水生植物-微生物復(fù)合凈化N,n-二甲基甲酰胺污染河水技術(shù)及其機(jī)理研究.pdf

1、N，N-二甲基甲酰胺（N，N-dimethylformamide，DMF）是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、廣泛用于制革、石油化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等行業(yè)的有機(jī)溶劑，可與水及大部分有機(jī)溶劑以任意比互溶。由于企業(yè)偷排、漏排、治污不力等多種原因，大量含DMF廢水進(jìn)入水體，對水體生態(tài)環(huán)境和人群健康造成了嚴(yán)重的危脅。本文針對已成功應(yīng)用于溫州北山河、嶼田河、上莊河等多條受DMF污染河道修復(fù)的水生植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行深入的機(jī)理探討，以期為該技術(shù)的優(yōu)化、推廣提供理論

2、基礎(chǔ)。論文模擬天然河道，構(gòu)建了10m長的水生植物-微生物復(fù)合生態(tài)槽（簡稱生態(tài)槽），研究了不同植物和微生物組合的生態(tài)槽對DMF污染河水的凈化性能，DMF脅迫下水生植物生理生化特性及DMF的降解機(jī)制，DMF高效降解菌株的選育、鑒定與性能，及水生植物殘?bào)w的資源化利用等內(nèi)容。主要得到如下結(jié)果和結(jié)論:
　　1、復(fù)合生態(tài)槽可以有效控制污染河水中的DMF、化學(xué)需氧量(COD)和氨氮(NH4+-N)。停留時(shí)間為10d、7d和5d下，污染河水DMF

3、濃度為75.42-161.05mg·L-1時(shí)，DMF的降解轉(zhuǎn)化在生態(tài)槽1＃和2撐內(nèi)即已完成，1＃DMF的降解轉(zhuǎn)化效率分別平均為91.7％、85.4％和68.3％。總有機(jī)碳(TOC)濃度為36.26-79.55mg·L-1時(shí)，各槽出水TOC濃度逐級降低，平均去除率分別為72.2％、64.7％和63.0％。生態(tài)槽出水COD濃度為8.0-44.8mg·L-1，平均23.5mg·L-1，基本滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)之

4、V類水標(biāo)準(zhǔn)。
　　2、隨著DMF的降解，NH4+-N濃度經(jīng)1＃處理后上升，又在隨后的2-5＃逐級降低，停留時(shí)間為10d、7d和5d時(shí)，5＃出水NH4+-N平均濃度分別為2.58、3.41和5.85mg·L-1，總氮(TN)平均濃度分別為4.74、5.92和8.47mg·L-1。各槽硝態(tài)氮(NO3--N)、亞硝態(tài)氮(NO2--N)濃度均小于0.5mg·L-1。NH4+-N去除的主要機(jī)理為植物的吸收作用。曝氣可明顯促進(jìn)NH4+-N的去

5、除，生態(tài)槽出水NH4+-N濃度可降至0.89mg·L-1，與未曝氣相比，下降84.8％，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)之Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，但TN去除未有明顯改善。竹纖維生物載體接種反硝化菌有利于TN的去除，生態(tài)槽出水TN濃度可降至4.58mg·L-1，平均去除率為76.7％，比接種前提高35.0％。
　　3、DMF濃度為0-800mg·L-1時(shí)，對水花生的生長有一定的促進(jìn)作用，對圓幣草的生長基本無影響。DMF≤40

6、0mg·L-1時(shí)，可促進(jìn)狐尾藻和黃花水龍的生長。DMF脅迫下，4種植物的葉綠素a(chla)和總?cè)~綠素(Tchl)均低于對照。且隨DMF濃度升高，chla、Tchl均呈下降趨勢。狐尾藻和黃花水龍超氧化物岐化酶(SOD)活性受DMF影響較小。圓幣草的SOD活性隨DMF濃度增加而增大;水花生則先升后降，當(dāng)DMF濃度為400mg·L-1時(shí)，達(dá)最大值928.7U·gFW-1。狐尾藻的過氧化物酶(POD)活性未檢出。其他3種植物中，水花生的POD

