耐受酚类污染物生物抑制的硝化污泥的定向驯化和作用机制
发布时间：2021-10-20 00:26
随着国民经济的高速发展,城市污水和工业废水的排放量急剧增加,废水处理压力不断提高。大多数城镇污水处理厂在实际运行过程中都会通过市政管网接纳一些含有酚类污染物的工业废水。工厂正常运行时,所排放的工业废水均需经过一定程度的处理,达到排放标准后再纳入市政管网。然而工业原材料成分波动、企业污水处理设施故障等突发情况往往会导致未经有效处理的工业废水排入城镇污水处理系统。硝化反应是整个污水处理过程中至关重要的一环。由于污水处理系统中的硝化细菌生长缓慢且易受外界因素影响,当受到工业废水中酚类污染物的冲击后,其生物活性会受到严重抑制,甚至失活,短时间内难以有效恢复,从而导致出水NH4+–N浓度超标,造成重大污水处理事故。为减轻含酚废水对城镇污水处理厂硝化能力的冲击,开展有效的预防工作,研究驯化一种具有抵御酚类污染物冲击能力的硝化污泥,并探讨其相关的机理具有重要的理论和现实意义。本研究选取苯酚和2,4,6-三氯酚（2,4,6-Trichlorophenol,TCP）这两种普遍存在于化工行业废水中典型的酚类有毒有机物作为研究对象,分别驯化了既能抵御苯酚和TCP冲...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
传统生物脱氮流程示意图
第1章绪论上海师范大学博士学位论文101.4.1苯酚的性质苯酚是最简单的酚类化合物，其分子式为C6H6O（化学结构如图1-2所示），相对分子质量为94。是一种具有特殊气味的无色针状晶体，熔点为43oC，沸点为182oC（标准大气压）。苯酚常温下(25oC)微溶于水，易溶于有机溶剂。而当温度高于65oC时，苯酚可以与水任意比例互溶。苯酚具有中等化学毒性，它能与细胞蛋白发生化学反应，低浓度时能使细胞变性，高浓度时能使蛋白质凝固。苯酚对水环境危害较大，先后被美国环境保护署(USEPA)和我国生态环境部列为优先控制污染物。它具有三致特性，人体摄入一定量后会出现急性中毒症状，长期饮用被苯酚污染的水可引起头昏、瘙痒、贫血及神经系统障碍。当自然水体中苯酚浓度大于5mg/L时，就会使鱼类中毒死亡[81]。因此，必须严格控制含酚废水进入环境中。国家环保总局发布的《GB3838-2002地表水环境质量标准》中对于含有苯酚污水的一级排放标准规定必须小于0.3mg/L，三级排放标准为1.0mg/L，生活饮用水的卫生标准为0.002mg/L[82]。图1-2苯酚的化学结构1.4.2苯酚生物降解与硝化反应相互作用研究进展目前国内外关于酚类污染物对硝化细菌抑制作用的研究已有很多，尤其是苯酚对氨氮的抑制研究，这是因为在焦化废水中苯酚和氨氮是其主要污染成分。需要同步脱氮除酚就必须对机理进行深入探讨，但就目前的研究现状来看，关于苯酚对于硝化反应是否存在抑制及其抑制机理尚未有明确定论。Amor等[83]分别研究了在好氧序批池和活性污泥反应器中苯酚的生物降解规律及其对硝化过程的影响。研究表明，在序批式系统中，苯酚对硝化反应的抑制作用随着苯酚浓度的增加而增加。而在连续式活性污泥反应器中，即使没有对污泥进行驯化，苯酚与氨氮的去除率也分别能够达到9
