除率

3 結(jié)論

（1）厭氧污泥具有降解氯酚的潛力，連續(xù)馴化過程中厭氧污泥降解2，4－DCP的能力逐步增強，降解速率逐步提高。

（2）當厭氧污泥的馴化基質(zhì)為 2，4－DCP與2，4，6－TCP的混合物時，馴化過程中目標污染物2，4－DCP與 COD的降解效果均好于單一 2，4－DCP馴化的厭氧污泥。

（3）與未馴化污泥相比，馴化污泥對 2，4－DCP的降解效果明顯提高，其中 2，4，6－TCP與2，4－DCP混合馴化污泥對目標物的降解效果最佳。

（4）不同厭氧污泥體系 COD的去除率與2，4－DCP的降解效果有一定的相關(guān)性。

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10.3969／j.issn.1007－2217.2011.04.006

2011－09-20