DEHP降解菌對硝化型曝氣生物濾池的影響

柳學速，曹相生，孟雪征

（北京工業大學建筑工程學院水質科學與水環境恢復工程北京市重點實驗室，北京100124）

DEHP是一種人工合成的化學物質。它是無色無味的液體，常溫下不易揮發，難溶于水，易溶于有機溶劑中。DEHP是一種典型的鄰苯二甲酸酯類物質，具有內分泌干擾效應，是一種環境激素 類 物 質［1－2］。 由 于 在 塑 料 及 其 它 制 品 中，DEHP呈游離狀態，從而廣泛存在于大氣、水體、土壤以及生物體中［3－4］。當氧氣存在時，水和土壤中的DEHP會被微生物分解為結構較為簡單的化合物，而在含氧量極低的地方，DEHP則不易被分解。我國水質標準GB 3838－2002《地表水環境質量標準》規定，DEHP的衛生標準為8μg／L，但是在很多地區水體中DEHP的濃度已經遠遠超過了水質標準。牛靜萍等［5］在黃河水中檢測發現DEHP濃度高達109．93μg／L，超出水質標準的13倍。DEHP對人體健康的影響和潛在危害不容小視，污水中的DEHP需經處理后才可以排放。

國內外對去除污水中的DEHP已經做了許多研究。Mathur SP等在1975年便分離出DEHP的專性降解菌，該菌株能將DEHP先降解為鄰苯二甲酸和短鏈醇，進而許多微生物可以降解利用這些物質，最后轉化成CO2和 H2O［6］。Marttinen等［7］對污水處理廠不同階段的DEHP濃度進行測定，并對質量平衡關系進行了計算。Chen等［8］采取光－芬頓與生物技術相結合的方法來研究對DEHP的降解情況。結果顯示，光－芬頓反應器可以進行預處理，先降低廢水中DEHP的毒性，為后續生物降解提供必要的條件。牛貴龍從北京某污水廠馴化的活性污泥中分離得到DEHP的降解菌X（后命名為N4），該菌在好氧條件下能以DEHP為唯一的碳源和能源，用該菌對其降解10 mg／L DEHP的性能進行了研究，結果發現：DEHP初始濃度和菌液初始濃度存在一個合理的比值，在這一比值下對DEHP的降解率最高［9］。李小冬對進水添加DEHP和進水不添加DEHP的兩座硝化型曝氣生物濾池進行掛膜試驗，結果發現：DEHP的投加促進了掛膜穩定期濾池中出水亞氮的積累，但對出水氨氮的去除不產生影響。掛膜期間濾池對DEHP的去除率為91．4%，推測濾池中DEHP的去除主要依靠生物膜吸附和異養菌的生物降解［10］。硝化型曝氣生物濾池中DEHP的去除主要是生物膜的吸附還是異養菌的降解需要進一步的分析。本試驗研究在硝化型曝氣生物濾池中投加DEHP降解菌后，該菌液是否會對硝化反應有影響，及濾池中的DEHP主要是生物吸附還是異養菌的生物降解。

1 材料與方法

1．1 試驗裝置與試驗過程

本試驗采用兩座構造完全相同的硝化型曝氣生物濾池。濾池為有機玻璃制作，內徑為50mm，高度為3000mm。濾池底部200mm內填充大粒徑鵝卵石作為承托層，承托層上面填充1800mm粒徑為1～2mm的石英砂作為濾料。

試驗時，一座濾池（0＃）進水中投加DEHP降解菌使得投菌量為V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000，另一座濾池（1＃）進水中不投加DEHP降解菌。兩個濾池的其它運行條件完全相同，如表1所示。

表1 硝化濾池對比試驗的運行參數

兩座濾池在試驗過程中，同時進行反沖洗，以反沖洗出水清澈為反沖洗結束標志。運行期間每天取兩座濾池的進出水進行檢測，檢測的指標有氨氮、亞氮、硝氮以及DEHP。

1．2 試驗用水水質

本實驗采用的是人工配水。兩座濾池進水pH為7．9～8．1，DEHP濃度100μg／L，100L的進水中0＃濾池中投加100mL的DEHP降解菌，1＃濾池中不投加DEHP降解菌。pH用碳酸鈉調節。進水水質見表2。

表2 模擬生活污水進水水質

試驗進水中100μg／L DEHP的配制：由于DEHP難溶于水，必須借助助溶劑才能提高水中DEHP的濃度。本試驗選用甲醇作為助溶劑。取2．5mL液態DEHP（純度99%）加入到100mL的甲醇溶液中。實驗期間每次取0．67mL此混合溶液加入到100L試驗用水中，并且充分攪拌，測出DEHP濃度平均值為100μg／L。

DEHP降解菌的來源：本實驗室牛貴龍從北京某污水廠馴化的活性污泥中分離得到的DEHP降解菌［9］。

DEHP降解菌的培養與儲存：該降解菌用含有DEHP的牛肉膏蛋白胨固體培養基連續培養三次，進行細菌的活化，得到長勢較好的菌株。儲存于4℃冰箱中作為母液備用。為了使所投加菌液中不含有有機物，每次從中取出100mL該菌液需在5000r／min的離心機中離心兩次，每次歷時5min。

