程婷 ，黃兆琴 ，陳晨

（1.江蘇城市職業(yè)學院 城市科學系，江蘇 南京 210036；2.江蘇科技大學 生物與化學工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212018）

馴化污泥對厭氧生物降解2，4－二氯酚的影響

程婷1，黃兆琴1，陳晨2

（1.江蘇城市職業(yè)學院 城市科學系，江蘇 南京 210036；2.江蘇科技大學 生物與化學工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212018）

以2，4－二氯酚（2，4－DCP）為目標污染物，考察葡萄糖共基質條件下厭氧污泥馴化過程中目標物的生物降解以及馴化污泥對2，4－DCP降解效果的影響。結果表明：厭氧污泥具有降解2，4－DCP的潛力，連續(xù)馴化2個月其對污染物的降解能力逐步增強。2，4，6－TCP（2，4，5－三氯酚）與2，4－DCP長期共存可加快厭氧污泥對2，4－DCP的降解速率，提高降解效果以及體系COD去除率。不同體系COD的去除率與目標物的生物降解有一定相關性。

氯酚類化合物；2，4－二氯酚；馴化污泥；生物降解

氯酚類化合物（CPs）被廣泛用作木材防腐劑、防銹劑、除草劑、殺菌劑和造紙等工業(yè)中，具有惡臭、異味和高度毒性［1，2］。 農用除草劑 2，4－D、伊比磷和醫(yī)藥硫雙二氯酚等產品的合成需要大量地使用其中的產品 2，4－二氯酚（2，4－DCP），此類化合物具有環(huán)境毒性而且難以降解，因此是一種持久性有機污染物［3，4］。 許多研究表明，用于降解 CPs的接種物是否經過馴化、用于馴化的馴化物種類以及經過馴化的時間長短均有可能影響CPs的降解性、降解速率與降解途徑［5－7］。目前，關于氯酚類有機物降解的研究大多只集中在馴化后的降解活性上，馴化過程自身的特點則研究不多。一般認為，馴化機理的幾種可能是：（1）基因突變；（2）誘導；（3）最適底物耗盡后開始利用氯酚類有機物；（4）已具有降解活性的群體起始濃度較低［8］。本研究以2，4－DCP為目標污染物，考察其在厭氧污泥馴化過程中的降解以及馴化污泥對2，4－DCP的降解效果。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

以厭氧污泥為接種微生物，將其接種于一定容積的馴化瓶中，充氮氣密封置于恒溫培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)。在葡萄糖共基質條件下，分別投加2，4－DCP、2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 的混合物進行馴化，在馴化過程中逐級提高氯酚的濃度，并補充葡萄糖營養(yǎng)液、微量元素營養(yǎng)液與NaHCO3緩沖液，并定期取樣分析上清液中2，4－DCP的濃度。葡萄糖營養(yǎng)液的組成 （mg／L） 為：C6H12O6·H2O 3000，KH2PO4270，K2HPO4350，NH4Cl 530，CaCl2·2H2O 75， MgCl2·6H2O 100；微量元素營養(yǎng)液的組成 （g／L） 為 ：CoCl2·6H2O 0.5，NiCl2·6H2O 0.05，Na2SeO30.05，CuCl2·2H2O 0.03，ZnCl20.05，H3BO30.05，MnCl2·4H2O 0.5， （NH4）6Mo7O24·2H2O 0.01；NaHCO3緩沖液（g／L） 為：1。

1.2 分析項目及方法

2，4－DCP采用高效液相色譜分析，色譜柱為150 mm × 4.6 mm Allsphere ODS－25U 反相柱，流動相為 2%HAC／CH3OH 30／70，流速 1.0 mL／min，分析檢測波長280 nm。COD值測定采用標準重鉻酸鉀法。