且有个氯取代基存在其对位上，增加其毒性作用[102]。许多氯酚化合物降解过程的中间产物例如氯代邻苯二酚或氯代开环产物也具有毒性，会对生物体具有较强的抑制作用，主要表现在使蛋白质变性，从而使细胞失去活性。基于氯酚造成的一系列环境问题，我国实施的污水综合排放国家标准(GB8978-1996)规定，2,4,6-TCP的最高允许排放浓度的一、二、三级标准分别为0.60mg/L，0.80mg/L，1.0mg/L，城市供水水质标准(CJ/T206.2005)中将2,4,6-TCP列为非常规检验项目，要求检出浓度小于0.01mg/L[103]。下文中将2,4,6-TCP均简称为TCP。图1-32,4,6-TCP的化学结构1.4.4TCP生物降解与硝化反应相互作用研究进展目前，对去除氯酚类污染物的各种方法和机理的研究有很多，但对于微生物的抑制研究大多只停留在氯代酚对微生物的急性毒性影响上[104-106]，专门针对硝化反应的研究还比较少，尤其是TCP。Martinez-Hernandez等[107]研究了间歇暴露在2-氯酚(2-CP)下的硝化污泥动力学行为。研究发现暴露于2-CP下，硝化效率降低到10%。氨氮的比消耗速率降低了95%，但NO3的生成量仍保持在未接触2-CP时的水平。结果表明，与亚硝酸盐氧化过程相比，与2-CP的接触对氨氧化过程的影响更大。类似地，Pérez-Alfaro等[108]在间歇培养的硝化污泥中，研究了2-CP对氨氮和亚硝化过程的影响。研究显示：氨氧化活性在不同的2-CP浓度下被完全抑制，而亚硝酸盐被完全消耗并转化为硝酸盐，这说明了亚硝酸盐氧化活性的存在。Nevalainen等[109]为了研究漂白硫酸盐纸浆厂废水中氮和有机卤素去
【参考文献】：
期刊论文
[1]苯酚对活性污泥硝化与反硝化动力学的影响[J]. 王军建,蒋路漫,周振,王罗春,蒋海涛. 环境污染与防治. 2019(01)
[2]沉积型微生物燃料电池同步去除苯酚及脱氮性能[J]. 徐勋,吴明松,赵庆良. 中国给水排水. 2016(13)
[3]焦化废水生物处理中的乙酸钠硝化抑制行为探究[J]. 于哲,韦朝海. 广州化工. 2016(08)
[4]异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性[J]. 王国英,崔杰,岳秀萍,李亚男,贾子龙. 中国环境科学. 2015(09)
[5]碱性工业废水对污水处理厂氧化沟工艺的影响分析[J]. 程宗旺,肖海文,李玉胜. 给水排水. 2014(09)
[6]斜发沸石处理氨氮废水[J]. 王文超,管俊芳,严春杰,田晶晶,曹刚. 环境工程学报. 2014(03)
[7]化学沉淀法处理高浓度氨氮废水的实验研究[J]. 刘国跃,王昶昊,施云海,陈浩. 石油化工技术与经济. 2013(06)
[8]折点加氯法处理深度处理低氨氮废水[J]. 李婵君,贺剑明. 广东化工. 2013(20)
[9]苯酚降解菌红球菌（Rhodococcus sp.）P1的鉴定及其在焦化废水中的应用[J]. 张玉秀,蒙小俊,柴团耀. 微生物学报. 2013(10)
[10]浅谈我国城市污水处理厂存在的问题及改善对策[J]. 杨河,肖雨露. 科技创新与应用. 2013(16)
博士论文
[1]焦化废水生物降解过程中有机污染物相互作用及强化技术[D]. 杨超.上海师范大学 2019
[2]排除厌氧富磷污水ERP-SBR除磷脱氮工艺研究[D]. 吉方英.重庆大学 2004
[3]硝化细菌应用技术研究[D]. 张明.华东师范大学 2003
硕士论文
[1]高活性硝化污泥的富集及硝化强化中试[D]. 崔灿灿.浙江工业大学 2017
[2]苯酚和喹啉同时生物降解过程中对氧和电子的竞争[D]. 张冰冰.上海师范大学 2017
[3]高活性硝化污泥的高效富集和生物强化效果研究[D]. 尹子华.上海师范大学 2016
