生物反应器填埋场中PAEs的迁移转化及其生物降解机制研究

发布时间：2020-08-22 11:33

【摘要】： 邻苯二甲酸酯(Phthalic acid esters,PAEs),主要用于塑料的增塑剂,被视作内分泌干扰素或环境激素,美国环保总局和我国均将其列为优先控制污染物。废弃塑料通常与其他生活垃圾一起填埋处理,因此,渗滤液的排放是PAEs进入环境的重要途径。随着生活垃圾污染问题日益突出,了解PAEs在垃圾填埋体中的降解条件和迁移转化规律,分析加速PAEs矿化的填埋控制条件,成为减少其通过渗滤液二次污染的关键。以往为数不多的关于填埋场PAEs的降解研究很少涉及生物反应器填埋场,本研究以传统卫生填埋场为对照,将填埋垃圾和渗滤液作为一个整体系统,选用列入我国水体中优先控制污染物的PAEs作为目标物,研究生物反应器填埋场中PAEs迁移转化行为,分析生物反应器填埋场稳定化进程中生态环境的理化、生化和微生物特性对PAEs生物降解的影响,解析PAEs生物降解的生物反应器填埋场作用机制,主要结论如下: (1)实际垃圾填埋的传统卫生填埋场(CL)、回灌型生物反应器填埋场(RL)和两相型生物反应器填埋场(BL)的垃圾及渗滤液均检测到了邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二辛酯(DOP),其中DBP含量最高。各填埋场的稳定化进程顺序为BL＞RL＞CL,填埋场的稳定化进程影响着PAEs在垃圾中的降解行为,相比于填埋场产酸期,填埋场产甲烷期时的环境条件更有利于PAEs的降解。垃圾中DMP及DBP降解较快,其中DMP至实验结束已降解完全,而DOP降解较慢。CL、RL和BL中PAEs残留总量变化符合指数衰减模型,不同运行工艺的填埋场中PAEs残留总量差异显著,渗滤液回流明显加速了PAEs的生物降解,而产甲烷反应器的引入更能促进PAEs在填埋场中的去除。 (2)按实际生活垃圾的组分比例自配模拟垃圾,构建了模拟回灌型生物反应器填埋场。分析填埋初始、产酸期和产甲烷期垃圾中普通和耐受DBP三大类微生物数量的动态变化发现,细菌数量最多,真菌次之,放线菌最少。DBP对初始垃圾各微生物的抑制不明显,但产酸期垃圾和产甲烷期垃圾真菌和放线菌均不同程度地受到了抑制,且放线菌受到的抑制率普遍高于真菌,而产酸期垃圾和产甲烷期垃圾细菌受DBP影响不明显,DBP对垃圾微生物的不良影响程度表现为放线菌＞真菌＞细菌。细菌、真菌、放线菌与脱氢酶存在极显著的相关性,而与VSS、BDM等存在显著的负相关性(P＜0.01)。 (3)从模拟回灌型生物反应器填埋场产甲烷期垃圾中分离到了两株DBP高效降解菌T1和T5。根据形态学观察、生理生化鉴定及16s rDNA序列测定,菌株T1和T5同归入肠杆菌属,分别命名为Enterobacter sp.T1和Enterobacrersp.T5。Enterobacter sp.T1降解DBP的最佳pH值为7,最佳温度为35℃;Enterobacter sp.T5降解DBP的最佳pH值为7,最佳温度为30-35℃。当DBP初始浓度小于1000mg/L时,Enterobacter sp.T1对DBP的生物降解反应符合一级动力学模型1n C=-0.0359t+A,DBP降解半衰期为19.32h;Enterobacter sp.T5对DBP的生物降解反应符合一级动力学模型1n C=-0.0332t+A,DBP降解半衰期为20.88h。分析Enterobacter sp.T5降解DBP的代谢色谱图,初步判定其主要降解产物为MBP和PA。此外,两菌株均能不同程度利用DMP、DEP或DOP为唯一碳源和能源,说明其对PAEs的代谢具有广谱性。 (4)不同时期垃圾中DBP的降解符合一级动力学模型,速率常数在0.0140-0.0187 d~(-1)之间,半衰期在37.1-49.5d之间。垃圾中DBP的浓度变化对其自身的生物降解影响不明显。产甲烷期垃圾中DBP的降解快于初始垃圾和产酸期垃圾,而产酸期垃圾中DBP的降解相对最慢,pH是影响DBP降解速率的关键因素。回接DBP降解优势菌后,各垃圾中DBP降解速率均有不同程度提高,其中接种后产甲烷期垃圾DBP降解速率常数显著高于未接种垃圾(p＜0.05)。混合菌对DBP的降解能力明显高于单株菌,其协同作用可有效促进垃圾中DBP的降解。至50d时,接种T1、T5和混合菌的产甲烷期垃圾中DBP的去除率从未接种时的60.3%分别上升为74.5%、72.4%和87.3%。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【图文】：

填埋场,系统装置,反应器

510.30.611.61.30.67.10.66.42.2.3实验装置实验设置三套模拟填埋场系统，如图2一1所示。第一套系统为传统卫生填埋场(CL)，作为对照，渗滤液不回流;第二套系统为回灌型生物反应器填埋场(RL)，渗滤液经蠕动泵直接回流至填埋场反应器，回流比1叨%;第三套系统为两相型生物反应器填埋场(BL)，由填埋场反应器和产甲烷反应器组成，该系统中填埋场反应器的渗滤液经产甲烷反应器后再回流至填埋场反应器，回流比 100%。填埋场反应器采用砖砌混凝土结构，有效尺寸为 0.55mx0.55mx2.om，有效容积为0.sm，，内涂防渗层，方柱形，底置斜坡，碎石覆盖坡谷。每个填埋场反应器设置五个出口:顶部两个分别为渗滤液回流口及排气口

垃圾,含水率,填埋

图3一1垃圾含水率及vSS变化 F19.3一 1TrendsofmoistureandVSSofrefuse不同时期垃圾的含水率变化及VSS变化如图3一1所示。垃圾的含水率在填埋过程中缓慢减少，至6叼和120d，从初始75%分别下降为6890和62%左右。垃圾的vSS在前6Od为5叭左右，而在后两个月有明显下降，根据成对比较法分别比较填埋90d和6叼以及120d和90d垃圾的VSS，发现两者之间的差异均达到了1%的显著水平，这可能是因为填埋场内部环境的转变，从而更有利于有机物被其中的微生物降解。图3一2列出了垃圾pH及BDM的变化。垃圾在填埋1个月至3个月的过程中呈酸性，其PH值一度低至5.69，而第4个月的垃圾pH值已恢复至填埋初始时的中性水平。BDM和vSS均是表示有机物含量的参数

垃圾,脱氢酶,生命活动

垃圾体中氧化还原酶主要来源于微生物的生命活动，在一定程度上反映了微生物的活性及环境功能状况。RL中不同时期取样垃圾的脱氢酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性变化如图3一3所示。脱氢酶能酶促有机物质脱氢分解矿化，主要来源于微生物的生命活动，属胞内酶，是了解垃圾有机质厌氧分解强度的重要指标。随着垃圾填埋时间增加，脱氢酶活性增加明显，至9叼时其活性约为初始时的5倍，这可能说明了填埋场从产酸期转向产甲烷期时，产甲烷菌等厌氧微生物大量增殖，对有机质的分解强度明显增加。填埋初始过氧化氢酶活性较高，而后迅速下降，直至基本维持在较低的水平，这可能是因为前期随着垃圾填埋场从好氧环境至兼氧、厌氧环境的转变，导致某些好氧微生物的死亡

【引证文献】