易生物降解有机物

易生物降解有机物（共6篇）

易生物降解有机物 篇1

生物转盘可以吸附废水中的有机污染物,降低排水中污染物浓度。本工作对生物转盘处理污水技术进行了数学模拟,研究了降解机理,建立了生物转盘降解有机物的动力学方程,以期对工程设计具有一定的指导意义。

1生物转盘的系统模拟实验

1. 1原料

实验所用废水取自中国石油大庆油田公司采油二厂的排水。在原子分光光度计、红外光谱仪等仪器上,检测废水中的有毒物质。其中,苯酚、铅、砷等含量少,不会影响微生物生长。由于油田污水浊度较高,悬浮物较多,因此在进入装置前需进行过滤预处理。去除悬浮物后的废水pH值为6.9～7.6,化学需氧量(COD)为600mg/L,生物需氧量(BOD)为193mg/L,NH3—N为30mg/L,均在所设计的生物转盘处理范围内,无需再进行处理。

1.2 工艺流程及设备

采用单轴3级生物转盘处理污水。实验条件为:pH值7,温度20℃,转速4r/min,水力停留时间7h,盘片浸没面积45%,进水COD 600mg/L。生物转盘降解有机物流程见图1。

生物转盘:材质为聚丙烯,平均厚度2.0mm,总面积50.48m2,盘片直径0.6m,片间距2.5cm,转速2～4r/min,盘片浸没面积45%,由广东佛山翌升工程塑料有限公司生产。活性污泥菌种:取自大庆污水处理厂曝气池。黏胶基活性炭纤维毡:由辽宁省鞍山活性炭纤维厂生产。

1—氧化槽;2—盘片;3—转轴;4—储水槽;5—电机;6—减速机;7—皮带

2 结果与讨论

2.1 反应动力学方程的确定

在实验条件下,对油田污水进行驯化,当驯化时间(t)为2,4,6,8h时,COD依次为182.53,55.53,16.89,5.14mg/L。根据此数据,做ln(C0/Ct)与t的关系图,结果见图2。

由图2可知,ln(C0/Ct)与t遵循一级反应动力学方程,即

ln(C0/Ct)=kt, (1)

式中:C0,Ct分别为进水和t时刻出水COD;k为反应速率常数。在生物转盘运行过程中,k受到温度(Q)、水力停留时间(M)、pH值(N)等因素影响。初步建立以下表观关联式:

k=f(Q,M,N)=dQaMbNc, (2)

式中:a,b,c,d为常数。

2.2 影响生物转盘处理有机物的因素

2.2.1 Q

由图3可知,随Q升高,k增大。假设k等于k1Qa,做lnk1与lnQ的关系图,结果见图4。

由图4求得a为-6.93,k1为1.95,相关系数(R)为0.99438,则

k=1.95Q-6.93。 (3)

通过电子显微镜观察生物相可知,生物膜上含有钟虫、轮虫、丝状菌、菌胶团等微生物。低温下微生物酶活性低,不利于处理有机物;当温度升高时,微生物酶活性增强,有利于吸收降解污水中的有机物[1,2]。由图3还可知,在Q为30℃时,微生物的生长较为理想。

2.2.2 M

由图5可知,在实验条件下,k随着M的延长而增大。设k等于k2Mb,做lnk2与lnM的关系图,结果见图6。

由图6求得b为-0.70,k2为0.21,R为0.99783,则

k=0.21M-0.70。 (4)

随着M延长,微生物与水中有机物接触更加充分,有利于微生物的降解吸收,COD去除效果显著提高。但是,当M大于8h时,COD去除率逐渐下降,随着水力停留时间延长,污水中水力负荷降低,有利于硝化细菌的生长繁殖[3,4,5]。本工作最佳M为8h。

2.2.3 N

由图7可知,k随N的提高而增大。在实验条件下,设k为k3Nc,做lnk3与lnN的关系图,结果见图8。

由图8求得c为-1.30,k3为0.49,R为0.999 05,则

k=0.49N-1.30。 (5)

N对微生物的生命活动影响很大,微生物的生长率随N的增加而提高。在N为7时达到最大,随后呈下降趋势。这是因为N的改变可引起细胞膜电荷的变化,影响微生物代谢过程中酶的活性,从而影响微生物对营养物质的吸收,改变生长环境中营养物质的可给性,以及有害物质的毒性[6,7]。酸性环境会抑制微生物的生 长, 当 N为7时,细胞的许多功能达到最佳状态。因此,本工作最佳N为7。

