DEHP降解菌對(duì)硝化型曝氣生物濾池的影響

柳學(xué)速，曹相生，孟雪征

（北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100124）

DEHP是一種人工合成的化學(xué)物質(zhì)。它是無色無味的液體，常溫下不易揮發(fā)，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑中。DEHP是一種典型的鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)，具有內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，是一種環(huán)境激素 類 物 質(zhì)［1－2］。 由 于 在 塑 料 及 其 它 制 品 中，DEHP呈游離狀態(tài)，從而廣泛存在于大氣、水體、土壤以及生物體中［3－4］。當(dāng)氧氣存在時(shí)，水和土壤中的DEHP會(huì)被微生物分解為結(jié)構(gòu)較為簡單的化合物，而在含氧量極低的地方，DEHP則不易被分解。我國水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB 3838－2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，DEHP的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為8μg／L，但是在很多地區(qū)水體中DEHP的濃度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。牛靜萍等［5］在黃河水中檢測發(fā)現(xiàn)DEHP濃度高達(dá)109．93μg／L，超出水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的13倍。DEHP對(duì)人體健康的影響和潛在危害不容小視，污水中的DEHP需經(jīng)處理后才可以排放。

國內(nèi)外對(duì)去除污水中的DEHP已經(jīng)做了許多研究。Mathur SP等在1975年便分離出DEHP的專性降解菌，該菌株能將DEHP先降解為鄰苯二甲酸和短鏈醇，進(jìn)而許多微生物可以降解利用這些物質(zhì)，最后轉(zhuǎn)化成CO2和 H2O［6］。Marttinen等［7］對(duì)污水處理廠不同階段的DEHP濃度進(jìn)行測定，并對(duì)質(zhì)量平衡關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算。Chen等［8］采取光－芬頓與生物技術(shù)相結(jié)合的方法來研究對(duì)DEHP的降解情況。結(jié)果顯示，光－芬頓反應(yīng)器可以進(jìn)行預(yù)處理，先降低廢水中DEHP的毒性，為后續(xù)生物降解提供必要的條件。牛貴龍從北京某污水廠馴化的活性污泥中分離得到DEHP的降解菌X（后命名為N4），該菌在好氧條件下能以DEHP為唯一的碳源和能源，用該菌對(duì)其降解10 mg／L DEHP的性能進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：DEHP初始濃度和菌液初始濃度存在一個(gè)合理的比值，在這一比值下對(duì)DEHP的降解率最高［9］。李小冬對(duì)進(jìn)水添加DEHP和進(jìn)水不添加DEHP的兩座硝化型曝氣生物濾池進(jìn)行掛膜試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：DEHP的投加促進(jìn)了掛膜穩(wěn)定期濾池中出水亞氮的積累，但對(duì)出水氨氮的去除不產(chǎn)生影響。掛膜期間濾池對(duì)DEHP的去除率為91．4%，推測濾池中DEHP的去除主要依靠生物膜吸附和異養(yǎng)菌的生物降解［10］。硝化型曝氣生物濾池中DEHP的去除主要是生物膜的吸附還是異養(yǎng)菌的降解需要進(jìn)一步的分析。本試驗(yàn)研究在硝化型曝氣生物濾池中投加DEHP降解菌后，該菌液是否會(huì)對(duì)硝化反應(yīng)有影響，及濾池中的DEHP主要是生物吸附還是異養(yǎng)菌的生物降解。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)過程

本試驗(yàn)采用兩座構(gòu)造完全相同的硝化型曝氣生物濾池。濾池為有機(jī)玻璃制作，內(nèi)徑為50mm，高度為3000mm。濾池底部200mm內(nèi)填充大粒徑鵝卵石作為承托層，承托層上面填充1800mm粒徑為1～2mm的石英砂作為濾料。

試驗(yàn)時(shí)，一座濾池（0＃）進(jìn)水中投加DEHP降解菌使得投菌量為V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000，另一座濾池（1＃）進(jìn)水中不投加DEHP降解菌。兩個(gè)濾池的其它運(yùn)行條件完全相同，如表1所示。

