pH對微氧顆粒污泥降解五氯酚(PCP)的影響

1、pH對微氧顆粒污泥降解五氯酚（PCP）的影響魯風(fēng)芹 藍(lán)惠霞* 邱獻(xiàn)歡 （青島科技大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東青島266042）摘要：微氧顆粒污泥工藝能夠同時(shí)進(jìn)行好氧氧化和厭氧還原過程，是處理五氯酚(PCP)的理想方法。本文對微氧顆粒污泥降解PCP限制性生態(tài)因子pH的作用規(guī)律進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH在6.7-7.5范圍，PCP和CODCr有較高的去除率，產(chǎn)氣量較高，出水氯酚濃度達(dá)到較低的水平。而pH低于6.7或高于7.5，PCP和CODCr去除率降低，且產(chǎn)生低氯代酚的積累。關(guān)鍵詞：pH 微氧顆粒污泥 五氯酚Study on Effects of pH on Pentachlorophen

2、ol (PCP) Degradation with Microaerobic Granular SludgeLu Fengqin Lan Huixia* Qiu Xianhuan (School of Environment and Safety Engineering, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao, 266042)Abstract: It is an approving technology of microaerobic granular sludge to degrade pentachloropheno

3、l (PCP) because aerobic oxidation and anaerobic reduction can simultaneously occur. In this paper, effects of restrictive ecological factor of pH on the system were studied. Experimental results showed, PCP and CODCr removal rate achieved high value, gas production was high and concentration of effl

4、uent chlorinated phenols were low when pH is between 6.7 and 7.5. PCP and CODCr removal rates decreased and concentration of effluent chlorinated phenols increased when pH was lower than 6.7 or higher than 7.5.Keywords: Dissolved oxygen Microaerobic Granular sludge Pentachlorophenol 五氯酚（PCP）是具有致畸，致癌

5、，致突變作用的劇毒性物質(zhì)，作為殺菌劑，除草劑，防腐劑等在世界范圍廣泛使用，在皮革，紡織，造紙等廢水中廣泛存在，能通過食物鏈方式進(jìn)入人體并在人體內(nèi)積累，成為威脅人類健康的潛在危險(xiǎn)源。目前順序好氧-厭氧工藝被證實(shí)是處理PCP廢水最有效的工藝1,2，但使厭氧和好氧過程在時(shí)間和空間上分離。好氧顆粒污泥中同時(shí)存在好氧和厭氧微環(huán)境3，能夠同時(shí)進(jìn)行好氧氧化和厭氧還原過程，從而解決了順序好氧-厭氧存在的問題。本課題組在前面的研究工作中，成功培養(yǎng)出了具有降解PCP能力的微好氧顆粒污泥4,5。本文將對微好氧顆粒污泥系統(tǒng)降解PCP的限制性生態(tài)因子pH的作用規(guī)律進(jìn)行考察，以期為實(shí)際應(yīng)用提供工藝條件。1.實(shí)驗(yàn)材料與方法

6、1.1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)采用間歇微氧升流式污泥床（Microaerophlic Upflow Sludge Bed，MUSB）反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。進(jìn)水PCP濃度為15mg.L-1，處理周期為24h。圖1實(shí)驗(yàn)流程圖1.2實(shí)驗(yàn)用水采用人工模擬廢水，水質(zhì)如表1所示。表1 模擬廢水組成（mg/l）葡萄糖 (NH4)2SO4 KH2PO4 MgSO4 CaCl2 NaHCO3 微量元素溶液 2400 554 210 5 10 1500 1ml微量元素溶液組成如表2所示。表2 微量元素溶液組成（g/l）FeCl3.6H2O H3BO3 CuSO4.5H2O KI MnSO4.H2O (NH4)6Mo7O

7、24.4H2O ZnCl2 CoCl2.6H2O Ni(NO3)2 1.5 0.15 0.03 0.03 0.10 0.065 0.057 0.15 0.151.3分析方法：pH采用Sension 6型pH儀測定；PCP、TeCP（四氯酚）、TCP（三氯酚）和DCP（二氯酚）采用吹掃捕集-氣相色譜（AutosystemXL-Tekmar3100，美國PE-Tekmar公司生產(chǎn)）測定；CODCr和Cl-采用便攜式水質(zhì)分析儀（DR20100，美國HACH公司生產(chǎn)）測定。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論在進(jìn)水PCP濃度為15mg.L-1，溶解氧濃度為0.6 mg.L-1，水力學(xué)停留時(shí)間24h，考察產(chǎn)甲烷菌最適范圍

8、中的3個(gè)pH值 6.7，7.0，7.5以及超出這一范圍的2個(gè)低pH值5.0，6.0和2個(gè)高pH值8.0，9.0對微好氧顆粒污泥系統(tǒng)的影響，從中找出pH的作用規(guī)律。pH在線監(jiān)測，用6N的硫酸和6N的NaOH及時(shí)調(diào)整。2.1pH對CODCr去除的影響pH對CODCr去除率和產(chǎn)氣量的影響如圖2所示。圖2 pH對CODCr去除率產(chǎn)氣量的影響由圖可以看出，pH在6.7-7.5范圍，CODCr有較高的去除率，達(dá)85%以上，產(chǎn)氣量高于910 ml.d-1。pH低于6.7， CODCr的去除率和產(chǎn)氣量下降，pH越低，下降幅度越大。同樣，pH高于7.5時(shí)， CODCr的去除率和產(chǎn)氣量也降低，pH越高，下降幅度越