2.3 总反应动力学模型

由实验可知,生物转盘有机物降解为一级反应动力学。当Q为20℃,M为7h,N为7时,根据ln(C0/Ct)等于kt,可求得d为0.95×102,则

k=f(Q,M,N)=0.95×102Q-6.93M-0.70N-1.30 。 (6)

由式(6)可知,生物转盘降解有机物的动力学方程式为

Ct=C0/exp(0.95×102Q-6.93M-0.70N-1.30t)。 (7)

3 结论

a.生物转盘降解有机物遵循一级反应动力学方程,k受Q,M,N等因素影响。

b.在N为7,Q为20℃,转速为4r/min,M为7h,盘片浸没面积为45%,进水COD 为600mg/L的条件下,生物转盘降解有机物的动力学方程为

Ct=C0/exp(0.95×102Q-6.93M-0.70N-1.30t)。

参考文献

[1]张自杰.环境工程手册——水污染防治卷[M].北京:高等教育出版社,1996:638-641.

[2]聂永平,邓正栋,都的箭.生物膜反应器研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2002,1(3):12-15.

[3]任南其,马放.污染控制微生物学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002:99-104.

[4]李军,杨秀山,彭永臻.微生物与水处理工程[M].北京:化学工业出版社,2002:79-92.

[5]刘雨,赵庆良,郑兴灿.生物膜法污水处理技术[M].北京:中国建筑出版社,2000:31-31.

[6]沈东升,何若,刘宏远.生活垃圾填埋生物处理技术[M].北京:化学工业出版社,2003:32-34.

[7]陈平,李亚峰,崔红梅,等.pH值对油田污水处理的影响[J].辽宁化工,2006,35(8):473-474.

易生物降解有机物 篇2

难降解有机污染物的生物治理

摘要：针对废水中难降解有机污染物的生物治理技术进展状况,进行了较为全面的介绍.总结了国内外在该领域的.研究成果,重点介绍了目前较为活跃的几种生物新技术:厌氧水解酸化、高效菌种技术、固定化微生物技术、利用微生物共代谢作用降解污染物.对其发展趋势进行了分析预测,提出了目前存在的主要问题,并对实际运行处理设施提出了若干建议.作 者：陈维璞 柴硕 李茹山 史雪廷 作者单位：东北林业大学林学院环境科学系,黑龙江,哈尔滨,150040期 刊：黑龙江科技信息 Journal：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：,(18)分类号：X7关键词：难降解 有机物 生物降解

易生物降解有机物 篇3

关键词：难降解有机物,海洋生物

近年来, 沿海经济迅猛发展, 经济发展的同时不可避免地带来了一系列的环境问题。而这些环境问题不仅引起了环境科学家的关心, 同时也成为大众议论的焦点。在众多的环境问题中, 难降解有机污染物 (Persistent organic pollutants, POPs) 除了其直接急性毒性外, 其高残性、半挥发性、高富集性以及对生态群落乃至人类健康的影响也日益引起人们的忧虑。

这些难降解物质大多数都是自然界没有, 随着石油化学工业的发展而经人工合成的。由于其在环境中存留时间较长, 对水生生物毒害较大, 致癌或促癌作用明显, 并能经食物链最终危害人体健康, 所以更引起了人们的高度关注。海洋占了全球面积的71%, 而地球上的水最终流入海洋, 所以海洋有机物污染的问题更应引起人们足够的重视。

一、难降解有机物的定义和分类

难降解有机物是指微生物不能降解, 或在任何环境条件下不能以足够快的速度降解以阻止它在环境中积累的有机物。所谓难降解 (难生物降解) 是相对于易生物降解而言的, “难”、“易”是针对所在的体系而确定的。对于自然生态环境系统, 如果一种化合物滞留可达几个月或几年之久, 被认为是难于生物降解;对于人工生物处理系统, 如果一种化合物经过一定的处理, 在几小时或几天之内还未能被分解或消除, 则同样被认为是难于生物降解的。难降解有机物主要有两类, 一类是第一代的有机氯杀虫剂和一些有机氯代的工业产品和副产品, 包括滴滴涕 (DDT) 、爱耳德林 (aldrin) 、狄氏剂 (dieldrin) 氯丹 (chlordane) 、毒杀酚 (toxaphene) 、多氯联苯 (polychlorinatedbiphenyls, PCBs) 、二氧 (杂) 芑 (dioxin) 和呋喃等, 另一类难降解有机物包括多环芳烃 (polycyclic aromatic hydrocarbons, PABs) 类化合物、表面活性剂和防污剂等。2001年5月22—23日, 联合国环境署正式签署《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》, 该公约规定包括3类12种难降解有机物禁止生产: (1) 杀虫剂:包括艾氏剂、氯丹、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、滴滴涕、六六六; (2) 工业化学品, 其中包括多氯联苯; (3) 副产品:包括二癗英和呋喃。