1．3 分析方法

NH4＋－N：納氏試劑分光光度法；NO3－－N：紫外分光光度法；NO2－－N：N－（1－萘基）－乙二胺光度 法［11］；DEHP： 固 相 萃 取——高 效 液 相 色譜法［12］。

2 結果與討論

2．1 兩座濾池氨氮的變化情況

兩座濾池氨氮的變化情況見圖1。

圖1 兩座濾池進水氨氮及氨氮去除率情況

試驗開始之前兩座濾池都經過了一個月的掛膜。掛膜期間，兩座濾池均不投加DEHP降解菌，其它運行參數和進水水質見表一和表二，掛膜成熟后，濾池0＃進水中投加100mL的DEHP降解菌，濾池1＃進水中不投加DEHP降解菌作為空白對照。

由圖1中可以得出，穩定時期濾池0＃和濾池1＃的出水氨氮平均濃度均為0．9mg／L，氨氮平均去除率均為96．98%。由此可以看出DEHP降解菌的投加對氨氮的去除沒有影響。

2．2 兩座濾池亞氮以及硝氮變化情況

兩座濾池亞氮的變化情況見圖2示。兩座濾池硝氮的變化情況見圖3示。

圖2 兩座濾池亞氮變化及亞氮積累情況

圖3 兩座濾池硝氮及硝氮硝化率情況

由圖2和圖3可知DEHP降解菌對兩座濾池中亞氮濃度、亞氮積累率，硝氮濃度、硝氮硝化率都具有很大的影響。兩座濾池出水亞氮前7d在不斷地升高，之后，1＃濾池趨于穩定，0＃濾池先是有所下降，最后趨于穩定。第13d和18d出水亞氮出現比較大的波動是由于反沖洗所導致。0＃濾池穩定時期出水亞氮平均濃度23．19mg／L，硝氮平均濃度為5．10mg／L，亞氮平均積累率為81．97%，硝氮平均硝化率為18．03%。1＃濾池穩定時期出水亞氮平均濃度26．90mg／L，硝氮平均濃度為2．02mg／L，亞氮平均積累率為93．02%，硝氮平均硝化率為6．98%。濾池穩定時期1＃濾池與0＃濾池相比，出水亞氮平均濃度高3．71mg／L，出水亞氮平均積累率高11．23%，硝氮平均硝化率低11．05%。

硝化反應是由兩個階段構成的。第一階段是氨氮在亞硝酸細菌（AOB）的作用下轉化為亞氮；第二階段是亞氮在硝酸細菌（NOB）的作用下轉化為硝氮。Dokianakis等人［13－14］分別利用純硝化細菌和亞硝化細菌研究DEHP對硝化細菌的影響，發現DEHP對硝化細菌均有抑制作用。李小冬研究證實了DEHP在硝化型曝氣生物濾池中，對參與硝化反應第一階段沒有影響，但是會抑制硝化反應的第二階段，導致出水中亞氮的積累［10］。牛貴龍證實了DEHP降解菌X對DEHP具有較好的去除效果［9］。通過對0＃濾池和1＃濾池的出水亞氮情況分析，可以推測DEHP降解菌降解了0＃濾池中的DEHP，使得DEHP對0＃濾池的亞氮積累有所降低。

2．3 DEHP去除效果

硝化型曝氣生物濾池中DEHP的去除情況見圖4。

由圖4可知，兩座濾池穩定時，0＃濾池出水DEHP平均濃度為 6．09μg／L，平均去除率為93．91%，1＃濾池出水 DEHP平均濃度為9．47μg／L，平均去除率為90．53%。可以知道硝化型曝氣生物濾池對DEHP有很高且穩定的去除率。進水中投加DEHP降解菌的0＃濾池比進水中不投加DEHP降解菌的1＃濾池出水DEHP平均濃度減少了3．38μg／L，平均去除率提高了3．38%。

在生物濾池中DEHP的去除方式有物理吸附和生物降解［15］。本實驗所使用的DEHP降解菌是牛貴龍所純化的具有高效降解DEHP功能的降解菌［9］。濾池進水中含有7．92mg／L的 COD和100μg／L的DEHP，濾池中會有一部分的異養菌和DEHP降解菌的存在。0＃濾池進水中投加的100mL DEHP降解菌以DEHP為有機碳源，提高了0＃濾池對DEHP的去除率。1＃濾池進水中不投加DEHP降解菌，該濾池中DEHP的去除主要是由于濾池的吸附和異養菌的降解。

圖4 兩座濾池中DEHP的變化情況

3 結 論

（1）在DEHP降解菌的投菌量為V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000濾池與不投加菌液的濾池對比可以發現，DEHP降解菌的投加使得硝化型BAF中出水亞氮平均積累率降低了11．23%，硝氮的硝化率增加了11．05%，但對氨氮的去除沒有影響。推測出水亞氮積累率的降低是由于DEHP降解菌降解了硝化型BAF中的DEHP，減弱了DEHP對硝化型BAF的抑制作用。

（2）在DEHP降解菌的投菌量為V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000濾池與不投加菌液的濾池中可以發現，DEHP降解菌的投加使得硝化型BAF中DEHP的平均去除率提高了3．38%。推測DEHP的去除是由于濾池的吸附、DEHP降解菌與異養菌的降解共同所造成的。

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