内分泌干扰物4-t-辛基酚的生物去除及机理研究

摘要

烷基酚类物质(APs)作为内分泌干扰物(EDCs)中的一种，已经在环境领域引起了普遍关注，烷基酚类物质中毒性最大、污染范围最为广的为壬基酚(NP)和辛基酚(OP)。本文首先以上海安亭污水处理厂的进水为代表，研究了上海典型生活污水中EDCs的种类，并分析了化学生物絮凝工艺(CBF)对内分泌干扰物的去除效果。在进水中共发现8种内分泌干扰物，主要包括以4-t-OP(简称OP)为代表的烷基酚类和邻苯二甲酸酯类。CBF工艺对所有检测到的内分泌干扰物均有一定去除效果，烷基酚类较高，去除率在60％～99％之间；对于酯类物质的去除率略低，约为30％～34％。CBF工艺反应器中EDCs的去除过程可能主要包括生物吸附与化学絮凝作用。根据以上研究结果，选择OP作为研究的目标污染物。考虑到现阶段我国城市污水处理主要使用活性污泥工艺，而城市污水处理厂是EDCs进入环境的一个重要途径，因此，本文主要研究了活性污泥对OP的去除特性，包括活性污泥对OP的吸附和降解特性以及好氧、缺氧、好氧-缺氧SBR活性污泥小试工艺对OP的去除效果。结果表明，活性污泥对OP既有吸附作用也有降解作用。活性污泥对OP吸附包括快速吸附与慢速吸附两个阶段，吸附过程符合一级动力学方程。随着污泥浓度的增加，吸附速率减小，吸附平衡时间增加，达到吸附平衡时，分配系数KD与污泥浓度之间的关系可以用方程Kp＝a(SC)b描述。低温有利于吸附，当pH值在5.0～9.0范围时，pH值对吸附的影响不大。活性污泥对OP吸附量的大小与活性污泥粒径成负相关性，因此活性污泥对OP的吸附可能以表面吸附为主。活性污泥在好氧环境对OP的降解性能要优于厌氧环境。随着OP初始浓度的增加，降解速率有所降低；好氧条件下活性污泥对OP降解的最佳pH值为8.0，厌氧条件下为7.0；酵母膏的添加对OP降解的促进作用显著，在好氧条件下，苯酚也明显的促进了OP的降解。活性污泥以OP为主要碳源进行培养后，优势菌种主要属于γ-变形菌门。此外，在好氧条件下培养的活性污泥中，也发现相当的优势菌种属于厚壁菌门。通过小试装置模拟城市污水条件下活性污泥工艺对OP的去除效果。试验发现活性污泥工艺对OP的去除效果较好，OP的添加并未明显影响反应器对其他污染物的去除效率。活性污泥系统中都存在着钟虫等多种原生动物，出水水质较好。碳/氮比的减小有利于活性污泥对OP的去除；停留时间的延长，增强了OP的去除效果；在OP进水浓度为50～150μg/L的范围内，随着浓度的增加容积负荷也随之增加。在本文研究的三种活性污泥法反应器中，缺氧-好氧SBR反应器对OP的去除效果最佳，当进水浓度为150μg/L时，最高容积负荷可达到85.1μgL-1d-1，其次为好氧活性污泥反应器，最后为缺氧活性污泥反应器。对三种活性污泥系统进行微生物群落结构分析，发现均以属于β-变形菌门的优势菌种比例最高，这与普通活性污泥微生物群落结构一致，说明OP的生物毒性没有使活性污泥中的主要优势菌种产生显著的改变。此外，好氧活性污泥反应器中还发现了属于γ-变形菌门和δ-变形菌门的优势菌种，而缺氧和SBR反应器中还发现了属于γ变形菌门以及厚壁菌门的优势菌种。近年来好氧颗粒污泥处理系统得到大力开发。与活性污泥相比，颗粒污泥具有独特的结构特征，可为各种代谢类型的微生物提供适合的生长环境，因此本文也研究了颗粒污泥对OP的降解性能，得出的主要降解规律与活性污泥相类似。颗粒污泥在以OP为主要碳源培养后，生物多样性比接种污泥明显减小。好氧培养后优势菌种主要属于γ-变形菌门；厌氧培养后优势菌种主要属于厚壁菌门。本文通过分离纯化，共得到两株OP降解菌。通过鉴定，这两株菌均属于γ-变形菌门，其中OP-1属于假单胞菌属，OP-2属于成团泛菌属。迄今为止，属于成团泛菌属的烷基酚降解菌尚未见报道。降解菌OP-1对OP降解的最佳pH值为7.0，OP-2为8.0；并且葡萄糖的添加有利于菌种OP-1对OP的降解。关键词：辛基酚，内分泌干扰物，活性污泥，颗粒污泥