二、海洋中难降解有机物的来源

海洋中难降解有机物主要来源于以下三方面: (1) 来自于人类活动:河口和近海的海水受人为因素影响很大, 如海上运输、工业和生活废水排入、沿海开发及海上油气田的开发等均带来大量的多环芳烃类物质和有机氯化合物;焦化煤气、有机化工、石油工业、炼钢炼铁等工业所排放的废弃物中有相当多的多环芳烃, 其中焦化厂是排放多环芳烃最严重的一类工厂。而工业废水废渣、工业液体渗漏中带来大量的多氯联苯。 (2) 来自于海洋自身:海底油田中的大量烃类物质中含有多环芳烃类物质, 这些物质很可能从地表渗漏出来, 并加入海洋传输过程。某些海里的生物能自身合成烃类物质, 这些烃类也存在于浮游动物和鱼体中。 (3) 来自于大气沉降:由森林, 草原火灾及化石燃烧等产生的芳烃, 经由空气传到远海, 在沉降作用下沉积入海洋。而焚化含氯的有机物使得这些污染物进入大气, 并通过雨水或干、湿沉降作用进入海洋。

然而, 从进入海洋环境中的难降解有机物的研究得知:人为排污是海洋环境中难降解有机物质的主要来源之一, 油船运输, 港口作业溢油事故及沿海石油勘探开发等都会产生相当量的难降解有机物。

三、难降解有机物对海洋生物的影响

1. 难降解有机物对海洋生物酶系统活力的影响

难降解有机物会引起海洋生物的酶活力的变化。污染物体内代谢主要通过两条途径:解毒途径和氧化还原循环途径。解毒途径主要通过细胞色素P450依赖的混合功能氧化酶 (MFO) 和谷胱甘肽硫转移酶等, 将亲脂性污染物进行生物转化, 变成极性强的易溶物质, 使之易于排出体外, 从而起到解毒作用。而氧化还原循环途径中, 污染物可在体内进行氧化还原循环, 并产生大量活性氧, 这些活性氧可引发机体氧化应激, 进而产生毒性效应。而生物体内酶系统对活性氧的清除有重要作用。因而污染物暴露下酶活性的变化, 揭示了污染物对生物的毒性作用。研究表明, 多环芳烃类物质苯并 (a) 芘 (Ba P) 对大弹涂鱼肝脏超氧化物歧化酶 (SOD) 、芳烃羟化酶 (AHH) 和谷胱甘肽过氧化物酶 (GPx) 活性都具有显著的诱导作用。并且酶的活性随时间的延长和浓度的增加而升高。Burgeot et al (1996) 研究发现污染海区羊鱼肝脏内过氧化氢酶 (CAT) 的活性高于非污染海区。而王淑红等 (2000) 以菲律宾蛤仔为研究对象, 在实验生态条件下采用不同浓度的三-四环多环芳烃 (荧蒽、菲和芘) 的混合物进行染毒实验, 发现菲律宾蛤仔体内超氧化物歧化酶 (SOD) 活性随污染物浓度和作用时间的变化趋势为一动态过程, 诱导反应和抑制反应阶段。并认为导致此种活性变化的原因是开始时随时间的延长和浓度的增加, 蛤仔体内有自由基产生, 抗氧化防御系统为清除这些自由基, 就要提高酶活性的水平, 即SOD活性处于诱导阶段;而继续增加污染物浓度, 机体产生的自由基越来越多, 机体的抗氧化防御系统已不能完全清除, 机体产生损伤, SOD的活性也随之下降, 即SOD活性处于抑制阶段。而将牙鲆暴露于不同浓度梯度的多氯联苯CB-28中72 h后, 肝脏内的7-乙氧基异吩唑酮脱乙基酶 (EROD) 活性随着加标量的增加显著上升, 并与污染物浓度之间存在着显著的正相关关系。Focardi et al (1995) 在研究南极鱼类Pagothenia bernacchii时发现Ba P和多氯联苯能有效诱导这些鱼的苯并芘单加氧酶 (BPMO) 、7-乙氧基异吩唑酮脱乙基酶 (EROD) 和苄氧基试卤灵O-脱烷基化酶 (BROD) , 使得这些酶类的活性显著升高。

