某市污水處理工藝單元中PHB合成與營養(yǎng)相關性研究

康瑞琴，蘇文輝，胡夢錦

(安陽工學院，河南 安陽 455000)

目前，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、城市人口的增加迅速，城市工業(yè)廢水和生活污水的排放量增加明顯。為保證城市環(huán)境和生態(tài)平衡，對污水進行適當?shù)奶幚硎直匾?。在當前污水處理技術(shù)領域中，活性污泥法是應用最為廣泛的技術(shù)之一[1]。在活性污泥法處理污水的過程中會產(chǎn)生一種特殊廢棄物剩余污泥，其產(chǎn)量非常大已經(jīng)對社會造成很大的負擔[2]，每年政府便需要投入大量的資金進行治理，制約著國家經(jīng)濟的建設和發(fā)展。剩余污泥還會造成大量營養(yǎng)的浪費，并且對地下水環(huán)境安全有著一定的威脅[3]。而PHB不但是一種熱塑性高分子材料，更是一種生物可降解材料，有可能部分會替代化學合成塑料消除白色污染；PHB具有壓縮性，可生產(chǎn)快餐盒和包裝材料等一次性用品；PHB還可以作為藥物緩釋控制材料，如：手術(shù)縫臺線和人造血管等，不但不會引起人體過敏反應，而且還能在體內(nèi)進行緩慢降解[4]。因此本課題以某市污水處理廠為研究對象，采用紫外分光光度法測定首創(chuàng)各工藝單元中PHB的合成量，從而觀察到在實際情況中營養(yǎng)條件對PHB在不同單元中合成量多少的影響，為PHB的合成脫離實驗室提供數(shù)據(jù)支持，為PHB的合成實現(xiàn)工業(yè)化提供理論依據(jù)，為后續(xù)研究提供基礎資料。

1 實驗材料

本實驗采用的是某市污水處理廠各個水處理工藝單元厭氧池，好氧池，脫氮除磷厭氧區(qū)，脫氮除磷缺氧區(qū)，脫氮除磷好氧區(qū)和回流區(qū)中的污泥，連續(xù)進行取樣，每次分別測定出各單元中PHB的含量，以及每個單元中BOD，COD，總氮，總磷的值。

1.1 實驗試劑

本實驗所用的主要試劑列于表1。

表1 實驗試劑

1.2 實驗儀器

本實驗所用的主要儀器設備列于表2。

表2 實驗儀器

2 實驗方法

2.1 實驗原理

100℃水浴條件下，將PHB溶解在濃硫酸中，可以轉(zhuǎn)化為巴豆酸，而巴豆酸在235 nm處有最大吸收峰值，并且其中存在定量的轉(zhuǎn)化關系，根據(jù)巴豆酸的吸光值計算細胞中的PHB濃度[5]。TN、TP、COD的測定方法參照國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》[6]。

2.2 樣品測定

(1)取8 mL待測樣品，在4000 r/min條件下離心10min，除去上清液，將沉淀物經(jīng)水洗-離心-棄上清液-丙酮洗-離心-棄上清液-再水洗-離心-棄上清液。

(2)然后移入50mL離心管中，再加入5 mL NaClO溶液和10 mL氯仿，用移液器槍吸打?qū)⒕w與氯仿充分混合，然后將瓶口認真的密封好。置于37℃搖床中，150 r/min萃取150min。

(3)將萃取后的混合液靜置分層，小心從氯仿層中吸取2mL混有PHB的氯仿溶液置于50mL三角瓶中，在105℃下烘干去除氯仿。之后加入10 mL濃H2SO4，用封口膜密封100℃下水浴10min。冷卻并混和均勻，在λ=235 nm處測定其吸光度，再根據(jù)標準曲線確定PHB濃度。

3 結(jié)果與分析

PHB在各工藝單元的含量及變化趨勢見圖1。由圖1可以看出，在回流池中PHB含量最大，其含量平均達到8.094 mg/L，且在兩個工藝階段中在好氧初期PHB的含量為最大。由于在兩個工藝階段中好氧初期的PHB含量分別為6.06 mg/L和7.573 mg/L，但在回流池匯合，且明顯在回流池中PHB含量降低，可以看出在好氧池內(nèi)有PHB的分解。同時從可以觀察到在缺氧區(qū)也有PHB的合成。

1為厭氧池，2為好氧池，3為脫氮厭氧池，4脫氮缺氧池，5為脫氮好氧池

圖1 污水處理工藝單元

化學需氧量COD在好氧初期達到最大，而化學需氧量COD愈高，表示水中有機污染物越多，而PHB的含量也在好氧初期達到最大，PHB隨著COD濃度的增加而增加，在回流池中COD的濃度達到2919.3 mg/L，而在所有工藝單元中回流中PHB含量最多，進而說明水中有機污染物越多，PHB的含量越大。生化需氧量BOD在好氧初期達到最大，生化需氧量BOD愈高，表示水中有機污染物愈多。而PHB的含量也在好氧初期達到最大，可以知道BOD對PHB有著一定的影響，PHB隨著BOD濃度的增加而增加，在所有工藝單元中回流中PHB含量最多。在脫氮除磷的工藝中在好氧初期TN明顯降低，因為在缺氧條件下進行反硝化脫氮，且PHB含量隨著TN濃度的減少而增加，說明在缺氧中含有合成PHB的菌種。由于厭氧釋磷的原因TP在好氧初期達到最大，PHB也是隨著總磷的增加而增加，同時在好氧初期可以看到PHB的合成量最多。在回流中PHB的含量及TP濃度增加幅度明顯變小。PHB隨著COD濃度和BOD濃度的增加而增加，在兩個工藝階段中好氧初期PHB合成量最大，且磷的濃度在好氧初期為最大，PHB也是隨著總磷的增加而增加。在好氧初期氮的含量降低，PHB合成量最大，PHB含量隨著總氮濃度的減少而增加。

[1]俞苗新,潘 楊,黃 勇,等.活性污泥法合成PHB的研究進展[J].水處理技術(shù),2012,38(6):1-6.

[2]林東恩,張逸偉.外加碳源的活性污泥合成生物降解塑料PHAs的試驗[J].環(huán)境科學,2003,24(2):97-101.

[3]陳銀廣,陳 堅,堵國成,等.生物可降解塑料PHB提取的進展研究[J].化工進展,1998,27(1):41-45.

[4]錢永雨,趙 敏,潘俊波,等.新型可降解塑料聚羥基丁-酸(PHB)的研究進展[J].黑龍江醫(yī)藥，2010,23(6):895-898.

[5]王 婧.利用剩余污泥生物合成PHB的工藝條件探討[D].廈門:廈門大學,2007.

[6]國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].3版.北京:中國環(huán)境科學出版社,1989.