厌氧生物法降解硝基酚的实验研究

申佳琪，顾铭业，皇甫佳佳，谭先涛，刘英枭，张建昆   

(徐州工程学院环境工程学院，江苏徐州  221018)

摘  要：对比了未驯化和驯化后的厌氧颗粒污泥降解硝基酚的产甲烷活性，分析了不同硝基酚浓度、不同葡萄糖浓度、不同污泥浓度等因素下硝基酚的去除率，结果表明：3-NP生物降解的最佳COD浓度为2000mg/L，最佳污泥浓度为 1500mg/L。

关键词：厌氧污泥；硝基酚；污泥活性

硝基酚物质是一类非常重要的工业品，作为中间体被普遍应用于火药防腐剂、物、色、染、木、胶等化工行业中。此类物质不仅在自然环境中会严重危害人体健康和自然环境，而且在水中更是难以消解、去除。传统的生物法污水处理方法很难有效将其去除，本论文通过对比分析未经驯化的厌氧颗粒污泥和经过驯化的厌氧颗粒污泥对硝基酚的降解性能，以期能够对指导的厌氧法处理硝基酚类废水的工程实践。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

受试反应瓶试液组成和受试硝基酚种类同厌氧毒性实验。

厌氧颗粒污泥：取自于某柠檬酸污水处理站UASB反应器，使用前用葡萄糖培养恢复活性。

驯化厌氧颗粒污泥：取自经硝基酚驯化的ABR反应器，在35℃左右条件下以葡萄糖为共基质，以3-硝基酚为目标污染物，运行2个月。

1.2 实验方法

反应瓶中混合液组成为营养母液、葡萄糖微量元素和硝基酚混合后反应瓶中试液总体积为0.5L，化学需氧量（COD）为1000mg/L左右，污泥挥发性悬

浮固体（VSS）为1800mg/L，pH值为6.5～7.5(用碳酸氢钠调节)。在反应瓶中接种50 mL的厌氧颗粒污泥，加入450mL试液（包括营养母液和微量元素各1ml），为保证化学需氧量（COD）为1000mg/L·d，每天测量其COD_Cr，然后向反应瓶中加入相应的葡萄糖溶液。实验瓶放入35的恒温水浴振荡器中，测定甲烷生成产量，待产气稳定后（以连续7d产气量相差小于±0.1作为标准），向反应瓶混合液中投加不同浓度的硝基酚，同时投加2ml（250g/L）的葡萄糖；对照反应锥形瓶中不加硝基酚，其它构成与受试样一样；空白反应瓶只加污泥和葡萄糖。记录甲烷生成量。以累计甲烷生成量和相对活性（RA）来评定不同浓度的硝基酚对厌氧颗粒污泥产甲烷活性的影响。

1.3 分析方法

VSS测定采用重量法；COD_Cr的测定采用标准测定方法（国标GB11914-89）；硝基酚的分光光度计测定法，采用INESA-L6S型紫外分光光度计，3-硝基酚测定波长分别为273nm^[1]。

2 产甲烷活性分析

采用未经3-NP驯化的厌氧颗粒污泥和经3-NP驯化后的厌氧颗粒污泥。每个反应瓶加入一样浓度的葡萄糖、营养母液、微量元素，每隔1h测定生成甲烷量，12h实验结束。可以看出经过驯化的污泥产甲烷活性要高于未经驯化的污泥。

3 厌氧污泥降解3-NP特性分析

3.1 接种污泥不同对3-NP生物降解性影响

以葡萄糖共基质的浓度以COD_Cr计均为1g/L，接种污泥浓度均为1.8g/L，pH值均在6.5-7.5之间。各反应瓶中的3-NP浓度均为24mg/L，同时运行不加3-NP的对照样，实验结果见图2所示：