2 結果與討論

2.1 污泥馴化過程中污染物的降解

本試驗采用 2，4－DCP、2，4－DCP 與 2，4，6－TCP的混合物馴化厭氧污泥，考察不同污泥馴化過程中2，4－DCP的降解情況。由圖1可知，添加2，4－DCP 馴化的厭氧污泥和 2，4－DCP 與 2，4，6－TCP混合馴化的厭氧污泥幾乎不經過滯后期就開始降解2，4－DCP，而厭氧污泥若想要較快地降解目標污染物則需要經過長達2個多月的馴化。在馴化過程中，隨著氯酚濃度的不斷增加，厭氧污泥逐漸適應氯酚的毒性，從而不斷增強其降解能力。這表明厭氧微生物具有降解氯酚的潛力，誘導此種潛力所需的時間較短，而富集一定量的具有降解活性的微生物則需較長時間。

由圖1還可看出，在馴化初期 （1～20d），2，4－DCP 馴化的厭氧污泥對 2，4－DCP 的降解效果好于 2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 混合馴化的厭氧污泥； 而當馴化進行到 30d時，2，4－DCP與2，4，6－TCP混合馴化的厭氧污泥降解效果明顯提高，它在之后（31～70 d）的馴化中降解能力較單一的2，4－DCP馴化污泥強。當污泥馴化進行到60d 時再次添加同等濃度（26 mg／L）的 2，4－DCP，2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 混合馴化的厭氧污泥在10d內對目標物的降解率達到90%以上，而2，4－DCP馴化污泥對目標物的降解率為68%。推測馴化初期 2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 毒性的積累使混合馴化污泥對目標物的降解受到影響，而馴化后期微生物逐漸適應兩種氯酚的毒性，2，4，6－TCP的存在促進了厭氧污泥對目標物2，4－DCP的降解。有研究指出［9］，單獨氯酚類物質馴化一般均需要2周左右的滯后期才開始出現(xiàn)厭氧降解氯酚類有機物的活性。本試驗的前20 d氯酚投加濃度較低（＜10 mg／L），推測目標物濃度的迅速下降以吸附為主。

圖1 污泥馴化過程中2，4－DCP的降解

污泥馴化過程中2，4－DCP的降解速率如表1所示。由表1可知，隨著污泥馴化時間的延長，目標物的降解速率基本呈增加趨勢。2，4－DCP馴化污泥對目標物的降解速率從 1－8 d的 0.57 mg·l－1d－1提高到 45－60 d 的 1.27 mg·l－1d－1， 再提高 到 60 －70 d 的 2.39 mg·l－1d－1；2，4 －DCP 與2，4，6－TCP混合馴化污泥對目標物的降解速率高于 2，4－DCP 馴化污泥，降解速率從 1－8 d 的 0.57 mg·l－1d－1提高到 45－60 d 的 1.40 mg·l－1d－1， 再提高到 60－70 d 的 2.64 mg·l－1d－1。 表明 2，4，6－TCP與 2，4－DCP 混合馴化污泥對 2，4－DCP 的降解表現(xiàn)出更高的潛力。 全向春等［10］的研究指出，4－CP與 2，4－DCP 長期共存時，2，4－DCP 的降解速率高于單一 2，4－DCP 作為基質時的降解速率。2，4，6－TCP與2，4－DCP分子結構相類似，推測在本試驗中 2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 的共存誘導厭氧微生物分解出更多促進2，4－DCP降解的酶或酶體系，從而得到對目標物更好的降解效果。