2. 难降解有机物对海洋生物繁殖的影响

难降解有机物对海洋生物的繁殖行为能够产生干扰作用。研究表明多环芳烃能对性腺成熟产生影响。而随着性腺和卵成熟度的降低, 鱼类的生殖成功率随之降低。Collier et al报道了在含有相当高浓度多环芳烃 (超过100mg/dm3) 的沉积物暴露下, 侧枝鲽的产卵完全被抑制。Thomas and Budiantara在实验室条件下对细须石首鱼研究证实了这一结果。但是, 当细须石首鱼被转到没有被污染的环境中时, 多环芳烃和多氯联苯对卵成熟的抑制被证明是可逆的。此外, 在当PCBs浓度比血浆中雌二醇或卵黄蛋白原浓度低时会导致性腺成熟率和生殖成功率的下降。海龟是一种由温度决定性别的动物, 但是多氯联苯处理能导致海龟的性逆转。Bergeron et al研究了11种PCB同类物对海龟性腺分化的影响, 其中4-羟基-2, 4, 6, -三氯联苯和4-羟基-2, 3, 4, 5-四氯联苯可以使得海龟从雄性转化为雌性, 而且二者还能起到协同作用。Bustnes et al对于北极地区海鸥的研究表明血液中高度残留的有机氯污染物和多环芳烃能降低海鸥的繁殖输出, 并影响其成年海鸥的存活率。并且此研究还有一个有趣的发现, 即体内残留的有机氯污染物水平和其繁殖时期母体离巢的时间呈正相关。Monteiro et al研究了多环芳烃对于离体比目鱼卵巢类固醇生成的作用, 发现多环芳烃的存在条件下合成的雄 (甾) 烯二酮、睾丸激素、17 (-雌二醇等性激素的水平有明显下降。并认为生活在污染环境中鱼类的繁殖周期被扰乱可能与类固醇的生物合成被损伤有关。

3. 难降解有机物对海洋生物血液循环系统的影响

Jee and Kang以褐牙鲆为研究对象, 将其暴露于水载性菲溶液 (0.5μmol, 1μmol和2μmol) 中4个星期后发现:褐牙鲆的红细胞数量, 血红蛋白浓度, 血细胞计数水平随着暴露在菲中时间的上升而下降。并且与对照组相比, 实验组血浆中钾的水平显著上升, 而钠和氯化物的水平显著下降, 镁、钙和磷酸盐的浓度则没有显著变化。牙鲆暴露于菲溶液中导致最重要的生理变化在于血液渗透度的下降。暴露于2μmol菲浓度组血浆中丙二醛的水平在暴露四星期后比对照组的高出1.4倍。乙酰胆碱酯酶的活力在菲浓度增加后下降, 在高剂量组暴露四星期后只有对照组的65.9%。Mencoboniet al报道杀虫剂阿特拉津对于鱼类的血液生成器官具有毒性, 并能够诱导这些器官中细胞分裂素的产物如干扰素γ或肿瘤坏死因子α的生成。

4. 难降解有机物对海洋生物的其他影响

实验研究表明, 环境中的难降解有机物能够导致海洋鱼类的内分泌系统、免疫和神经系统的紊乱, 尤其在生命早期这些危害是不可逆并有可能被推迟表达。Quiniou et al发现在法国布雷斯特海湾中, 由于农药污染产生的TBT和多环芳烃能够抑制海胆种群的胚胎发育。Widdows et a通过比较威尼斯地区六个礁湖地区贻贝标准实验室条件下的生理反应发现, 污染较严重 (PCBs、DDT和HCH总量最大) 地区的贻贝其体内污染物的清除效率及其自身的生长速率都被显著缩减。Tanguy et al对太平洋牡蛎的研究发现, 将生物暴露于杀虫剂污染物30 d后, 与其独特生理功能相关的137个基因序列的表达被诱导。这些生理功能包括异生物质的解毒作用、免疫系统的反应和转录以及能量的生成。

四、结论与展望

微生物降解有机磷农药的研究进展 篇4

微生物降解有机磷农药的研究进展

果蔬菜等农产品有机磷农药残留越来越严重,利用微生物降解有机磷农药.在改善环境和人们生活质量方面已显得经济而有效.本文就降解有机磷农药的微生物种类.降解机制及编码降解酶的相应基因,以及工程菌的`构建作了综述.

