苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制性

1、苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制性 研究了對(duì)苯二酚、鄰苯二酚、間苯二酚對(duì)硝化污泥抑制的機(jī)理，比較了氯化三苯基四氮唑(TTC)和碘硝基四氮唑(INT)污泥電子傳遞體系活性。結(jié)果表明：對(duì)苯二酚、間苯二酚主要抑制羥胺(NH2OH)氧化為亞硝酸鹽氮;鄰苯二酚主要抑制亞硝酸鹽氮氧化為硝酸鹽氮;3種苯二酚對(duì)硝化污泥的電子傳遞體系活性抑制程度為對(duì)苯二酚間苯二酚鄰苯二酚，對(duì)應(yīng)的TTC和INT的半數(shù)效應(yīng)質(zhì)量濃度(EC50)分離為4.85、5.28、38.37mg/L和5.75、6.31、40.33mg/L。 污泥硝化包括氨氧化過(guò)程和亞硝酸鹽氧化過(guò)程，分離由氨氧化細(xì)菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)完成。AOB利用氨

2、單加氧酶(AMO)先將氨轉(zhuǎn)化為羥胺(NH2OH)，隨后NH2OH通過(guò)NH2OH氧化還原酶(HAO)催化作用被氧化為亞硝酸鹽;NOB利用產(chǎn)生的亞硝酸鹽作為電子供體，通過(guò)亞硝酸鹽氧化還原酶將其氧化為硝酸鹽1-3。 因?yàn)橄趸?xì)菌世代時(shí)光長(zhǎng)且對(duì)環(huán)境影響較為敏感，一旦受毒性物質(zhì)抑制，很難在短時(shí)光內(nèi)恢復(fù)4。酚類(lèi)化合物對(duì)脫氮工藝具有顯然的抑制作用5-6。目前，苯酚等單元酚對(duì)硝化污泥的抑制作用已有較多研究7-8，但毒性更大的苯二酚等二元酚對(duì)硝化污泥的抑制作用及機(jī)理鮮有報(bào)道。本研究對(duì)對(duì)苯二酚、鄰苯二酚、間苯二酚3種苯二酚的硝化污泥抑制作用及機(jī)理舉行了初步探索，旨在為污泥生物脫氮工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理供應(yīng)科學(xué)參考。

3、 1、材料與方法 1.1 硝化細(xì)菌的富集 接種活性污泥為南京某污水處理廠二沉池濃縮污泥，富集培養(yǎng)裝置為自制圓柱形有機(jī)玻璃序批式活性污泥反應(yīng)器(SBR)，富集培養(yǎng)液組分見(jiàn)表1。 表1 富集培養(yǎng)液組成（mg/L) 培養(yǎng)期間SBR的溫度控制為(28.0±0.5)，溶解氧為45mg/L，pH為7.58.5。SBR每個(gè)周期運(yùn)行12h，天天運(yùn)行2個(gè)周期，每個(gè)周期基本流程：進(jìn)水10min、曝氣10h、靜置沉降90min、排水10min、閑置待機(jī)10min。培養(yǎng)富集運(yùn)行2個(gè)月后，出水氨氮質(zhì)量濃度低于1mg/L，富集勝利。 1.2 硝化污泥的抑制試驗(yàn) 在每次試驗(yàn)之前，從富集硝化細(xì)菌的反應(yīng)器中取出200

4、mL污泥，用生理鹽水離心清洗3次。采用4個(gè)容積為1L的錐形瓶作為間歇式反應(yīng)器，用富集培養(yǎng)液稀釋污泥至混合液懸浮固體(MLSS)質(zhì)量濃度為40005000mg/L，添加不同濃度的苯二酚后，保持(28.0±0.5)恒溫并曝氣供氧，按一定的時(shí)光間隔取樣測(cè)定氨氮、亞硝酸鹽氮的濃度。分析方法：氨氮采用納氏試劑分光光度法;亞硝酸鹽氮采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;MLSS采用稱(chēng)重法。 1.3 氯化三苯基四氮唑(TTC)和碘硝基四氮唑(INT)的污泥電子傳遞體系活性測(cè)定 稱(chēng)量適量1，3，5-三苯基甲臢(TF)溶于無(wú)水乙醇中，使用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)在波長(zhǎng)485nm處測(cè)量TF系列標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光

5、度，將TF濃度和吸光度舉行線(xiàn)性回歸得到TF標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。稱(chēng)量適量甲臢(INTF)溶于甲醇中，使用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)在波長(zhǎng)485nm處測(cè)量INTF系列標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度，將INTF濃度和吸光度舉行線(xiàn)性回歸得到INTF標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。 從1.2節(jié)的間歇式反應(yīng)器中取與苯二酚混合30min后的污泥4mL于10mL離心管中，加入1mLTris-HCl緩沖液(pH=8)，加入0.5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.36%的亞硫酸鈉溶液脫除溶解氧，避光條件下加入1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的TTC溶液，快速將離心管放入恒溫水浴振蕩器中在37下振蕩培養(yǎng)30min，加入1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的甲醛水溶液終止反應(yīng)，以4000r/min的轉(zhuǎn)速離心

