蒽醌類(lèi)物質(zhì)經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理前后對(duì)活性污泥特性的影響

宿程遠(yuǎn),李偉光,黃　智,陳孟林,邱　銳（.廣西師范大學(xué)珍稀瀕危動(dòng)植物生態(tài)與環(huán)境保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 54004；2.廣西師范大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,廣西 桂林 54004；.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 50090）

蒽醌類(lèi)物質(zhì)經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理前后對(duì)活性污泥特性的影響

宿程遠(yuǎn)1,2*,李偉光3,黃智1,陳孟林1,邱銳1（1.廣西師范大學(xué)珍稀瀕危動(dòng)植物生態(tài)與環(huán)境保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541004；2.廣西師范大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,廣西 桂林 541004；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150090）

以活性艷藍(lán)與大黃酸為蒽醌類(lèi)目標(biāo)污染物,分析了其經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理前后的可生化性及對(duì)活性污泥胞外聚合物、胞內(nèi)物質(zhì)、脫氫酶活性、脲酶活性、微生物群落的影響.Zahn-Wellens試驗(yàn)表明,活性艷藍(lán)與大黃酸不能被活性污泥有效降解,而經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,其呼吸曲線均在內(nèi)源呼吸線以上,去除率分別達(dá)到了84.44%和86.72%.加入蒽醌類(lèi)污染物后,活性污泥胞外聚合物的三維熒光光譜中,酪氨酸蛋白的吸收峰強(qiáng)度降低,胞內(nèi)物質(zhì)的紅外光譜中氨基峰變寬；而經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,對(duì)活性污泥特性的影響不明顯.加入活性艷藍(lán)與大黃酸后,活性污泥脲酶相對(duì)活性仍保持在80%以上,但脫氫酶活性出現(xiàn)了降低,特別是加入大黃酸后,相對(duì)活性?xún)H為67.5%左右.同時(shí)活性污泥的微生物群落發(fā)生了變化,Gram Positive分別由原來(lái)的40.15%增大到了47.72%和45.78%,而Gram Negative分別由原來(lái)的39.57%減少到37%和37.15%.但加入預(yù)處理后的蒽醌類(lèi)污染物,未對(duì)活性污泥的微生物群落造成明顯影響.

多相類(lèi)芬頓；活性艷藍(lán)；大黃酸；活性污泥；胞外聚合物；磷脂脂肪酸分析

多相類(lèi)芬頓技術(shù)作為典型的高級(jí)氧化處理方法,具有處理效率高、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；并克服了均相芬頓pH適用范圍窄、出水中含有大量 Fe2+的缺點(diǎn)；同時(shí)催化劑可重復(fù)使用,避免了對(duì)水體的二次污染［1-4］,因此多相類(lèi)芬頓技術(shù)在去除水中難降解有機(jī)污染物領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用.但在處理實(shí)際生產(chǎn)廢水時(shí),單一芬頓技術(shù)存在處理成本高、穩(wěn)定性能差等不足.而將它與傳統(tǒng)的生物處理技術(shù)相結(jié)合,采用芬頓預(yù)處理-生物處理組合工藝處理難降解工業(yè)廢水,不僅為芬頓技術(shù)的應(yīng)用拓展了思路,同時(shí)提高了廢水的可生化性,保證了處理效果的穩(wěn)定性,對(duì)于芬頓技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要意義［5-7］.當(dāng)前研究更多的是關(guān)注芬頓作為生物預(yù)處理單元的效能,片面追求芬頓處理單元高的 COD去除率,造成運(yùn)行成本的幅度增加,增大了企業(yè)的運(yùn)行壓力；而忽視了廢水經(jīng)芬頓預(yù)處理后,對(duì)后續(xù)生物處理單元污泥特性及微生物群落的影響,而污泥特性與微生物種群對(duì)于生物處理單元的高效運(yùn)行起著決定性的作用.當(dāng)前多相類(lèi)芬頓氧化技術(shù)作為典型的高級(jí)氧化處理方法引起了人們的重視,但難生物降解污染物經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,其對(duì)活性污泥的理化特性與微生物群落結(jié)構(gòu)影響的研究目前還未見(jiàn)報(bào)道.鑒于此,本文以蒽醌類(lèi)物質(zhì)-活性艷藍(lán)與大黃酸為目標(biāo)污染物,通過(guò)Zahn-Wellens試驗(yàn)與生化呼吸曲線,分析了其經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理前后的可生化性；并通過(guò)傅里葉紅外（FTIR）、三維熒光（EEM）、酶學(xué)手段以及磷脂脂肪酸分析（PLFA）等探討了其降解前后對(duì)活性污泥的胞外聚合物（EPS）、胞內(nèi)物質(zhì)、脫氫酶活性、脲酶活性以及微生物群落的影響,旨在為難降解物質(zhì)廢水的處理提供新思路,為實(shí)現(xiàn)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理技術(shù)與生物處理技術(shù)的良好組合提供科學(xué)指導(dǎo).