作 者：郑虹 汤鸣强 Zheng Hong Tang Mingqiang 作者单位：福建师范大学福清分校生物与化学工程系,福建福清,350300刊 名：福建师大福清分校学报英文刊名：JOURNAL OF FUQING BRANCH OF FUJIAN NORMAL UNIVERSITY年，卷(期)：“”(2)分类号：X592关键词：有机磷农药 降解 微生物 降解酶

易生物降解有机物 篇5

1.1农药残余

农药一般用在农作物或者树木的除虫除草中, 或者作为药物控制农作物以及树木的生长。从农药的用途可以把农药分成四种, 即杀害病虫的除虫剂, 杀除有害细菌的除菌剂, 控制植物生长的调节剂, 除掉有害植物的除草剂。而从农药的化学成分可以把农药分为三种, 即含有机磷化物的有机磷类, 含有机氯化物的有机氯类, 含有机氮化物的有机氮类。在植物上使用农药后, 过一段时间仍然会有残余的农药留在植物上或者土地里, 没有得到充分分解, 这部分农药即为农药残余。实际上, 可以完全得到利用的农药只占施加的农药里的10%到20%, 大概有40%到60%的农药没有得到利用残留在了植物或者土壤以及空气里。所以农药虽然可以起到杀菌杀虫除害的作用, 但是残余的农药也会造成土壤硬化, 农作物含有残余农药等的不好影响, 会严重危害人们的身体健康。

1.2有机磷农药的概念

不同于有机氯农药的难降解, 有机磷农药属于易被生物降解农药, 在动植物里可以被相对快速的降解, 减少了对环境的污染, 对农作物的破坏。我国大多数劳作者都会选择有机磷农药, 有机磷农药不仅具备易降解的优点, 另外还具备品种多、成本低的优点, 是我国使用农药中占据最大比例的农药。但是, 虽然有机磷农药相对其他农药降解性能要相对优异, 但是当使用过度时仍然会造成农药残余, 破坏生态环境。就我国来说, 因为有机磷农药的大量使用, 至今已经存在了很大程度的农药残余, 对食物造成了很大的危害。

据研究, 有机磷农药的毒性有可能是由于与生物体中的胆碱酯酶发生反应而造成的, 有机磷可以和胆碱酯酶结合, 使得胆碱酯酶的活性降低, 从而不能充分分解乙酰胆碱, 致使生物体不能正常代谢, 引起机体障碍例如神经传导减弱等, 因此生物体就会表现出中毒现象, 如果严重的话甚至会引起死亡。我国大量使用有机磷农药, 致使有机磷农药残余的危险越来越大, 迫切需要研究出一种可以高效降解有机磷你故意的方法, 减少有机磷农药的危害。

1.3有机磷农药降解方法的研究

目前降解有机磷农药主要通过化学方法和生物方法进行降解, 其中的化学降解方法效果会更为显著, 但是化学降解会容易造成化学污染, 带进除有机磷农药之外的其它危害, 而且化学降解剂制造复杂成本昂贵, 不是最理想的方法。而生物降解方法是通过动植物以及微生物等吸收分解有机磷农药中的化学物质, 缓慢地降解有机磷残余农药, 虽然作用缓慢, 时间长, 但是不会造成二次污染, 也不会对环境造成破坏, 因此尽量使用生物降解法对于生态环境是有益的。

2有机磷农药的微生物降解方法

2.1降解有机磷农药微生物菌株的获取方法

有机磷农药生物降解中使用的菌种有细菌和真菌等。而可以获得降解有机磷农药的菌株的方法主要哦如下:一是通过污染源即有机磷农药残余的地方, 例如经常施加有机磷农药的某植物所在的土地, 获得可以降解有机磷农药的菌群。二是可以直接培养, 例如直接在土地中施加有机磷农药, 再通过分析这份土壤找出其中可以降解有机磷农药的菌群。三是通过诱变的手段得到可以降解有机磷农药的菌群。例如有人利用一些诱变剂将原有的降解菌种进行诱变, 使得原有的降解菌种性能更为优异, 降解效率更高。