[4]基于短程硝化反硝化垃圾渗滤液的脱氮研究[D]. 章磊.哈尔滨工业大学 2013
[5]环境污染物对青海弧菌Q67的急性毒性研究[D]. 姜丹.河南师范大学 2013
[6]冲击负荷条件下活性污泥硝化性能恢复技术研究[D]. 米鑫.西安建筑科技大学 2013
[7]环境激素2，4，6-三氯苯酚的微生物降解特征及固定化研究[D]. 范燕燕.扬州大学 2013
[8]CASS工艺污水处理厂生产性试验研究[D]. 花勇刚.重庆大学 2008
[9]SBR工艺处理含苯酚及氨氮废水的试验研究[D]. 马静.青岛大学 2007
本文编号：3445888
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
传统生物脱氮流程示意图
第1章绪论上海师范大学博士学位论文101.4.1苯酚的性质苯酚是最简单的酚类化合物，其分子式为C6H6O（化学结构如图1-2所示），相对分子质量为94。是一种具有特殊气味的无色针状晶体，熔点为43oC，沸点为182oC（标准大气压）。苯酚常温下(25oC)微溶于水，易溶于有机溶剂。而当温度高于65oC时，苯酚可以与水任意比例互溶。苯酚具有中等化学毒性，它能与细胞蛋白发生化学反应，低浓度时能使细胞变性，高浓度时能使蛋白质凝固。苯酚对水环境危害较大，先后被美国环境保护署(USEPA)和我国生态环境部列为优先控制污染物。它具有三致特性，人体摄入一定量后会出现急性中毒症状，长期饮用被苯酚污染的水可引起头昏、瘙痒、贫血及神经系统障碍。当自然水体中苯酚浓度大于5mg/L时，就会使鱼类中毒死亡[81]。因此，必须严格控制含酚废水进入环境中。国家环保总局发布的《GB3838-2002地表水环境质量标准》中对于含有苯酚污水的一级排放标准规定必须小于0.3mg/L，三级排放标准为1.0mg/L，生活饮用水的卫生标准为0.002mg/L[82]。图1-2苯酚的化学结构1.4.2苯酚生物降解与硝化反应相互作用研究进展目前国内外关于酚类污染物对硝化细菌抑制作用的研究已有很多，尤其是苯酚对氨氮的抑制研究，这是因为在焦化废水中苯酚和氨氮是其主要污染成分。需要同步脱氮除酚就必须对机理进行深入探讨，但就目前的研究现状来看，关于苯酚对于硝化反应是否存在抑制及其抑制机理尚未有明确定论。Amor等[83]分别研究了在好氧序批池和活性污泥反应器中苯酚的生物降解规律及其对硝化过程的影响。研究表明，在序批式系统中，苯酚对硝化反应的抑制作用随着苯酚浓度的增加而增加。而在连续式活性污泥反应器中，即使没有对污泥进行驯化，苯酚与氨氮的去除率也分别能够达到9
且有个氯取代基存在其对位上，增加其毒性作用[102]。许多氯酚化合物降解过程的中间产物例如氯代邻苯二酚或氯代开环产物也具有毒性，会对生物体具有较强的抑制作用，主要表现在使蛋白质变性，从而使细胞失去活性。基于氯酚造成的一系列环境问题，我国实施的污水综合排放国家标准(GB8978-1996)规定，2,4,6-TCP的最高允许排放浓度的一、二、三级标准分别为0.60mg/L，0.80mg/L，1.0mg/L，城市供水水质标准(CJ/T206.2005)中将2,4,6-TCP列为非常规检验项目，要求检出浓度小于0.01mg/L[103]。下文中将2,4,6-TCP均简称为TCP。图1-32,4,6-TCP的化学结构1.4.4TCP生物降解与硝化反应相互作用研究进展目前，对去除氯酚类污染物的各种方法和机理的研究有很多，但对于微生物的抑制研究大多只停留在氯代酚对微生物的急性毒性影响上[104-106]，专门针对硝化反应的研究还比较少，尤其是TCP。