苯二酚對硝化污泥的抑制性

1、苯二酚對硝化污泥的抑制性 研究了對苯二酚、鄰苯二酚、間苯二酚對硝化污泥抑制的機(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種苯二酚對硝化污泥的電子傳遞體系活性抑制程度為對苯二酚間苯二酚鄰苯二酚，對應(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程和亞硝酸鹽氧化過程，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，通過亞硝酸鹽氧化還原酶將其氧化為硝酸鹽1-3。 因為硝化細(xì)菌世代時光長且對環(huán)境影響較為敏感，一旦受毒性物質(zhì)抑制，很難在短時光內(nèi)恢復(fù)4。酚類化合物對脫氮工藝具有顯然的抑制作用5-6。目前，苯酚等單元酚對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硝化污泥的抑制作用及機(jī)理鮮有報道。本研究對對苯二酚、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、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每個周期運(yùn)行12h，天天運(yùn)行2個周期，每個周期基本流程：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 在每次試驗之前，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，按一定的時光間隔取樣測定氨氮、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定 稱量適量1，3，5-三苯基甲臢(TF)溶于無水乙醇中，使用紫外可見光分光光度計在波長485nm處測量TF系列標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光

5、度，將TF濃度和吸光度舉行線性回歸得到TF標(biāo)準(zhǔn)曲線。稱量適量甲臢(INTF)溶于甲醇中，使用紫外可見光分光光度計在波長485nm處測量INTF系列標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度，將INTF濃度和吸光度舉行線性回歸得到INTF標(biāo)準(zhǔn)曲線。 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0.45m水系濾膜后在485nm波長下測定吸光度，決定TTC被還原為TF的量。TTC的污泥電子傳遞體系活性計算公式9-10如下： INT的污泥傳遞體系活性測定及計算方法基本同TTC，只是無需加入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，計算時k用INTF的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率即可。用苯二酚的半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)表征其對污泥電子傳遞體系活性的毒性，用Logist

7、ic方程(見式(2)11-12擬合。 2、結(jié)果與爭論 2.1 苯二酚對硝化污泥的抑制效應(yīng) 2.1.1 對苯二酚對硝化污泥的抑制效應(yīng) 圖1 對苯二酚對硝化污泥的抑制效應(yīng) 由圖1(a)可見，隨著對苯二酚濃度的上升氨氮降解速率減小，在反應(yīng)舉行9h時，對苯二酚質(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個濃度的狀況。 由圖1(b)可見，當(dāng)對苯二酚質(zhì)量濃度小于15mg/L時，亞硝酸鹽氮最高堆積量隨對苯二酚濃度的上升而增大;但當(dāng)對苯二酚質(zhì)量濃度為30mg/L時，亞硝酸鹽氮堆積量始終處于較低水平，說明污泥硝化作

8、用受到了抑制。對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 鄰苯二酚對硝化污泥的抑制效應(yīng) 圖2 鄰苯二酚對硝化污泥的抑制效應(yīng) 由圖2(a)可見，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，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%。與對苯二酚相比，鄰苯二酚質(zhì)量濃度為40mg/L時對氨氮氧化的抑制作用小于對苯二酚質(zhì)量濃度為30mg/L時。 由圖2(b)可見，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、時光不斷延后，說明亞硝酸鹽氮氧化為硝酸鹽氮的過程受到抑制。 2.1.3 間苯二酚對硝化污泥的抑制效應(yīng) 圖3 間苯二酚對硝化污泥的抑制效應(yīng) 由圖3(a)可見，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，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，當(dāng)間苯二酚質(zhì)量濃度小于5mg/L時，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，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)理與對苯二酚相像。 2.2 苯二酚對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定結(jié)果 表3 苯二酚的INT污泥電子傳遞體系活性測定結(jié)果 表2和表3分離為TTC和INT的污泥電子傳遞體系活性測定結(jié)果。INT的污泥電子傳遞體系活性敏捷度比TTC略低，但兩種方法測定的EC50基本全都，差異較小。3種苯二酚對硝化污泥的電子傳遞體系活性抑制程度為對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，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，間位或?qū)ξ簧系幕鶊F(tuán)對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