7、活性最高，最大值為16251.25U·gFW-l·min-1(DMF400mg·L-1)。圓幣草和水花生根系對DMF有較強(qiáng)的耐受性能，根系活力隨DMF脅迫增強(qiáng)而增大。低濃度DMF對黃花水龍的根系活力有一定的促進(jìn)作用，當(dāng)DMF濃度為100mg·L-1時(shí)，黃花水龍的根系活力較對照提高了111.7％。而狐尾藻的根系活力則下降，當(dāng)DMF濃度為400mg·L-1時(shí)，根系活力由408.49ugTTF·gFW-1·h-1降至191.29ugTTF·

8、gFW1·h-1，下降53.2％。
　　4、水生植物對DMF的生物降解具有一定的促進(jìn)作用，水生植物-微生物復(fù)合系統(tǒng)中DMF的去除率比微生物系統(tǒng)高4.3-5.8％。復(fù)合系統(tǒng)可改善NH4+-N和TN去除，5d后，其中NH4+-N、TN濃度分別降至2.72-5.17mg·L-1、5.11-6.56mg·L-1，分別比微生物系統(tǒng)下降69.5-84.0％、61.5-70.0％。植物根系分泌物并不能促進(jìn)微生物對DMF的降解，DMF的礦化率均低

9、于微生物系統(tǒng)。且根系分泌物一定程度上會(huì)提高系統(tǒng)的TOC，復(fù)合系統(tǒng)的TOC去除率為62.3-66.2％，低于微生物系統(tǒng)(68.6％)。
　　5、從穩(wěn)定運(yùn)行的水生植物-微生物復(fù)合生態(tài)槽中選育出一株以DMF為唯一碳、氮源的菌株NLQ，經(jīng)形態(tài)特征分析和18SrDNA分子分析，鑒定為半知菌綱叢梗孢目叢梗孢科青霉屬灰黃青霉（Penicillium griseofulvum）。NLQ最適pH值為6-8，對DO不敏感，有氧和無氧環(huán)境均可有效降解D

10、MF。DMF濃度小于200mg-L-1，36h內(nèi)基本降解完全，DMF濃度為800mg·L-1時(shí)，初期降解速率較小，經(jīng)短暫適應(yīng)后，96h降解率達(dá)92.2％。隨DMF降解，二甲胺(DMA)和NH4+-N濃度逐漸增加，24h，DMA濃度達(dá)到最大值30.66mg·L-1（初始DMF100mg·L-1），42h，NH4+-N濃度達(dá)到最大值17.88mg·L-1。NLQ可降解DMF的4個(gè)可能降解中間產(chǎn)物，對DMA的降解性能最好，72h TOC去除率

11、達(dá)72.3％，甲酸為38.4％，對甲胺的降解效果較差，對甲酰胺則基本無效果。
　　6、以生態(tài)槽后期種植的再力花殘?bào)w為原料，磷酸為活化劑制得比表面積為1174.13m2·g-1的再力花殘?bào)w活性炭(TDAC)，總孔容0.949cm3·g-1，平均孔徑3.23nm?？紫兑灾锌诪橹?，占81.5％，其表面存在-OH、-COOH、C-O-C等活性基團(tuán)。不同pH、吸附劑投加量、染料初始濃度條件下，TDAC對活性艷藍(lán)(X-BR)、結(jié)晶紫(CV)和

12、亞甲基藍(lán)(MB)的吸附實(shí)驗(yàn)說明，酸性條件有利于TDAC對X-BR的吸附，pH升至11時(shí)，TDAC的吸附量下降60.9％。對CV和MB的吸附基本不受pH的影響。當(dāng)投加量為1.0g·L-1時(shí)，3種染料的去除率均達(dá)到100％（染料濃度100mg·L-1）。TDAC對3種染料的吸附平衡時(shí)間為30min，吸附過程可用偽二級動(dòng)力學(xué)方程描述。TDAC對CV和MB的吸附更符合Langmuir吸附等溫方程，對X-BR的吸附則可用Langmuir和Freu