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用活性艷藍(lán)為山東某染料公司生產(chǎn),大黃酸為陜西某生物制藥公司生產(chǎn),試劑尿素、磷酸二氫鉀、二甘醇（DEG）、紅四氮唑（TTC）、三羥甲基氨基甲烷（Tris）、檸檬酸、苯酚、次氯酸鈉等均為分析純.實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水.儀器有Anke TGL-16G型離心機(jī)、SHZ-B型水浴恒溫振蕩器等.

1.2試驗(yàn)方法

多相類(lèi)芬頓預(yù)處理實(shí)驗(yàn)：活性艷藍(lán)與大黃酸的濃度為 50mg/L,體積 500mL,以海泡石為載體的鐵錳雙金屬催化劑投加量為 0.2g,雙氧水投加量為理論計(jì)算值的 100%,不調(diào)節(jié) pH值,反應(yīng)60min后,靜止沉淀催化劑,上清液備用［1-2］.

Zahn-Wellens實(shí)驗(yàn)［5,8］：將活性污泥在相對(duì)離心力為2200×g的條件下,離心10min,去除上清液,用無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液清洗,再離心,重復(fù) 2～3次；按照污泥量2000mg/L,分別投加到裝有活性艷藍(lán)、大黃酸溶液,以及經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后的活性艷藍(lán)、大黃酸溶液的4個(gè)250mL錐形瓶中,其中溶液為200mL.實(shí)驗(yàn)過(guò)程用小氣泵曝氣,保證溶解氧在2mg/L左右,每天測(cè)定1次混合液的TOC；選擇二甘醇（DEG）為微生物活性指示基質(zhì),進(jìn)行對(duì)照降解試驗(yàn).實(shí)驗(yàn)期間保持溫度在 20℃,整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)20d.

生化呼吸線曲線實(shí)驗(yàn)［5］：取馴化好的活性污泥,在相對(duì)離心力為2200×g的條件下,離心10min,丟棄上清液,然后用磷酸鹽緩沖溶液洗滌,后再離心,重復(fù)2次；按照污泥量2000mg/L,分別投加到裝有轉(zhuǎn)子的4個(gè)250mL錐形瓶中,而后將己充氧至飽和的活性艷藍(lán)、大黃酸溶液,以及經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后的活性艷藍(lán)、大黃酸溶液加入到上述錐形瓶中,迅速塞上安有溶解氧電極的橡皮塞,在恒溫水浴條件下開(kāi)動(dòng)攪拌器,穩(wěn)定后開(kāi)始讀數(shù),每隔一定時(shí)間記錄溶解氧的讀數(shù)變化,整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程控制在10～20min.同時(shí)測(cè)定活性污泥的內(nèi)源呼吸曲線.