表1 污泥馴化過程中2，4－DCP的降解速率

2.2 污泥馴化過程中的COD濃度變化

本試驗對厭氧污泥馴化過程中的COD濃度變化也進行了測定（如圖2所示）。由圖2可知，氯酚的加入對COD的濃度變化有較大的影響。結合圖1厭氧污泥馴化過程中2，4－DCP的濃度變化可知，當添加2，4－DCP的濃度在6 mg／L以上時，COD的降解速率顯著變慢，說明氯酚的加入對微生物降解葡萄糖產生了一定的抑制。而隨著馴化時間的延長，厭氧污泥逐漸適應氯酚的毒性，COD的降解速率也逐漸恢復。由圖2還可以看出，2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 混合馴化的厭氧污泥體系在前16d內COD的降解速率比單一2，4－DCP馴化污泥體系慢；而隨著馴化時間的延長（28－65 d），體系COD的降解速率高于單一2，4－DCP馴化污泥體系， 表明 2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 長期共存時，厭氧微生物菌群適應毒性的能力更強，它對目標物及有機物的降解效果均更好。由圖1和圖2的實驗結果可知，同一個反應系統(tǒng)中氯酚與COD的濃度變化有一定的相關性，這與李萍等［7］以葡萄糖為共代謝基質馴化五氯酚（PCP）得到的研究結果相一致。推測厭氧微生物的代謝酶并非絕對專一，它們在降解輔助碳源的同時也在附帶降解目標污染物2，4－DCP。此外，由于厭氧污泥本身的COD濃度較高，因此測定的體系COD濃度基本維持在1000 mg／L以上。

2.3 不同馴化污泥對2，4－DCP的降解

馴化污泥對2，4－DCP的降解效果如圖3所示，各體系初始pH為7，厭氧污泥接種量276 mg VSS／L。與未馴化污泥相比，馴化污泥可顯著提高2，4－DCP 的降解效果，且 2，4－DCP 與 2，4，6－TCP混合馴化污泥對目標物的降解效果最好。2，4－DCP 與 2，4，6－TCP 混合馴化污泥在 190h 時對2，4－DCP的降解率為 90%以上，214h完成目標物的完全降解；2，4－DCP馴化污泥在190 h時對目標物的降解率為65%，288 h達90%以上，300 h完全降解；而未馴化厭氧污泥對2，4－DCP的降解效果較差，190 h時目標物降解率為45%，300 h時污染物仍殘留30%。

此外，馴化與未馴化厭氧污泥對2，4－DCP的降解都需要經過吸附、解析、生物降解的過程。厭氧微生物對目標污染物的作用在反應初期主要以吸附為主，較短的時間內（分別為23～33 h）達到平衡并開始解析，解析之后在較長的一段時間內完成對目標污染物的降解。圖3中不同厭氧污泥對2，4－DCP的降解均經過了較長時間的滯后期，推測濃度為30 mg／L的 2，4－DCP對微生物毒性較大，它需要經過較長時間的適應期才能降解。

圖3 不同馴化污泥對2，4－DCP的降解效果

試驗同時測定了不同厭氧污泥體系反應始末的COD值變化（圖4），以間接反映有機物的厭氧生物降解性。由圖4所示的不同厭氧污泥體系的COD去除率可知，不同體系COD的去除率與2，4－DCP的降解效果有一定的相關性。對比不同馴化污泥對2，4－DCP的降解效果，我們可以發(fā)現(xiàn)：未馴化污泥對COD的去除率較差，僅為51%；2，4－DCP馴化污泥體系對COD的去除效果較好，為 71%；2，4，6－TCP 與 2，4－DCP 混合馴化污泥對COD的去除率最高，在80%以上。

圖4 厭氧污泥體系COD的去除率

3 結論

（1）厭氧污泥具有降解氯酚的潛力，連續(xù)馴化過程中厭氧污泥降解2，4－DCP的能力逐步增強，降解速率逐步提高。

（2）當厭氧污泥的馴化基質為 2，4－DCP與2，4，6－TCP的混合物時，馴化過程中目標污染物2，4－DCP與 COD的降解效果均好于單一 2，4－DCP馴化的厭氧污泥。

（3）與未馴化污泥相比，馴化污泥對 2，4－DCP的降解效果明顯提高，其中 2，4，6－TCP與2，4－DCP混合馴化污泥對目標物的降解效果最佳。

（4）不同厭氧污泥體系 COD的去除率與2，4－DCP的降解效果有一定的相關性。

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10.3969／j.issn.1007－2217.2011.04.006

2011－09-20