外源电子供体在加速2,4,6-三氯酚生物降解中的作用

摘要

氯酚类化合物是一类具有毒性的有机污染物，此类物质在农药、除草剂、防腐剂的生产等工业中得到广泛应用。2,4,6-三氯酚(TCP)易在环境中残留，因此带来了严重的环境问题，危害人类的健康。
　　目前治理该类污染物的主要方法有物理法、化学法和生物法，其中生物降解方法因其具有经济、无二次污染等特点而引起更多的重视。2,4,6-三氯酚具有很强的毒性，不易被生物降解，因此，单独的生物降解三氯酚也有一定的局限性。已有研究表明，通过添加易降解的有机物，利用共基质作用来促使难降解有机物的降解速率得到提高。
　　2,4,6-三氯酚属于难以生物降解的有机物，但是通过添加一些外加电子供体可以加速其生物降解的速率。本实验通过甲酸、乙酸和苯酚作为外加电子供体添加到三氯酚溶液中，从而不同程度地提高 TCP的生物降解速率，并有效提高三氯酚的矿化程度。在一种折流式内循环生物膜反应器中进行实验，为三氯酚的生物降解提供缺氧-好氧交替的反应条件，加快其降解速率。同时对三氯酚生物降解的中间产物进行检测，分析其生物降解的途径。实验结果如下：
　　(1)全程好氧培养和缺氧-好氧交替培养的摇瓶实验中，混合溶液中的TCP降解菌均呈现不断生长的趋势。经过10小时后，三氯酚在缺氧-好氧交替情况下得到完全降解，而在全程好氧的情况下，三氯酚的去除率仅为63％。结果表明三氯酚在缺氧-好氧交替条件下的降解效果更好。
　　(2)由于乙酸含有更多的电子当量数，因此乙酸对三氯酚生物降解的加速作用大于甲酸，外加相同的电子当量数相同对提高降解速率的作用基本相同。同样加入1mM的甲酸和乙酸可以提高TCP生物降解速率66%和88%。这是因为乙酸含有的电子当量数是甲酸的4倍。加入不同量甲酸和乙酸的实验表明，加入0.25mM的乙酸加速TCP生物降解速率正好与加入1mM甲酸的效果相当，加入0.5mM的乙酸加速TCP生物速率正好与加入2mM甲酸的效果相当。这表明，电子数的加入对TCP的生物降解成正比。
　　(3)分别向三氯酚溶液中添加1mM的甲酸、乙酸和苯酚，实验结果表明，在加入量相同时，乙酸对三氯酚生物降解的加速作用大于甲酸大于苯酚。虽然苯酚含有的电子当量数大于甲酸和乙酸。通过苯酚与甲酸、乙酸对三氯酚生物降解的加速作用的比较得出，苯酚所提供的大部分电子当量被用于其自身生物降解中的单加氧反应和开环反应中，仅有不足7%的电子当量数被用于加速TCP的生物降解。
　　(4)对三氯酚代谢途径的分析发现，TCP在生物降解过程中，需要进行还原脱氯反应，以及与分子氧和微生物细胞中的电子载体通过共基质启动其初始的单加氧反应从而加速其降解速率，并在苯环上加入羟基–OH。
　　(5)添加甲酸、乙酸、苯酚的混合三氯酚模拟废水中，混合溶液中COD的减少量高于单独TCP溶液。说明外加有机物能够不同程度地增加溶液中COD的去除率，即提高三氯酚在生物降解中的矿化程度。
　　(6)先紫外光照再生物降解的分步降解三氯酚比直接生物降解三氯酚的降解速率更高。推测 TCP的光解过程中，产生的中间产物对生物降解的抑制性较小，可作为外加电子供体存在于TCP生物降解过程中，进一步加速三氯酚的生物降解速率。该规律可以推广在工业和其他实际废水处理中运用，从而提高含有TCP废水的处理效率。
　　(7)运用电子平衡的计算定量分析了外源和内源电子供体对TCP和苯酚生物降解反应的影响。易于生物降解的外源电子供体对加速 TCP和苯酚的生物降解，相比所生成的内源电子供体如马来酸半醛有更大的影响。
　　(8)折流式内循环生物膜反应器该反应器的可为反应提供缺氧-好氧交替的实验条件，有效提高了降解效率。为难降解有机废水的处理提供了一种新颖的手段和方法。

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第一章 绪论

1.1 三氯酚概述

1.2 氯酚类废水的处理技术

1.3 缺氧-好氧交替生物处理技术

1.4 研究目的与研究内容

1.5 研究的创新点

1.6 研究的方法

第二章 缺氧-好氧交替加速三氯酚的生物降解

2.1 材料与方法

2.2 分析方法

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 外源电子供体加速三氯酚的生物降解

3.1材料与方法

3.2 分析方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 不同结构的电子供体加速三氯酚生物降解的比较

4.1 材料与方法

4.2 分析方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 紫外辐射加速三氯酚的生物降解

5.1 材料与方法

5.2 分析方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 外源电子供体对电子生成速率的影响

6.1 TCP和苯酚的电子流平衡计算

6.2 H生成量与TCP和苯酚降解速率增加之间的关系

6.3本章小结

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果

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