从图2看出，两种接种污泥的相对活性值都呈上升趋势，ABR污泥最初相对活性最低，48 h后超过颗粒污泥，且ABR对3-NP的去除率较高（如图3），这是因为ABR反应器中的活性污泥被3-NP驯化后，逐渐适应了对3-NP的降解。由以上分析可知两种活性污泥对3-NP的生物降解能力按大小顺序排列：经3-NP驯化的厌氧颗粒污泥大于未经3-NP驯化后的厌氧颗粒污泥。

3.2 共基质浓度不同对3-NP降解性能的影响

选取的5个3-NP浓度（24、48、96、192、384mg/L），在不同浓度下分别加入不同浓度的葡萄糖（以COD计分别为1、1.5、2、2.5、3、3.5g/L）进行实验，实验结果见图4-图10。

图4-图8是3-NP初始浓度分别为24、48、96、192、384mg/L时厌氧微生物的相对活性RA随不同COD初始浓度的变化图。不同初始3-NP浓度，不同初始葡萄糖投加浓度时，水样中3-NP去除率和COD去除率随初始COD浓度不同而发生变化，如图9和图10所示。不同3-NP浓度相同和葡萄糖初始投加浓度，COD去除率也不同，这说表明葡萄糖的生物降解与其初始浓度有关，浓度太高和太低都会影响COD去除率。分析得出，COD浓度为2g/L时，厌氧微生物的相对活性RA最高，同时COD和3-NP去除率也相对较高所以适宜3-NP生物降解的最佳 COD浓度为2000mg/L。

3.3 接种污泥浓度不同对3-硝基酚降解性的影响

接种污泥采用厌氧颗粒污泥，选取6个3-硝基酚浓度（10、20、40、80、120、160mg/L），在每个3-NP浓度下，投加不同浓度的接种污泥（1.5、3、4.5g/L），实验结果如图11-图18所示。

图11-图16反映了不同接种污泥浓度和不同3-NP浓度时厌氧颗粒污泥的相对活性RA随时间的变化，图17和图18反应了不同接种污泥浓度时3-NP和COD去除率随接种活性污泥浓度的变化。从图可以看出，3-NP浓度小于80mg/L时，接种活性污泥浓度和相对活性RA没有显著关系；当3-NP浓度大于120mg/L时，接种活性污泥浓度和相对活性RA呈正比。当接种活性污泥浓度为1500mg/L时，对3-NP去除率最高，接种污泥浓度过高过低不影响COD去除率。对上图11-图18综合研究分析得出结论，适宜3-NP生物降解的最佳污泥浓度为 1500mg/L。

4结论

在所选共基质浓度范围内，共基质葡萄糖浓度高低与硝基酚去除率高低关系不大；但是硝基酚的对葡萄糖的生物降解有明显抑制作用，随着硝基酚浓度提高，COD去除率随之下降。硝基酚不同则对应的最佳COD浓度也会有所差异。有利于3-NP生物降解的最佳COD浓度为2000mg/L，最佳污泥浓度为 1500mg/L。

参考文献

[1]徐瑞兰.催化法降解水中对硝基酚的研究进展[J].广东化工,2019,46(22):64-65+75.

[2]杨玉明,刘妧晨,许志刚.硝基酚类化合物的样品前处理技术与检测方法研究进展[J].化学试剂,2017,39(04):365-373.

[3]纪书华,吴美玲.3-硝基酚厌氧毒性和厌氧降解动力学研究[J].环境工程,2008,26(S1):377-380.

[4]丁厚钢,佘宗莲,汤改风,姜丽娜.3-硝基酚降解动力学研究[J].工业用水与废水,2007(05):32-34.

作者简介：申佳琪（2022- ），男，江苏泰州人，徐州工程学院给排水科学与工程专业学生，主要从事水处理技术研究。通讯地址：江苏省徐州市云龙区丽水路2号徐州工程学院（二期）环境工程学院，邮政编码：221018，联系电话：17605235472，电子邮箱：1780307587@qq.com