活性污泥性能的影響實(shí)驗(yàn)：采用4個(gè)SBR反應(yīng)器,有效體積為 3.5L,底部設(shè)有曝氣頭,曝氣量為0.1m3/h.SBR反應(yīng)器每天運(yùn)行4個(gè)周期,每個(gè)周期包括0.2h進(jìn)水,5.6h曝氣反應(yīng),0.1h靜置,而后0.1h排水,排水比為 50%.以葡萄糖為共基質(zhì),進(jìn)水COD控制在200～300mg/L,并投加尿素、磷酸二氫鉀作為氮源與磷源,其中2個(gè)SBR反應(yīng)器投加活性艷藍(lán)、大黃酸,另2個(gè)投加經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后的活性艷藍(lán)、大黃酸,運(yùn)行30d后,對(duì)4個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥的EPS、胞內(nèi)物質(zhì)、脫氫酶活性、脲酶活性以及微生物群落進(jìn)行分析. 1.3分析方法

活性污泥EPS的提?。喝∫欢ǖ奈勰嗷旌弦?相對(duì)離心力為2200×g的條件下離心10min,倒掉上清液,用蒸餾水洗滌3次后用生理鹽水補(bǔ)滿(mǎn)離心管,放置于80℃的水浴鍋中熱提30min,而后于8000r/min離心 10min,取上清液,上清液過(guò)0.45μm濾膜,借助于熒光光譜儀測(cè)定其三維熒光譜圖［9］.

活性污泥胞內(nèi)物質(zhì)的提?。喝∫欢ǖ奈勰嗷旌弦?加入一滴濃硫酸,相對(duì)離心力為 5600×g的條件下離心5min,倒掉上清液,用pH值為7.75的Tris溶液補(bǔ)滿(mǎn)離心管,放置于80℃的水浴鍋中熱提20min,而后于5600×g離心10min,取上清液,上清液過(guò) 0.45μm濾膜,放入蒸發(fā)皿內(nèi),45℃烘箱烘干,而后利用傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定其紅外光譜圖［10］.

活性污泥的脫氫酶活性與脲酶活性的測(cè)定參考文獻(xiàn)［11］與文獻(xiàn)［12］.

活性污泥的微生物群落分析：利用美國(guó)MIDI公司SHERLOCK微生物鑒定系統(tǒng)與安捷倫6890高效氣相色譜,對(duì)4個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥中特征脂肪酸進(jìn)行分析.

2　結(jié)果與討論

2.1預(yù)處理前后的Zahn-Wellens試驗(yàn)分析

Zahn-Wellens試驗(yàn)是通過(guò)在微生物馴化培養(yǎng)過(guò)程中,最大限度的模擬有機(jī)底物的生物降解過(guò)程,從而對(duì)目標(biāo)有機(jī)物的可生化做出真實(shí)的判斷［5］.因此,本實(shí)驗(yàn)對(duì)活性艷藍(lán)與大黃酸以及其對(duì)應(yīng)的經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理產(chǎn)物,進(jìn)行了Zahn-Wellens試驗(yàn),以DEG作為對(duì)照,結(jié)果如圖1所示.

由圖1可知,該接種污泥對(duì)DEG具有良好的去除效果,在試驗(yàn)進(jìn)行的第 7d,其降解率達(dá)到了75.1%,而在 Zahn-Wellens試驗(yàn)結(jié)束的第 20d,其降解率為 96.2%,說(shuō)明該接種污泥活性良好.對(duì)于活性艷藍(lán)而言,活性污泥不能進(jìn)行有效的降解,在Zahn-Wellens試驗(yàn)結(jié)束的第 20d,活性艷藍(lán)的降解率僅為 41.46%,表明在此試驗(yàn)條件下,微生物不能充分利用活性艷藍(lán)作為碳源底物.活性艷藍(lán)與大黃酸經(jīng)過(guò)芬頓處理后,其降解產(chǎn)物在試驗(yàn)的第13d,去除率分別達(dá)到了76.38%和78.69%,在試驗(yàn)結(jié)束的第 20d,去除率分別達(dá)到了 84.44%和86.72%,按照 Zahn-Wellens試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),降解率達(dá)到 70%便可認(rèn)為目標(biāo)物質(zhì)是可生化降解的［2］.因此可知,活性艷藍(lán)與大黃酸經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,其可生化性均得到了提高,能更有效的為微生物所利用,可為后續(xù)的生物處理奠定基礎(chǔ).

