间歇共基质调控厌氧降解五氯酚的效能和机制研究

摘要

五氯酚（Pentachlorophenol，简称PCP）是一种曾被广泛用于工农业生产中的难降解有机物，具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应。由于五氯酚对人类生活的环境有很大的危害，许多中外学者对其进行广泛深入的研究。其中，共代谢是实现五氯酚厌氧降解的重要代谢方式，但是持续的共基质投加量容易造成基质间代谢竞争和处理成本上升等问题。本论文通过调控共代谢基质投加方式，对厌氧共代谢降解五氯苯酚过程中效能和机制变化进行研究。
　　首先，研究了在一次投加共基质方式下厌氧共代谢降解五氯酚的效能和代谢特性。在投加乙酸钠的条件下，PCP的去除率要显著高于未投加乙酸钠的实验组。该结果表明，共代谢基质乙酸钠对PCP的厌氧降解有促进作用。但随着PCP初始浓度的增大，这种促进作用受到了抑制，并且生长基质的投加量与PCP的降解速率非正相关。因此，优化生长基质的投加方式及投加量对提高厌氧共代谢降解PCP的效率和降低处理成本至关重要。
　　其次，研究了在间歇梯度投加模式下厌氧共代谢降解五氯酚的效能和代谢特性。该实验对一次性投加、间歇等梯度投加和间歇变梯度投加三种生长基质投加方式下PCP的厌氧共代谢降解效能进行研究。结果表明，间歇投加方式减少了共代谢基质乙酸钠的用量，并且发现PCP的降解速率不与乙酸钠的投加剂量呈正相关的关系。实验对胞内外多糖含量的变化和死活菌比例变化进行研究，加入乙酸钠后胞内和胞外多糖含量显著增加。在第8天，乙酸钠投加量为0.2 g/(L.d)的实验组胞内和胞外多糖的比例由开始阶段的0.401±0.060增加到0.517±0.052，同时死活菌比例也相应下降。PCP的脱氯能量并不从乙酸的裂解和甲烷的生成获得，而是胞内多糖被厌氧菌利用在生化过程中提供还原力。与一次投加方式相比，间歇等梯度和间歇变梯度的共基质投加方式不仅节省了超过50％的乙酸钠，也大幅度提高了PCP的去除效率。
　　最后，对零价铁强化厌氧共代谢降解五氯酚的效能和机制进行了研究。结果表明，当零价铁浓度为1 g/L时，PCP的去除速率与乙酸钠投加量呈正相关的关系。共代谢基质投加方式不同，零价铁的强化作用效果也不同。同时利用高通量测序技术对微生物的多样性和菌群结构进行分析，研究发现零价铁的投入导致菌群结构发生了变化。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 五氯酚在水环境中的分布及其生物毒害性

1．2 五氯酚厌氧共代谢降解的研究进展

1．2．1 五氯酚的降解途径

1．2．2 厌氧共代谢降解机理

1．2．3 厌氧共代谢降解五氯苯酚的研究

1．2．4 厌氧条件下五氯酚的降解动力学模型

1．2．5 厌氧条件下五氯酚的降解菌群的研究

1．3 零价铁强化厌氧降解效能的概述

1．3．1 零价铁还原降解含氯有机污染物的机理

1．3．2 零价铁强化厌氧降解含氯有机污染物国内外研究进展

1．4 高通量测序技术简介及其在污水处理中的应用

1．5 课题的目的意义和主要研究内容

1．5．1 研究的目的和意义

1．5．2 研究的内容

第二章 厌氧共代谢降解五氯苯酚研究

2．1 引言

2．2 材料与仪器

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 接种污泥

2．2．4 实验组设置

2．3 试验方法

2．3．1 水样的预处理

2．3．2 高效液相色谱法(HPLC)测定五氯酚

2．3．3 气相色谱-质谱法(GC-MS)测定五氯酚及其代谢产物

2．3．4 气相色谱法(GC)测定乙酸

2．4 结果与讨论

2．4．1 不同的五氯酚浓度对厌氧共代谢降解的影响

2．4．2 不同浓度的乙酸钠厌氧共代谢降解五氯苯酚的影响

2．4．3 厌氧共代谢降解五氯苯酚的途径变化

2．4．4 厌氧共代谢降解五氯酚的动力学研究

2．5 本章小结

第三章 间歇共基质对五氯酚厌氧降解效能的研究

3．1 引言

3．2 材料与仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验组的设置

3．3 分析方法

3．3．1 水样的预处理

3．3．2 高效液相色谱法(HPLC)测定五氯酚

3．3．3 气相色谱法(GC)测定乙酸

3．3．4 蒽酮法测定多糖

3．3．5 死活菌荧光染色法

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 间歇等量投加共代谢基质方式对五氯酚厌氧降解效能影响

3．4．2 间歇等量投加共代谢基质方式对五氯酚厌氧降解产物的影响

3．4．3 间歇梯度共基质投加方式下五氯酚的厌氯降解效能研究

3．4．4 对间歇投加和间歇梯度投加共代谢基质方式下五氯酚厌氧降解的动力学研究

3．4．5 成本经济分析

3．5 本章小结

第四章 零价铁强化五氯苯酚厌氧共代谢降解效能的研究

4．1 引言

4．2 实验材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验组设置

4．3 分析方法

4．3．1 水样的预处理

4．3．2 高效液相色谱法(HPLC)测定五氯酚

4．3．3 气相色谱法(GC)测定乙酸

4．3．4 邻菲罗啉分光光度法测Fe2+

4．3．5 测定污泥的电子传递体系活性

4．3．5 高通量宏基因组16sDNA测序

4．4 结果与讨论

4．4．1 零价铁强化厌氧共代谢降解五氯苯酚效能影响

4．4．2 不同条件下零价铁强化厌氧共代谢降解五氯苯酚的影响

4．4．3 零价铁强化厌氧共代谢降解五氯苯酚的动力学研究

4．4．4 零价铁强化厌氧共代谢降解五氯酚环境下微生物多样性和菌群结构分析

4．5 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 存在的问题与建议

参考文献

硕士学位期间的学术活动及成果情况