6、5min后，用滴管吸出上清液至離心管中剩余混合液體積為1mL，加入7mL無(wú)水乙醇作為萃取劑，搖勻后放入恒溫水浴振蕩器中37下恒溫振蕩1h，過(guò)0.45m水系濾膜后在485nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，決定TTC被還原為T(mén)F的量。TTC的污泥電子傳遞體系活性計(jì)算公式9-10如下： INT的污泥傳遞體系活性測(cè)定及計(jì)算方法基本同TTC，只是無(wú)需加入0.5mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.36%的亞硫酸鈉溶液脫除溶解氧，以1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的INT代替1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的TTC，萃取劑換成甲醇，計(jì)算時(shí)k用INTF的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)斜率即可。用苯二酚的半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)表征其對(duì)污泥電子傳遞體系活性的毒性，用Logist

7、ic方程(見(jiàn)式(2)11-12擬合。 2、結(jié)果與爭(zhēng)論 2.1 苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制效應(yīng) 2.1.1 對(duì)苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制效應(yīng) 圖1 對(duì)苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制效應(yīng) 由圖1(a)可見(jiàn)，隨著對(duì)苯二酚濃度的上升氨氮降解速率減小，在反應(yīng)舉行9h時(shí)，對(duì)苯二酚質(zhì)量濃度分離為0、10、15mg/L的反應(yīng)器中氨氮去除率相差不大，但對(duì)苯二酚質(zhì)量濃度為30mg/L的反應(yīng)器中氨氮去除率惟獨(dú)58%，遠(yuǎn)小于前面3個(gè)濃度的狀況。 由圖1(b)可見(jiàn)，當(dāng)對(duì)苯二酚質(zhì)量濃度小于15mg/L時(shí)，亞硝酸鹽氮最高堆積量隨對(duì)苯二酚濃度的上升而增大;但當(dāng)對(duì)苯二酚質(zhì)量濃度為30mg/L時(shí)，亞硝酸鹽氮堆積量始終處于較低水平，說(shuō)明污泥硝化作

8、用受到了抑制。對(duì)苯二酚抑制硝化污泥主要是抑制了NH2OH的氧化，導(dǎo)致亞硝酸鹽氮堆積量和回流至氨氮氧化的電子削減，間接導(dǎo)致氨氮氧化速率降低13。 2.1.2 鄰苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制效應(yīng) 圖2 鄰苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制效應(yīng) 由圖2(a)可見(jiàn)，隨著鄰苯二酚濃度的上升氨氮降解速率減小，在反應(yīng)舉行9h時(shí)，鄰苯二酚質(zhì)量濃度分離為0、10、20、40mg/L的反應(yīng)器中氨氮去除率為93%、90%、92%、84%。與對(duì)苯二酚相比，鄰苯二酚質(zhì)量濃度為40mg/L時(shí)對(duì)氨氮氧化的抑制作用小于對(duì)苯二酚質(zhì)量濃度為30mg/L時(shí)。 由圖2(b)可見(jiàn)，隨著鄰苯二酚濃度的提高，亞硝酸鹽氮的最高堆積率不斷提高且達(dá)到最高堆積率的

9、時(shí)光不斷延后，說(shuō)明亞硝酸鹽氮氧化為硝酸鹽氮的過(guò)程受到抑制。 2.1.3 間苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制效應(yīng) 圖3 間苯二酚對(duì)硝化污泥的抑制效應(yīng) 由圖3(a)可見(jiàn)，隨著間苯二酚濃度的上升氨氮降解速率減小，在反應(yīng)舉行9h時(shí)，間苯二酚質(zhì)量濃度分離為0、5、10、15mg/L的反應(yīng)器中氨氮去除率分93%、92%、90%、60%。 由圖3(b)可見(jiàn)，當(dāng)間苯二酚質(zhì)量濃度小于5mg/L時(shí)，亞硝酸鹽氮最高堆積量隨間苯二酚濃度上升而增大;當(dāng)間苯二酚質(zhì)量濃度大于5mg/L時(shí)，亞硝酸鹽氮最高堆積量隨間苯二酚濃度的上升而減小。因此，間苯二酚抑制硝化污泥的機(jī)理與對(duì)苯二酚相像。 2.2 苯二酚對(duì)硝化污泥電子傳遞體系活性的影響

10、表2 苯二酚的TTC污泥電子傳遞體系活性測(cè)定結(jié)果 表3 苯二酚的INT污泥電子傳遞體系活性測(cè)定結(jié)果 表2和表3分離為T(mén)TC和INT的污泥電子傳遞體系活性測(cè)定結(jié)果。INT的污泥電子傳遞體系活性敏捷度比TTC略低，但兩種方法測(cè)定的EC50基本全都，差異較小。3種苯二酚對(duì)硝化污泥的電子傳遞體系活性抑制程度為對(duì)苯二酚間苯二酚鄰苯二酚，TTC的EC50分離為4.85、5.28、38.37mg/L，INT的EC50分離為5.75、6.31、40.33mg/L。 吳萼等14研究發(fā)覺(jué)，苯環(huán)上的酚羥基是抑制硝化作用的主要基團(tuán)。ZHANG等15研究發(fā)覺(jué)，間位或?qū)ξ簧系幕鶊F(tuán)對(duì)硝化作用的抑制作用較強(qiáng)，可能是基團(tuán)位置導(dǎo)致電荷分布及電離常數(shù)發(fā)生變化所致。 3、結(jié)論 (1)對(duì)苯二酚和間苯二酚抑制硝化污泥的機(jī)理相同，主要是抑制了NH2OH的氧化;而鄰苯二酚主要抑制亞硝酸鹽