圖1　Zahn-Wellens試驗(yàn)結(jié)果Fig.1　Result of Zahn-Wellens test

2.2預(yù)處理前后的生化呼吸曲線分析

生化呼吸曲線法是分析微生物降解有機(jī)底物的同時(shí),分析其對(duì)氧氣的利用情況,可用呼吸速率與時(shí)間的關(guān)系曲線來(lái)判斷該底物生物處理的可能性［2］.因此,本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)活性艷藍(lán)與大黃酸以及其經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理產(chǎn)物進(jìn)行了生化呼吸曲線分析,如圖2與圖3所示.

圖2　芬頓處理前活性艷藍(lán)與大黃酸的呼吸曲線Fig.2　Respiration curves of reactive brilliant blue and rhein before pre-treatment by heterogeneous Fenton-like

由圖2與圖3可知,活性艷藍(lán)與大黃酸的呼吸曲線均在內(nèi)源呼吸線以下,表明它們不能被微生物很好的利用,且對(duì)微生物的生長(zhǎng)有一定的抑制作用；而經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,活性艷藍(lán)與大黃酸的呼吸曲線均在內(nèi)源呼吸線以上,活性艷藍(lán)的耗氧速率（OUR）為 0.19mgO2/（L·min）,而大黃酸的OUR為0.21mgO2/（L·min）,均大于內(nèi)源呼吸的 0.13mgO2/（L·min）,說(shuō)明活性艷藍(lán)與大黃酸通過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,可生化性得到了提高.該預(yù)處理過(guò)程所加入的雙氧水為理論計(jì)算值的100%,通常雙氧水投加量為理論計(jì)算值的 n倍（n＞2）［5］這樣降低了處理的費(fèi)用,因?yàn)殡p氧水的費(fèi)用是制約當(dāng)前芬頓技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)主要因素；另一方面,不是刻意的將蒽醌類(lèi)污染物完全礦化,只是讓其降解為有機(jī)酸,如乙酸、草酸、馬來(lái)酸等,這些有機(jī)酸容易被微生物所利用,從而可實(shí)現(xiàn)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理-生物處理的良好組合.

圖3　芬頓處理后活性艷藍(lán)與大黃酸的呼吸曲線Fig.3　Respiration curves of reactive brilliant blue and rhein after pre-treatment by heterogeneous Fenton-like

2.3預(yù)處理前后對(duì)活性污泥EPS的影響

當(dāng)采用生物法處理含有毒物質(zhì)廢水時(shí),隨著有毒物質(zhì)的引入必然對(duì)生物反應(yīng)器中的污泥特性產(chǎn)生影響［13-14］,而污泥特性的相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)于生物反應(yīng)器的穩(wěn)定、高效運(yùn)行具有重要意義.在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,好氧工藝多采用活性污泥法,因此本實(shí)驗(yàn)從活性污泥的EPS、胞內(nèi)物質(zhì)、脫氫酶活性、脲酶活性等角度,對(duì)活性艷藍(lán)與大黃酸經(jīng)多相芬頓預(yù)處理前后,對(duì)活性污泥性能的影響進(jìn)行了研究.

首先利用EEM對(duì)活性艷藍(lán)與大黃酸經(jīng)多相芬頓預(yù)處理前后,其對(duì)活性污泥EPS的影響進(jìn)行了分析,如圖4與圖5所示.

圖4　活性艷藍(lán)經(jīng)芬頓預(yù)處理前后對(duì)活性污泥EPS的影響Fig.4　Reactive brilliant blue influence on activated sludge EPS before and after pre-treatment by Fenton

由圖 4可知,當(dāng)未加入活性艷藍(lán)時(shí),活性污泥EPS的 EEM 光譜中出現(xiàn)了酪氨酸蛋白（Ex/Em= 260～300/300～320nm）,色氨酸蛋白（Ex/Em=260～300/340～380nm）及芳香族蛋白（Ex/Em=220～240/ 280～380nm）的熒光吸收峰［15］.而隨著活性艷藍(lán)的加入,EPS中三個(gè)熒光吸收峰的強(qiáng)度均有所降低,特別是酪氨酸蛋白的吸收峰,而它對(duì)于保障污泥的穩(wěn)定性具有重要意義.經(jīng)過(guò)多相芬頓預(yù)處理后酪氨酸蛋白、色氨酸蛋白及芳香族蛋白的熒光吸收峰強(qiáng)度有所提高,表明活性污泥保持了良好的性能.

