固定化细胞降解2，4-二氯酚的动力学及其对SBR系统强化效果研究

全向春 王建龙 施汉昌 钱易
（清华大学环境科学与工程系，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，100084）

　　氯代酚类化合物是一类生物难降解化合物。由于其对许多微生物都具有毒害作用，故采用普通的活性污泥法往往很难达到满意的去除效果。固定化细胞技术通过将一些具有特殊作用的微生物固定化，不仅保持了生物量，而且显示出较强的耐有毒有害物冲击能力，在难降解有机物的生物降解中显示出独特的优越性。但固定化细胞由于其中生物受到固定化载体的物理化学作用引起的活力损失及其长时间运行可能引起固定化细胞的破损使得限制了其在实际废水处理中的应用。本文研究了降解2，4-二氯酚的高效菌种包埋固定后随着半连续流实验进行其降解活力变化情况及其降解的动力学，并对固定化细胞投加到SBR系统中长期运行对2，4-DCP的去除效果进行了研究。

1. 实验材料与方法

1.1 高效菌种来源及固定化凝胶小球的制备
　　降解2，4-DCP的高效菌种主要通过对活性污泥以2，4-DCP为唯一碳源长期驯化得到。固定化方法采用PVA-硼酸法。
1.2固定化细胞的活性恢复及其降解动力学实验
　　通过对固定化细胞进行半连续流实验，考察其降解2，4-DCP活力的变化。进行了9日的半连续流实验。半连续流实验结束后，进行了其降解氯酚的动力学研究
1.3固定化细胞对SBR系统强化效果实验
　　取处理生活污水的污泥为SBR反应器中原污泥，以摇瓶反应模拟SBR反应器的运行。SBR运行周期为6小时，其中进水15分钟，反应5小时，沉淀30分钟，排水15分钟。污泥泥龄约10天。反应器容积交换率50%。对照系统和强化系统的背景污泥的投加量均为1.464g/L，强化SBR系统投加的固定化细胞量为原污泥的9.28%。SBR反应器进水采用人工配水.
1.4分析方法
　　2，4-DCP的分析采用高压液相色谱。

2.实验结果与讨论

2.1 半连续流实验固定化细胞降解2，4-DCP的活力变化

　　图1表明，9次半连续流实验中固定化细胞对2，4-DCP的降解能力有了明显的变化。第1次实验，8.7mg/L的2，4-DCP用了12.5h得到完全去除，而在第2次实验，固定化细胞对DCP的降解活力就有了明显恢复，同样浓度的DCP，完全降解只用了8h。而第9次实验中，对于高达105mg/L的2，4-DCP，固定化细胞仍然能够在9小时内将其去除，固定化细胞表现出良好的耐负荷冲击能力。考虑到反应初期吸附作用对DCP去除的影响，对反应1h后的降解数据进行零级反应回归，得到半连续流实验中降解速率常数的变化情况，如图2所示。图2表明，在前8次实验中，固定化细胞的降解速率常数随着实验次数的增加而表现出明显增加的趋势。但第9次实验降解速率比第8次有所下降，分析主要原因是此时2，4-DCP的浓度过高，开始对包埋在固定化细胞内的微生物活性产生了一定的抑制作用。半连续流实验的结果表明，虽然用PVA包埋的微生物在固定化初期由于载体的物理化学作用，使其活性受到一定影响，但可以通过半连续实验恢复其活力，且其中微生物的生长繁殖不会受到明显的影响。

　

2.2固定化细胞降解2，4-DCP的动力学
　　通过半连续流实验已经得到充分活化的固定化细胞进行了其降解2，4-DCP的动力学研究。结果如图3所示。在2，4-DCP浓度范围在8.8～57.6mg/L范围内，其降解过程很好地遵循零级反应，既氯酚以恒定的降解速率降解，其降解速率随着DCP初始浓度的变化形式类似于抑制动力学形式。但降解速率常数稳定在较长的浓度范围内，再次证实微生物固定化后抵抗有毒有害物质冲击的能力有所增强。
2.3固定化高效菌种对SBR系统强化效果
　　通过图4中不加固定化菌的对照系统与投加1.85%固定化菌的SBR系统比较可以得出，进水浓度为66mg/L时，投菌的SBR系统比对照系统启动时间短，对照系统需要9d时间出水2，4-DCP降为零，而强化系统只需要6d时间。此外，进水2，4-DCP浓度升高到166mg/L时，对照系统出水2，4-DCP迅速增加，而投菌强化系统依然保持良好的出水水质，当进水2，4-DCP继续上升到250mg/L时，投菌SBR系统的出水开始变坏。为了缓和累积升高的2，4-DCP对系统中微生物的毒害作用，第21天到22天内，进水只加入碳源乙酸钠，不再加入氯酚。第23天，继续加入氯酚，系统的出水得到了恢复。第30～60日，系统不加入氯酚，而只以乙酸钠为碳源持续运行了30日，以考察重启动后SBR强化系统及其对照系统是否仍然保持对DCP的去除能力。结果表明，进水2，4-DCP为83mg/L，强化系统一天内出水DCP就降到零，而对照系统仍需要3日启动时间。DCP浓度升高到166mg/L时，对照系统出水氯酚浓度迅速升高，而强化系统仍然保持了良好的出水水质。