2.2微生物降解有机磷农药的机理

微生物降解有机磷农药的机理主要是两种, 一是微生物直接降解有机磷农药, 使得其分解完全;二是间接分解, 即微生物先改变环境然后再在新环境下促使有机磷农药分解。第一种方法中, 微生物实质上是通过一些类似氧化还原、水解合成等反应, 利用微生物本身含有的酶与有机磷中的化学物质发生反应, 从而分解有机磷农药。第二种方法是一种间接方法, 不属于酶反应, 一般是通过微生物或者微生物联合环境中其它物质将有机磷中的化合物质慢慢一步一步将其分解为二氧化碳和水等无机物。这种间接分解方法有三种方式, 包括矿化作用、 共代谢作用以及种间协同代谢。

3存在的问题及研究方向

有机磷农药的微生物降解技术对于绿色农业的发展有着极大的促进作用, 关于有机磷农药降解存在几个重要问题, 需要进一步总结分析。首先是降解微生物的培养问题, 降解微生物一般是通过污染源即存在有机磷农药的土壤中获取的, 并且一般是在实验室获取。由于自然界的环境不同于实验室环境, 致使培养出来的降解微生物作用时间不够长。另一个问题是由于有机磷农药中化学物质本身就不是很稳定, 可能会抑制降解菌群的作用。

综上所述, 为了解决有机磷农药降解微生物的培养以及使用问题, 加大微生物降解的相关研究非常重要。应该讲微生物筛选的技术进一步改进, 引用新技术, 完善微生物基因库;同时还要充分利用基因工程, 将降解酶中的优秀基因筛选出来保存;而在对降解微生物菌群以及降解酶的基因进行研究时, 还可以从遗传学的角度上进行考虑, 以研制出更为高效的菌种; 此外, 对降解有机磷农药的微生物的降解机理, 微生物降解时发生的反应, 以及反应的产物都要加强研究, 以在未来成功研制出可以高效分解有机磷的微生物。

参考文献

[1]张婵, 廖晓兰.有机磷农药的微生物降解技术研究进展[J].广西农业科学, 2010, 10:1079~1082.

[2]张超, 李冀新.微生物降解有机磷农药残留机理及菌种筛选研究进展[J].农药科学与管理, 2006, 04:29~33.

易生物降解有机物 篇6

随着环保法规的强化和环保意识的提高,人们对化学材料的生物降解性提出了更高的要求,研究方法也呈现出多样化。Yu-Zhong Wang[1]采用称重法研究了在聚丁二酸丁二醇酯(PBS)中引入异氰酸酯基团后材料的生物降解性,研究发现:随着PBS含量的增大,材料的生物降解性提高;Adriano Pinto Mariano[2]等人以2,6-二氯靛酚为氧化还原指示剂,运用呼吸速率法对柴油和生物柴油的共混物的降解性进行了研究,研究发现:随着混合物中生物柴油的含量增大,混合物的生物降解性先是缓慢提高,直到生物柴油的含量高于20%时,混合物的降解性才明显变大。

皮革化学品是一类重要的精细化学材料。近年来,人们对皮革化学品的性能提出了更高的要求:生物降解性好,低毒,无刺激。绿色环保皮革化学品的研究与使用,已成为制革清洁生产技术的重要内容,而生物降解性作为评价有机化学品环境友好性的重要标志之一得到普遍认可。皮革加脂剂是制革工业中用量最大的皮化材料之一。对加脂剂进行的生物降解性进行评价,不仅可以从理论上研究其在环境中的降解情况,还可以建立皮革加脂剂生物降解性评价的行业标准方法,对我国制革行业的可持续发展有着重要意义。

本课题组多年来开展了对加脂剂生物降解性的研究,并对相关已工业化的皮革加脂剂产品的生物降解性进行了试验测试,探讨了化学品的生物降解性研究方法[3,4,5,6]。研究有机化合物生物降解性的方法较多,如化学耗氧量(COD)、总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、生化耗氧量(BOD)、BOD/COD、BOD/TOC等。本试验采用COD30法、呼吸曲线法和BOD5/CODCr法[7,8,9,10,11],对自制的皮革加脂剂PMPS的生物降解性进行研究,旨在从源头上控制皮化材料的环保指标,为其进一步产业化奠定了基础,以期达到合理选用的目的。

1 试验部分

1.1 主要仪器与材料

BOD测定仪,美国哈希公司;