由圖5可知,當(dāng)未引入大黃酸時(shí),EPS的EEM光譜中同樣出現(xiàn)了酪氨酸蛋白、色氨酸蛋白以及芳香族蛋白的熒光吸收峰［15］.而隨著大黃酸的加入,雖然色氨酸蛋白與芳香族蛋白的吸收峰強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化,但酪氨酸蛋白的吸收峰強(qiáng)度降低,同時(shí)出現(xiàn)了類(lèi)富里酸（Ex/Em=240～260/380～420nm）的熒光吸收峰,表明污泥出現(xiàn)了一定的腐化.由于活性污泥EPS影響著污泥的沉降性能和絮體結(jié)構(gòu),特別是當(dāng)有毒物質(zhì)進(jìn)入時(shí),可為微生物形成保護(hù)的屏障,EPS組分變化會(huì)對(duì)活性的性能造成影響［16-17］.而經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,未出現(xiàn)類(lèi)富里酸的吸收峰,說(shuō)明蒽醌類(lèi)污染物經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,不會(huì)對(duì)活性污泥的特性造成明顯的影響,有利于活性污泥法反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行.

圖5　大黃酸經(jīng)芬頓預(yù)處理前后對(duì)活性污泥EPS的影響Fig.5　Rhein influence on activated sludge EPS before and after pre-treatment by Fenton

2.4預(yù)處理前后對(duì)活性污泥胞內(nèi)物質(zhì)的影響

活性污泥中的微生物將廢水中的有機(jī)物攝入體內(nèi)后,一部分被氧化分解成簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物,并釋放出能量,作為微生物自身生命活動(dòng)的能源；而另一部分則被轉(zhuǎn)化為其生長(zhǎng)繁殖所需要的構(gòu)造物質(zhì)［18-19］.鑒于其重要性,利用 FTIR對(duì)胞內(nèi)物質(zhì)的變化情況進(jìn)行了分析,如圖6所示.

由圖6可知,未加入活性艷藍(lán)與大黃酸時(shí),活性污泥的胞內(nèi)物質(zhì)的紅外光譜中出現(xiàn)了明顯的氨基N—H的伸縮振動(dòng)（3100～3300cm-1）,蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ峰C=O的伸縮振動(dòng)（1630～1640cm-1）,蛋白質(zhì)酰胺Ⅱ峰 C—N的伸縮振動(dòng)（1440～1460cm-1）,磷酸雙酯骨架上P=O的伸縮振動(dòng)（1295～1297cm-1）以及多糖的C—O—C的伸縮振動(dòng)（900～1200cm-1）［18-20］.當(dāng)加入活性艷藍(lán)與大黃酸后,活性污泥胞內(nèi)物質(zhì)的紅外光譜中氨基峰明顯變寬,可能的原因是活性艷藍(lán)與大黃酸均為含有苯環(huán)的物質(zhì),苯環(huán)類(lèi)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng),引起了蛋白質(zhì)的變化.而處理經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后的活性艷藍(lán)與大黃酸反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的胞內(nèi)物質(zhì)變化不大,其 FITR光譜基本與初始污泥一致.

2.5預(yù)處理前后對(duì)活性污泥酶活性的影響

本實(shí)驗(yàn)對(duì)活性艷藍(lán)與大黃酸經(jīng)多相芬頓預(yù)處理前后,活性污泥中脲酶與脫氫酶相對(duì)活性進(jìn)行了分析,如圖7與圖8所示.