表1 硝化濾池對(duì)比試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)

兩座濾池在試驗(yàn)過程中，同時(shí)進(jìn)行反沖洗，以反沖洗出水清澈為反沖洗結(jié)束標(biāo)志。運(yùn)行期間每天取兩座濾池的進(jìn)出水進(jìn)行檢測，檢測的指標(biāo)有氨氮、亞氮、硝氮以及DEHP。

1．2 試驗(yàn)用水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)采用的是人工配水。兩座濾池進(jìn)水pH為7．9～8．1，DEHP濃度100μg／L，100L的進(jìn)水中0＃濾池中投加100mL的DEHP降解菌，1＃濾池中不投加DEHP降解菌。pH用碳酸鈉調(diào)節(jié)。進(jìn)水水質(zhì)見表2。

表2 模擬生活污水進(jìn)水水質(zhì)

試驗(yàn)進(jìn)水中100μg／L DEHP的配制：由于DEHP難溶于水，必須借助助溶劑才能提高水中DEHP的濃度。本試驗(yàn)選用甲醇作為助溶劑。取2．5mL液態(tài)DEHP（純度99%）加入到100mL的甲醇溶液中。實(shí)驗(yàn)期間每次取0．67mL此混合溶液加入到100L試驗(yàn)用水中，并且充分?jǐn)嚢?，測出DEHP濃度平均值為100μg／L。

DEHP降解菌的來源：本實(shí)驗(yàn)室牛貴龍從北京某污水廠馴化的活性污泥中分離得到的DEHP降解菌［9］。

DEHP降解菌的培養(yǎng)與儲(chǔ)存：該降解菌用含有DEHP的牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基連續(xù)培養(yǎng)三次，進(jìn)行細(xì)菌的活化，得到長勢較好的菌株。儲(chǔ)存于4℃冰箱中作為母液備用。為了使所投加菌液中不含有有機(jī)物，每次從中取出100mL該菌液需在5000r／min的離心機(jī)中離心兩次，每次歷時(shí)5min。

1．3 分析方法

NH4＋－N：納氏試劑分光光度法；NO3－－N：紫外分光光度法；NO2－－N：N－（1－萘基）－乙二胺光度 法［11］；DEHP： 固 相 萃 取——高 效 液 相 色譜法［12］。

2 結(jié)果與討論

2．1 兩座濾池氨氮的變化情況

兩座濾池氨氮的變化情況見圖1。

圖1 兩座濾池進(jìn)水氨氮及氨氮去除率情況

試驗(yàn)開始之前兩座濾池都經(jīng)過了一個(gè)月的掛膜。掛膜期間，兩座濾池均不投加DEHP降解菌，其它運(yùn)行參數(shù)和進(jìn)水水質(zhì)見表一和表二，掛膜成熟后，濾池0＃進(jìn)水中投加100mL的DEHP降解菌，濾池1＃進(jìn)水中不投加DEHP降解菌作為空白對(duì)照。

由圖1中可以得出，穩(wěn)定時(shí)期濾池0＃和濾池1＃的出水氨氮平均濃度均為0．9mg／L，氨氮平均去除率均為96．98%。由此可以看出DEHP降解菌的投加對(duì)氨氮的去除沒有影響。

2．2 兩座濾池亞氮以及硝氮變化情況

兩座濾池亞氮的變化情況見圖2示。兩座濾池硝氮的變化情況見圖3示。

圖2 兩座濾池亞氮變化及亞氮積累情況

圖3 兩座濾池硝氮及硝氮硝化率情況

由圖2和圖3可知DEHP降解菌對(duì)兩座濾池中亞氮濃度、亞氮積累率，硝氮濃度、硝氮硝化率都具有很大的影響。兩座濾池出水亞氮前7d在不斷地升高，之后，1＃濾池趨于穩(wěn)定，0＃濾池先是有所下降，最后趨于穩(wěn)定。第13d和18d出水亞氮出現(xiàn)比較大的波動(dòng)是由于反沖洗所導(dǎo)致。0＃濾池穩(wěn)定時(shí)期出水亞氮平均濃度23．19mg／L，硝氮平均濃度為5．10mg／L，亞氮平均積累率為81．97%，硝氮平均硝化率為18．03%。1＃濾池穩(wěn)定時(shí)期出水亞氮平均濃度26．90mg／L，硝氮平均濃度為2．02mg／L，亞氮平均積累率為93．02%，硝氮平均硝化率為6．98%。濾池穩(wěn)定時(shí)期1＃濾池與0＃濾池相比，出水亞氮平均濃度高3．71mg／L，出水亞氮平均積累率高11．23%，硝氮平均硝化率低11．05%。