水浴恒温振荡器,上海浦东物理光学仪器厂;

生化培养箱LRH-250F,上海齐新科学仪器有限公司;

p H-25型p H计,深圳市安康净水科技有限公司;

COD回流装置,实验室自制。

有机硅琥珀酸酯加脂剂,实验室自制;

硫酸亚铁铵,分析纯,天津市博迪化工有限公司;

邻菲啰啉,分析纯,天津市新纯化学试剂研究所;

重铬酸钾,分析纯,天津市化学试剂厂;

活性污泥,西安市北石桥污水处理厂。

1.2 研究方法

1.2.1 COD30法

取适量培养好的污泥于250mL锥形瓶中,分别加入0、150、250、500、750和1 000mg/L的有机硅琥珀酸酯加脂剂(PMPS),调节pH值至7.1,温度为20℃,在水浴恒温振荡培养箱中培养30d,并在规定的时间内采用重铬酸钾法测定锥形瓶中上清液的COD,以此来计算PMPS加脂剂的生物降解率。

1.2.2 呼吸曲线法(BOD5)

将1 000mg/L的活性污泥接种在6个BOD测定反应瓶中,加入不同浓度的PMPS加脂剂,调节pH值为7.1,同时在每个BOD测定反应瓶的吸收杯中注入CO2吸收液(2～3滴0.5mol/L的Na OH溶液),密封培养瓶,(20±1)℃下,瓶内式样在电磁搅拌器的作用下进行生化反应,定期记录BOD值,并绘制微生物呼吸曲线。

1.2.3 BOD5/CODCr法

与呼吸曲线法相同,在5个BOD测定反应瓶中接种1 000mg/L的活性污泥接种,并且将pH值均调节到7.1。分别测定不同浓度PMPS加脂剂的生物降解性。根据BOD5/CODCr比值的大小,可推测基质的可生物降解性。一般认为:BOD5/CODCr大于0.45时,生化性较好;大于0.30时,可生化;小于0.30时,较难生化;小于0.25时,不易生化。以此为标准,评价PMPS可生化性。

1.3 培养基组成

试验用微生物来源于西安市北石桥污水处理厂的泥饼。按单位体积内m(BOD)∶m(N)∶m(P)=100∶5∶1的比例培养微生物,通过测定其SVI(污泥指数)、SV(泥浆沉降比)、MLSS(混合液悬浮固体)来考察微生物培养状况。微生物培养基组成如表1所示。

2 结果与讨论

2.1 加脂剂生物降解性评价

2.1.1 COD30法

由图1可以看出:以PMPS作为微生物基质,基质培养液浓度不同时,其最终降解率相差较大。基质浓度为150mg/L时PMPS最终降解率最小,为62%;基质浓度为250、500、750和1 000mg/L时,PMPS的最终降解率分别为70%、81%、88%、89%。10d内,不同浓度基质的生物降解率随基质浓度的增加明显增大。微生物对基质的降解是一个先吸附后降解的过程,因此从图中可以看出,微生物对高浓度PMPS加脂剂的适应性强,10d内吸附率高。且随着基质浓度的增大,基质最终降解率逐渐增大,这说明基质浓度的增大并未对微生物的生命活动产生抑制作用,反而为微生物的代谢提供了营养物质,微生物代谢旺盛,促进了基质的降解。

2.1.2 呼吸曲线法

由图2可以看出:采用PMPS作为微生物基质,在试验条件下,微生物内原呼吸曲线的位置均比基质呼吸曲线的低,表明基质可被微生物利用。随着基质浓度的增大,基质呼吸曲线与内源呼吸曲线的距离逐渐增大,表明微生物对高浓度受基质适应性强,降解速度快。试验条件下,当基质浓度为1 000mg/L,基质培养液的BOD5最大,为247mg/L。以基质浓度为1 000 mg/L时基质呼吸曲线为参照,当基质浓度为750mg/L,基质呼吸曲线的斜率相对较小,基质的BOD5为178mg/L;当基质浓度为500、250、150mg/L和0时,基质培养液的BOD5依次为161、151、110和88mg/L。