脲酶是一種作用于線性酰胺的 C—N鍵而能促進(jìn)含氮有機(jī)物水解的水解酶,它對(duì)于污水中含氮有機(jī)物的降解有著具有重要的意義［12,21］,由圖7可知,活性艷藍(lán)與大黃酸的加入,對(duì)脲酶活性造成了一定的影響,但仍保持了較高的活性,其相對(duì)活性仍在 80%以上.污水中有機(jī)物的生物降解一般均屬于脫氫過(guò)程,脫氫酶作為呼吸鏈的主干酶系,可以用來(lái)表征活性微生物量,同時(shí)脫氫酶的活性水平直接關(guān)系到有機(jī)物的轉(zhuǎn)化速率以及污水處理設(shè)施的運(yùn)行效果［12,21］,由圖8可知,加入活性艷藍(lán)與大黃酸后,活性污泥的脫氫酶活性出現(xiàn)了一定程度的降低,特別是加入大黃酸后,相對(duì)活性?xún)H為 67.5%.活性污泥酶活降低的原因一方面可能是由于進(jìn)水水質(zhì)的改變,影響了污泥自身與其所分泌的胞外酶,另一個(gè)方面在于活性艷藍(lán)與大黃酸的加入造成了活性污泥中的微生物種群結(jié)構(gòu)的變化［22］.而活性艷藍(lán)與大黃酸經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,活性污泥的脫氫酶相對(duì)活性為89.5%和82.6%,保持了較高的活性.

圖6　芬頓預(yù)處理前后活性艷藍(lán)與大黃酸對(duì)活性污泥胞內(nèi)物質(zhì)的影響Fig.6　Reactive brilliant blue and rhein influence on intracellular substances before and after pretreatment by Fenton

圖7　芬頓處理前后活性艷藍(lán)與大黃酸對(duì)活性污泥脲酶活性的影響Fig.7　Reactive brilliant blue and rhein influence on urease activity before and after pre-treatment by Fenton

圖8　芬頓處理前后活性艷藍(lán)與大黃酸對(duì)活性污泥脫氫酶活性的影響Fig.8　Reactive brilliant blue and rhein influence on dehydrogenase activity before and after pretreatment by Fenton

2.6預(yù)處理前后活性污泥的磷脂脂肪酸分析

PLFA技術(shù)可以獲得生態(tài)環(huán)境中微生物群落在數(shù)量和結(jié)構(gòu)方面的信息,具有較高的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和敏感性,因此被廣泛地應(yīng)用于土壤、堆肥樣品、河流沉積物和污泥等的微生物群落研究［22-24］.因此,本實(shí)驗(yàn)研究了活性艷藍(lán)與大黃酸預(yù)處理前后對(duì)活性污泥中微生物群落的影響進(jìn)行了分析,如圖9與圖10所示.

圖9　活性艷藍(lán)經(jīng)芬頓處理前后對(duì)活性污泥微生物群落分布的影響Fig.9　Reactive brilliant blue influence on microbial communities before and after pre-treatment by Fenton

圖10　大黃酸經(jīng)芬頓處理前后對(duì)活性污泥微生物群落分布的影響Fig.10　Rhein influence on microbial communities before and after pre-treatment by Fenton

由圖9與圖10可知,活性污泥中主要的微生物為Gram Positive、Gram Negative、AM Fungi、Eukaryote以及 Actinomycetes,分別占到了脂肪酸生物量的40.15%、39.57%、6.82%、4.98%以及 4.56%.而加入活性艷藍(lán)后,微生物群落發(fā)生了變化,特別是Gram Positive和Actinomycetes增大到了47.72%和4.8%,Gram Negative和AM Fungi減少到 37%和 4.21%；同樣加入大黃酸后,Gram Positive和 Actinomycetes增大到了 45.78%和 5.99%,Gram Negative和 AM Fungi減少到37.15%和 4.55%.表明 Gram Negative與 AM Fungi對(duì)于蒽醌類(lèi)物質(zhì)的影響更為敏感,同時(shí)正是微生物群落的變化,也造成了污泥酶活性的變化.而加入預(yù)處理后的活性艷藍(lán)與大黃酸,活性污泥中的微生物群落未發(fā)生明顯的變化,從微生物群落角度分析也表明將多相類(lèi)芬頓預(yù)處理與生物處理進(jìn)行有機(jī)結(jié)合是可行的.

