幾種典型重金屬離子對(duì)2-氯酚厭氧降解的影響研究.pdf

1、難降解有毒有機(jī)物和重金屬復(fù)合污染的控制是環(huán)境保護(hù)的重要工作之一。本研究立足于環(huán)境中存在的復(fù)合污染問題，采用間歇式的厭氧生物處理工藝，選擇氯代芳香族化合物中有代表性的2-氯苯酚作為降解基質(zhì)，研究重金屬侵入條件下，2-氯酚厭氧降解規(guī)律的變化，并從2-氯酚厭氧降解速率、重金屬在污泥中的積累、厭氧污泥電子傳遞體系活性及厭氧微生物種群結(jié)構(gòu)等多方面深入分析了金屬元素對(duì)厭氧生物降解規(guī)律及厭氧污泥生物特性的影響，探討了重金屬對(duì)厭氧系統(tǒng)的影響

2、機(jī)制。首先通過污泥的篩選，選擇了無錫羅氏-帝斯曼檸檬酸廠IC厭氧反應(yīng)器污泥作為研究的接種污泥。經(jīng)過2個(gè)多月的馴化，成功地培養(yǎng)出對(duì)2-氯酚有較高降解能力的厭氧污泥。馴化后污泥對(duì)2-氯酚具有較好的去除能力和耐受能力。厭氧污泥能較快降解初始濃度在15～140mg/l范圍內(nèi)的2-氯酚，并對(duì)高濃度的2-氯酚的具有較好的耐受能力。對(duì)2-氯酚在厭氧條件下的降解機(jī)制的研究表明，厭氧污泥能將2-氯酚經(jīng)過還原脫氯、生成苯酚、苯甲酸，最終徹底分解

3、生成Cl-、CH4、CO2和H2O。對(duì)比研究了四種典型過渡區(qū)金屬元素Cu、Cd、Ni、Fe的二價(jià)離子對(duì)2-氯酚厭氧降解過程的影響。結(jié)果表明，在1～500mg/l的投加濃度范圍內(nèi)，Cu2+和Cd2+均表現(xiàn)為抑制作用、Ni2+只有在投加量小于2.5mg/l才表現(xiàn)出輕微的促進(jìn)，而Fe2+在低于120mg/1的投加量時(shí)對(duì)2-氯酚的厭氧降解均有促進(jìn)作用，2-氯酚厭氧降解速率的提高最高達(dá)40％。四種金屬離子對(duì)2-氯酚厭氧降解過程抑制作用

4、的強(qiáng)弱為：Cu2+＞Ni2+＞Cd2＞Fe2+。對(duì)厭氧污泥電子傳遞體系活性的研究發(fā)現(xiàn)，四種金屬離子對(duì)污泥ETS活性均表現(xiàn)為抑制，抑制程度的大小為：Ni2+＞Cd2十＞Cu2+＞Fe2+；金屬離子對(duì)污泥ETS活性抑制越小，對(duì)厭氧降解速率的抑制也相對(duì)越小。對(duì)于以抑制作用為主的Cd2+、Ni2+和Cu2+，其抑制作用與金屬離子的投加濃度、平衡后水中以及污泥中殘留的含量都由有密切的關(guān)系，因此三者都可以用于指示厭氧降解被抑制程度。將三

5、種金屬的濃度與其抑制作用進(jìn)行比較，結(jié)果顯示金屬離子抑制作用與進(jìn)入污泥中的金屬含量成正比。通過金屬離子的馴化誘導(dǎo)作用可以很好地改善污泥對(duì)重金屬的耐受能力，特別表現(xiàn)在高濃度的金屬離子對(duì)降解速率的抑制明顯降低，且Ni2+和Fe2+在投加量小于200mg/l時(shí)對(duì)馴化后污泥ETS活性均表現(xiàn)為促進(jìn)作用。金屬離子對(duì)2-氯酚厭氧降解系統(tǒng)的作用還表現(xiàn)為對(duì)厭氧污泥種群結(jié)構(gòu)的影響。Fe2+的誘導(dǎo)作用能使原污泥中處于背景濃度的專性脫氯厭氧梭菌屬迅速

6、成為優(yōu)勢(shì)菌種，從而有利于2-氯酚的脫氯還原代謝。金屬離子沖擊對(duì)厭氧微生態(tài)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的影響較小，但會(huì)使部分不適菌群大量減少，同時(shí)也產(chǎn)生少量耐受菌群。微生態(tài)受Cu2+沖擊毒副作用的影響最強(qiáng)，受Ni2+沖擊后恢復(fù)最快。在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)2-氯酚厭氧降解及金屬抑制作用進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。2-氯酚濃度的降低是吸附、揮發(fā)及生物降解共同作用的結(jié)果，其中生物降解為主導(dǎo)作用。在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，2-氯酚的本征厭氧降解過程與米門方程、Hal

7、dane1方程、Haldane2方程都較為吻合。而方程α=[1-(I/I*)m]/[1+(I/I*)n]能較好地表征金屬離子的抑制作用，以及與該離子對(duì)降解速率的最大抑制濃度以及投加濃度之間的定量關(guān)系，并能用于評(píng)價(jià)金屬離子的抑制等級(jí)。根據(jù)研究結(jié)果，綜合分析金屬離子對(duì)厭氧體系的作用過程為：首先金屬離子進(jìn)入污泥，然后與微生物體內(nèi)的生物配位體結(jié)合產(chǎn)生毒性或激活作用，從而迅速影響到生物酶的活性，并逐漸對(duì)微生物種群結(jié)構(gòu)發(fā)生影響，并表現(xiàn)為2