由表2可以看出:随PMPS浓度的增加生化性变差,当PMPS加脂剂浓度为150mg/L,生化性最好。

较前2种评价方法,BOD5/CODCr法对其生物降解性评价结论并不完全一致。这可能是由以下2个方面的原因造成的,一方面,在COD中能被微生物降解的有机物耗氧量中BOD5只占了不到60%,即使COD中的有机物全部能被微生物降解,BOD5/CODCr也只有0.58。另一方面,BOD5/CODCr法主要用来评估低浓度有机化合物的生化性,而对于高浓度有机化合物虽然其比值较小,但是BOD绝对值较大,生化处理法依然可以与其他物理化学处理法配合使用来处理难降解的COD[8]。所以,结合另外2种方法的评价结果,在试验条件下,可适当调整BOD5/CODCr比值,且当其比值大于0.29时基质可生化,其评价结论与前2种方法基本一致。

2.2 PMPS加脂剂生物降解性的影响因素

2.2.1 p H

1 000mg/L的PMPS加脂剂作为基质,好氧活性污泥质量浓度为1 000mg/L,测定不同pH微生物呼吸曲线如图3所示。

由图3可以看出:pH对基质的生物降解性有明显影响。当pH值为9和10时,由于微生物对基质的利用速率较大,因此基质的BOD5较大;当p H值低于5时,微生物呼吸曲线斜率明显减小,基质利用速率下降,说明酸性条件下基质不易利用。但是,pH并非越高越好,当pH值为11时,微生物呼吸受到严重抑制,不利于降解。以上表明:在适当碱性条件下,微生物对基质的降解性较好。

2.2.2 盐度

基质PMPS浓度:1 000mg/L;

活性污泥浓度:1 000mg/L;

pH:10。在此条件下,测定不同盐度下微生物呼吸曲线如图4所示。

由图4可以看出:随着盐度的增加,基质的BOD5先增加后减小。当盐度为0.4%时,其BOD5最大,再升高盐度,其BOD5又开始下降,这是由于微生物正常的生命活动需要适宜的渗透压环境,盐度过高或过低会给微生物提供一个过高或者过低的渗透压环境,导致微生物细胞脱水或者吸水,微生物生命活动受到抑制,最终导致基质利用率降低。因此,试验条件下微生物利用基质的最佳盐度为0.4%。

由图4可以看出:以PMPS加脂剂为基质,空白为对照,试验条件下,随着盐度的增加,基质的BOD5先增加后减小。当盐度为0.4%时,基质呼吸曲线位于空白呼吸曲线上方,且其BOD5最大,表明该盐度为试验条件下微生物利用基质的最佳盐度。当盐度为0%～0.4%时,基质呼吸曲线位于空白呼吸曲线上方,随盐度增大,基质越容易被微生物降解。当盐度大于0.4%时,基质呼吸曲线位于空白呼吸曲线下方,且随盐度增大,基质越难被微生物降解。这是由于微生物正常的生命活动需要适宜的渗透压环境,盐度过高或过低会给微生物提供一个过高或者过低的渗透压环境,导致微生物细胞脱水或者吸水,微生物生命活动受到抑制,最终导致基质利用率降低。

2.2.3 污泥浓度

500mg/L PMPS加脂剂作为基质,接种不同质量浓度的好氧活性污泥于BOD测定反应瓶中,Na Cl 0.4%,pH值为10,微生物呼吸曲线如图5所示。

如图5所示:污泥浓度为2 500mg/L时,基质呼吸曲线的BOD5最大,为266mg/L,基质呼吸曲线斜率最大,微生物对基质的利用速率最大。当污泥浓度为500、750、1 000和1500mg/L时,其基质呼吸曲线的BOD5分别为119、132、175和236mg/L。当污泥浓度为2 000mg/L时,其基质呼吸曲线BOD5为261mg/L,接近于2 500mg/L时的呼吸曲线BOD5值。因此,最佳污泥浓度为2 000mg/L。

3 结论

以有机硅琥珀酸酯(PMPS)加脂剂为基质,采用COD30法、呼吸曲线法和BOD5/CODCr法对其生物降解性进行了研究。试验结果表明:当基质浓度为0～1 000mg/L时,基质的生物降解性随基质浓度的增加而变好,当pH值为7.1,污泥质量浓度为1 000mg/L,不外加Na Cl,基质浓度为1 000 mg/L时,基质最终生物降解率为89%。基质生物降解性的影响因素包括盐度、p H和污泥浓度。通过单因素法对微生物降解性的影响因素进行了优化,基质生物降解的最佳盐度为0.4%、p H值为10,污泥质量浓度为2 000mg/L。

参考文献

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