9、大。2.2 pH對PCP去除率和出水氯酚濃度的影響pH對PCP去除率和出水氯酚濃度的影響如圖3所示。由圖可以看出，pH在6.7-7.5范圍，PCP有較高的去除率，出水氯酚濃度均在較低的水平。pH低于6.7或高于7.5時(shí)，PCP的去除率均降低，出水氯酚濃度升高。圖3 pH對PCP去除率出水氯酚濃度的影響2.3 pH對Cl-的生成量的影響圖4中Cl-的生成情況可以進(jìn)一步反映出PCP的脫氯程度。pH為6.7-7.5范圍Cl-的生成量大，表明脫氯程度高。而在pH大于7.5和小于6.7的條件下Cl-的生成量以不同幅度下降，說明脫氯程度降低，PCP以及含氯中間產(chǎn)物產(chǎn)生不同程度累積。圖4 pH對Cl-生成量

10、的影響在微好氧顆粒污泥微生物中，產(chǎn)甲烷菌對pH的要求嚴(yán)格，對pH值變化的適應(yīng)性最差，最適pH范圍為6.7-7.5，在pH為6.5以下的環(huán)境中，即可對產(chǎn)甲烷菌形成抑制。特別是pH為5.0時(shí)，不僅對產(chǎn)甲烷菌造成嚴(yán)重抑制，對其它厭氧菌甚至好氧區(qū)微生物的活動(dòng)也產(chǎn)生不利影響。另一方面，PCP是可電離的酚，pKa為4.8。pH的改變，導(dǎo)致PCP存在狀態(tài)不同，產(chǎn)生的毒性效應(yīng)也會發(fā)生改變。在低pH條件下，PCP以分子狀態(tài)存在，這種存在狀態(tài)具有較強(qiáng)的親脂性，導(dǎo)致進(jìn)入生命組織的生物濃度高，因此對于生物和細(xì)菌毒性大，導(dǎo)致微生物失活而使去除率下降6。pH升高，PCP電離程度增加，親水性增強(qiáng)，不易進(jìn)入細(xì)胞膜中，從而產(chǎn)生

11、的毒性降低。但是pH太高，如pH=9.0時(shí)，對大部分微生物都產(chǎn)生了抑制作用，因此造成PCP去除率很低，脫氯中間產(chǎn)物積累。在pH=8.0時(shí)，盡管超出了產(chǎn)甲烷菌的最適pH范圍，但是超出的幅度不大，由于微好氧顆粒污泥系統(tǒng)中好氧區(qū)微生物以及厭氧區(qū)其它細(xì)菌的保護(hù)作用，因此對其形成的抑制較弱，PCP去除率沒有降低很多。同樣在pH=6.0時(shí)，PCP去除率也沒有很大幅度的降低，也是由于該pH下，對好氧區(qū)微生物以及產(chǎn)酸菌、硫酸鹽還原菌等不會形成抑制，從而對位于顆粒污泥最內(nèi)層的產(chǎn)甲烷菌起了一定的保護(hù)作用，減輕了對產(chǎn)甲烷菌的抑制程度，充分體現(xiàn)了同時(shí)好氧厭氧的微好氧顆粒污泥系統(tǒng)的優(yōu)勢。3.結(jié)論3.1pH在6.7-7.

12、5范圍，CODCr有較高的去除率，pH低于6.7或高于7.5，CODCr去除率下降明顯。3.2 pH在6.7-7.5范圍， PCP去除率較高，出水氯酚濃度可以達(dá)到較低的水平；pH低于6.7或高于7.5，PCP去除率降低，出水氯酚濃度升高。3.3 pH為6.7-7.5范圍Cl-的生成量大，脫氯程度高。pH大于7.5或小于6.7，含氯中間產(chǎn)物累積。參考文獻(xiàn) 1 Wilson G. J., Khodadoust A.P., Suidan M.T. Anaerobic/aerobic biodegradation of pentachlorophenol using GAC fluidized bed

13、 reactors: optimization of the empty bed contact timeJ. Wat. Sci. Tech., 1997, 36(6-7): 107-1152 Bhattacharya S.K., Yuan Q., Jin P.K. Removal of pentachlorophenol from wastewater by combined anaerobic-aerobic treatment. Journal of Hazardous Material, 1996, 49: 143-154.3陳元彩, 藍(lán)惠霞, 陳中豪. 固定化好氧菌和厭氧顆粒污泥在不

14、同供氧條件下降解氯酚的研究J.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，25（2）：172-1754 Lan Huixia., Chen Yuancai., Chen Zhonghao. Cultivation and characters of Aerobic Granules for Pentachlorophenol(PCP) Degradation under MicroaerobicJ. Journal of Environmental Science-China, 2005, 17(3): 506-5105 Lan Huixia, Chen Zhonghao, Chen Yuancai. Aerobic Granulation under Microaerobic ConditionJ. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2005，33（7）：37-4