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1烷基酚类物质的来源和毒性

1.1.1烷基酚物质的来源

1.1.2烷基酚类物质的毒性

1.2烷基酚污染现状

1.2.1国内污染现状

1.2.2国外污染现状

1.3环境样品中烷基酚类污染物分析检测方法研究现状

1.3.1样品预处理方法

1.3.2样品检测方法

1.4烷基酚类物质的去除方法研究

2.1物化吸附

2.2微生物降解

2.3化学氧化

2.4实际污水处理工艺对烷基酚类物质的去除

1.5目前存在的问题与研究展望

第二章主要实验方法

2.1安亭污水处理厂进水中内分泌干扰物的分析方法

2.1.1水样前处理方法

2.1.2样品检测方法

2.2实验室配水试验样品中OP分析方法

2.2.1液相色谱条件的确定

2.2.2样品定性定量方法

2.3分子生物学实验方法

2.3.1样品前处理与细菌基因组核酸提取

2.3.2污泥样品微生物群落结构DGGE方法

2.3.3菌种鉴定方法

2.3.4总细菌群落密度Real-Time PCR定量测定方法

2.4常规水质指标分析方法

2.5试验中所使用的主要试剂

2.6试验中所使用的主要仪器和材料

第三章安亭污水处理厂内分泌干扰物调查及其在化学生物絮凝工艺中的去除研究

3.1前言

3.2试验设计

3.2.1安亭污水处理厂化学生物絮凝介绍

3.2.2取样与样品分析

3.3结果与讨论

3.3.1 CBF工艺运行效果

3.3.2化学生物絮凝工艺进水中主要EDCs组成

3.3.3化学生物絮凝工艺对EDCs的去除性能

3.4结论

第四章活性污泥对OP的吸附性能研究

4.1前言

4.2活性污泥对OP吸附动力学研究

4.2.1试验设计

4.2.2 结果与讨论

4.2.3本节小结

4.3活性污泥对OP吸附行为研究

4.3.1试验设计

4.3.2结果与讨论

4.3.3本节小结

4.4本章小结

第五章活性污泥对OP的降解性能及微生物群落特征研究

5.1前言

5.2试验设计

5.2.1污泥来源于培养基

5.2.2试验方法

5.2.3数据分析与处理

5.3结果与讨论

5.3.1好氧条件下活性污泥对OP降解性能

5.3.2厌氧条件下活性污泥对OP降解性能

5.4本章小结

第六章颗粒污泥对OP的降解性能及微生物群落特征研究

6.1前言

6.2试验设计

6.2.1污泥来源于培养基

6.2.2试验方法

6.2.3数据分析与处理

6.3结果与讨论

6.3.1好氧条件下颗粒污泥对OP的降解性能

6.3.2厌氧氧条件下颗粒污泥对OP降解性能

6.4.本章小结

第七章活性污泥反应器对OP的降解性能研究

7.1前言

7.2好氧活性污泥工艺

7.2.1试验设计

7.2.2取样与分析

7.2.3结果与讨论

7.2.4本节小结

7.3缺氧反硝化活性污泥工艺

7.3.1试验设计

7.3.2取样与分析

7.3.3结果与讨论

7.3.4本节小结

7.4缺氧-好氧SBR活性污泥工艺

7.4.1试验设计

7.4.2取样与分析

7.4.3结果与讨论

7.4.4本节小结

7.5本章小结

第八章OP降解菌的筛选及降解性能研究

8.1前言

8.2试验设计

8.2.1菌种的驯化及筛选

8.2.1菌种降解性能研究

8.3结果与讨论

8.3.1菌种鉴定结果

8.3.2菌种OP-1对OP降解性能

8.3.3菌种OP-2对OP降解性能

8.4本章小结

第九章结论与建议

致谢

参考文献

个人简介与论文发表