硝化反應(yīng)是由兩個(gè)階段構(gòu)成的。第一階段是氨氮在亞硝酸細(xì)菌（AOB）的作用下轉(zhuǎn)化為亞氮；第二階段是亞氮在硝酸細(xì)菌（NOB）的作用下轉(zhuǎn)化為硝氮。Dokianakis等人［13－14］分別利用純硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌研究DEHP對(duì)硝化細(xì)菌的影響，發(fā)現(xiàn)DEHP對(duì)硝化細(xì)菌均有抑制作用。李小冬研究證實(shí)了DEHP在硝化型曝氣生物濾池中，對(duì)參與硝化反應(yīng)第一階段沒有影響，但是會(huì)抑制硝化反應(yīng)的第二階段，導(dǎo)致出水中亞氮的積累［10］。牛貴龍證實(shí)了DEHP降解菌X對(duì)DEHP具有較好的去除效果［9］。通過對(duì)0＃濾池和1＃濾池的出水亞氮情況分析，可以推測DEHP降解菌降解了0＃濾池中的DEHP，使得DEHP對(duì)0＃濾池的亞氮積累有所降低。

2．3 DEHP去除效果

硝化型曝氣生物濾池中DEHP的去除情況見圖4。

由圖4可知，兩座濾池穩(wěn)定時(shí)，0＃濾池出水DEHP平均濃度為 6．09μg／L，平均去除率為93．91%，1＃濾池出水 DEHP平均濃度為9．47μg／L，平均去除率為90．53%?？梢灾老趸推貧馍餅V池對(duì)DEHP有很高且穩(wěn)定的去除率。進(jìn)水中投加DEHP降解菌的0＃濾池比進(jìn)水中不投加DEHP降解菌的1＃濾池出水DEHP平均濃度減少了3．38μg／L，平均去除率提高了3．38%。

在生物濾池中DEHP的去除方式有物理吸附和生物降解［15］。本實(shí)驗(yàn)所使用的DEHP降解菌是牛貴龍所純化的具有高效降解DEHP功能的降解菌［9］。濾池進(jìn)水中含有7．92mg／L的 COD和100μg／L的DEHP，濾池中會(huì)有一部分的異養(yǎng)菌和DEHP降解菌的存在。0＃濾池進(jìn)水中投加的100mL DEHP降解菌以DEHP為有機(jī)碳源，提高了0＃濾池對(duì)DEHP的去除率。1＃濾池進(jìn)水中不投加DEHP降解菌，該濾池中DEHP的去除主要是由于濾池的吸附和異養(yǎng)菌的降解。

圖4 兩座濾池中DEHP的變化情況

3 結(jié) 論

（1）在DEHP降解菌的投菌量為V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000濾池與不投加菌液的濾池對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，DEHP降解菌的投加使得硝化型BAF中出水亞氮平均積累率降低了11．23%，硝氮的硝化率增加了11．05%，但對(duì)氨氮的去除沒有影響。推測出水亞氮積累率的降低是由于DEHP降解菌降解了硝化型BAF中的DEHP，減弱了DEHP對(duì)硝化型BAF的抑制作用。

（2）在DEHP降解菌的投菌量為V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000濾池與不投加菌液的濾池中可以發(fā)現(xiàn)，DEHP降解菌的投加使得硝化型BAF中DEHP的平均去除率提高了3．38%。推測DEHP的去除是由于濾池的吸附、DEHP降解菌與異養(yǎng)菌的降解共同所造成的。

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