Martinez-Hernandez等[107]研究了间歇暴露在2-氯酚(2-CP)下的硝化污泥动力学行为。研究发现暴露于2-CP下，硝化效率降低到10%。氨氮的比消耗速率降低了95%，但NO3的生成量仍保持在未接触2-CP时的水平。结果表明，与亚硝酸盐氧化过程相比，与2-CP的接触对氨氧化过程的影响更大。类似地，Pérez-Alfaro等[108]在间歇培养的硝化污泥中，研究了2-CP对氨氮和亚硝化过程的影响。研究显示：氨氧化活性在不同的2-CP浓度下被完全抑制，而亚硝酸盐被完全消耗并转化为硝酸盐，这说明了亚硝酸盐氧化活性的存在。Nevalainen等[109]为了研究漂白硫酸盐纸浆厂废水中氮和有机卤素去
【参考文献】：
期刊论文
[1]苯酚对活性污泥硝化与反硝化动力学的影响[J]. 王军建,蒋路漫,周振,王罗春,蒋海涛. 环境污染与防治. 2019(01)
[2]沉积型微生物燃料电池同步去除苯酚及脱氮性能[J]. 徐勋,吴明松,赵庆良. 中国给水排水. 2016(13)
[3]焦化废水生物处理中的乙酸钠硝化抑制行为探究[J]. 于哲,韦朝海. 广州化工. 2016(08)
[4]异养硝化-好氧反硝化菌脱氮同时降解苯酚特性[J]. 王国英,崔杰,岳秀萍,李亚男,贾子龙. 中国环境科学. 2015(09)
[5]碱性工业废水对污水处理厂氧化沟工艺的影响分析[J]. 程宗旺,肖海文,李玉胜. 给水排水. 2014(09)
[6]斜发沸石处理氨氮废水[J]. 王文超,管俊芳,严春杰,田晶晶,曹刚. 环境工程学报. 2014(03)
[7]化学沉淀法处理高浓度氨氮废水的实验研究[J]. 刘国跃,王昶昊,施云海,陈浩. 石油化工技术与经济. 2013(06)
[8]折点加氯法处理深度处理低氨氮废水[J]. 李婵君,贺剑明. 广东化工. 2013(20)
[9]苯酚降解菌红球菌（Rhodococcus sp.）P1的鉴定及其在焦化废水中的应用[J]. 张玉秀,蒙小俊,柴团耀. 微生物学报. 2013(10)
[10]浅谈我国城市污水处理厂存在的问题及改善对策[J]. 杨河,肖雨露. 科技创新与应用. 2013(16)
博士论文
[1]焦化废水生物降解过程中有机污染物相互作用及强化技术[D]. 杨超.上海师范大学 2019
[2]排除厌氧富磷污水ERP-SBR除磷脱氮工艺研究[D]. 吉方英.重庆大学 2004
[3]硝化细菌应用技术研究[D]. 张明.华东师范大学 2003
硕士论文
[1]高活性硝化污泥的富集及硝化强化中试[D]. 崔灿灿.浙江工业大学 2017
[2]苯酚和喹啉同时生物降解过程中对氧和电子的竞争[D]. 张冰冰.上海师范大学 2017
[3]高活性硝化污泥的高效富集和生物强化效果研究[D]. 尹子华.上海师范大学 2016
[4]基于短程硝化反硝化垃圾渗滤液的脱氮研究[D]. 章磊.哈尔滨工业大学 2013
[5]环境污染物对青海弧菌Q67的急性毒性研究[D]. 姜丹.河南师范大学 2013
[6]冲击负荷条件下活性污泥硝化性能恢复技术研究[D]. 米鑫.西安建筑科技大学 2013
[7]环境激素2，4，6-三氯苯酚的微生物降解特征及固定化研究[D]. 范燕燕.扬州大学 2013
[8]CASS工艺污水处理厂生产性试验研究[D]. 花勇刚.重庆大学 2008
[9]SBR工艺处理含苯酚及氨氮废水的试验研究[D]. 马静.青岛大学 2007
本文编号：3445888
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