3　結(jié)論

3.1活性污泥不能對(duì)活性艷藍(lán)與大黃酸進(jìn)行有效的降解；而經(jīng)過(guò)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,在Zahn-Wellens試驗(yàn)結(jié)束的第20d,兩者TOC去除率分別到達(dá)了 84.44%和 86.72%,其可生化性得以提高,可為后續(xù)的生物處理奠定良好基礎(chǔ).

3.2隨著活性艷藍(lán)與大黃酸的加入,活性污泥EPS的EEM光譜中酪氨酸蛋白的吸收峰強(qiáng)度降低,活性污泥胞內(nèi)物質(zhì)的 FTIR中氨基峰明顯變寬；活性污泥的脫氫酶相對(duì)活性為 72.9%和67.5%,表明蒽醌類(lèi)污染物的加入對(duì)活性污泥的穩(wěn)定性與活性造成了影響.而活性艷藍(lán)與大黃酸經(jīng)多相類(lèi)芬頓預(yù)處理后,活性污泥EPS與胞內(nèi)物質(zhì)的組分基本與初始活性污泥的譜圖一致；脫氫酶活性和脲酶活性未受到抑制.

3.3加入活性艷藍(lán)和大黃酸后,活性污泥中的微生物群落發(fā)生了變化,Gram Positive分別由原來(lái)的40.15%增大到了47.72%和45.78%,而Gram Negative分別由原來(lái)的 39.57%減少到 37%和37.15%.而加入預(yù)處理后的活性艷藍(lán)與大黃酸,活性污泥中的微生物群落與初始活性污泥的群落基本相同,表明多相類(lèi)芬頓預(yù)處理與生物處理進(jìn)行有機(jī)結(jié)合是可行的,同時(shí)可以保證后續(xù)生物處理的穩(wěn)定與長(zhǎng)期運(yùn)行.

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Influence on activated sludge characteristics of anthraquinones before and after pre-treatment by heterogeneous Fenton-like.

SU Cheng-yuan1,2*, LI Wei-guang3, HUANG Zhi1, CHEN Meng-lin1, QIU Rui1（1.Key Laboratory of Ecology of Rare and Endangered Species and Environmental Protection, Ministry of Education, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China；2.School of Environment and Resources, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China；3.School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China）.

China Environmental Science, 2015,35（8）：2351～2359

With reactive brilliant blue and rhein as anthraquinones model pollutants, the effects of heterogeneous Fenton-like pre-treatment on the biodegradability of anthraquinones and characteristics of activated sludge such as extracellular polymeric substances, intracellular substances, dehydrogenase activity, urease activity, and distribution of the microbial community were investigated. Based on Zahn-Wellens test, the biodegradation of reactive brilliant blue and rhein without the pre-treatment was not effective. The biodegradation of the pollutants with the pre-treatment were 84.44% and 86.72%, and the respiration curves were above the endogenous respiration curves. Without the pre-treatment, the absorption peak intensity of tyrosine protein was decreased significantly in the EEM spectra of extracellular polymeric substances, and amino absorption peak was widened in the FTIR spectra of intracellular material. With heterogeneous Fenton-like pre-treatment, the characteristics of activated sludge were not significant changed. The relative activity of urease still remained 80%. The relative activity of dehydrogenase was decreased, especially for rhein, and the relative activity was only 67.5%. The microbial community of the activated sludge was dramatically changed without the pre-treatment. Gram positive increased from 40.15% to 47.72% and 45.78%, respectively. And gram negative reduced from 39.57% to 37% and 37.15%, respectively. But after heterogeneous Fenton-like pre-treatment, the microbial community was not obviously changed.

heterogeneous Fenton-like；reactive brilliant blue；rhein；activated sludge；extracellular polymeric substances；phospholipid fatty acids

X703.1

A

1000-6923（2015）08-2351-09

2014-12-18

廣西自然科學(xué)基金（2013GXNSBA019213）；珍稀瀕危動(dòng)植物生態(tài)與環(huán)境保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金資助

* 責(zé)任作者, 副教授, suchengyuan2008@126.com

宿程遠(yuǎn)（1981-）,男,河北晉州人,副教授,博士,主要從事水及廢水處理理論與技術(shù)研究.發(fā)表論文50余篇.