内分泌干扰素辛基酚和三氯生对污泥厌氧发酵产酸的影响研究

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污水处理厂的快速发展导致了大量的剩余污泥的产生。一方面,剩余污泥中的各种有毒有害残留物可能会造成严重的环境问题,需要对其进行合适的处理。另一方面,其富含有机质,因此具有资源化利用的潜力。通过厌氧发酵处置剩余污泥生产挥发性脂肪酸,是缓解污泥处理压力和实现生物能源回收的可持续方法。由于厌氧发酵包含了一系列复杂的生化反应过程,其中涉及到很多微生物和酶活,它们的活性很容易受到环境变化的影响而发生改变,因此挥发性脂肪酸的产量具有不确定性。近年来,内分泌干扰素在污水处理厂中被频繁检出引起广泛关注,但其对污泥厌氧发酵是否存在影响尚不清楚。本文构建了污泥发酵产酸系统,通过比较不同浓度(0、20、50、100和200 mg/kg TSS)的典型内分泌干扰素辛基酚和三氯生存在时发酵系统中挥发性脂肪酸(VFAs)产量的变化,考察了辛基酚和三氯生对污泥发酵产酸的影响;并通过分析厌氧发酵各阶段产物和酶活性变化,探讨了辛基酚和三氯生对污泥厌氧发酵产酸的影响机理。结果表明,辛基酚可以促进污泥厌氧发酵产酸,其主要通过提高乙酸积累量实现VFAs产量的增加。随着辛基酚浓度从0增加到200 mg/kg TSS,VFAs产量从3245增加到6828 mg COD/L。其中,乙酸的增加(4425-1511=2914 mg COD/L)占VFAs总增加量(6828-3245=3583 mg COD/L)的81.3%。进一步研究发现,辛基酚通过改善污泥的生物降解性来促进污泥溶解和水解,并通过抑制辅酶F420的活性抑制产甲烷过程,从而促进乙酸的积累。与辛基酚类似,三氯生也可通过提高乙酸积累促进污泥厌氧发酵产酸。200 mg/kg TSS三氯生存在时,系统中VFAs积累达15083 mg COD/L,约为空白组中的2倍。其中,乙酸占总VFAs的比为74.8%,高于空白组中的55.1%。与辛基酚不同的是,三氯生可促进污泥厌氧发酵各个过程,包括产甲烷过程。但对于酸化过程的促进强于产甲烷过程,因而促进乙酸的积累。本课题对深入研究内分泌干扰素在污水处理厂中的环境行为具有重要意义,并为含内分泌干扰素剩余污泥的发酵目标产物的选择提供理论依据与参考。
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