微生物法降解戊二醛的研究

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戊二醛含有两个活泼醛基,可与氨及胺反应,故被广泛用作杀菌剂、交联剂等。随着其用量的增大,戊二醛的危害及毒性作用日渐明显,故戊二醛污染的去除越来越受到关注。传统处理采用物理化学法,现仅有国外个别学者研究过生物转盘降解戊二醛,但报道的降解最高浓度仅有180mg/L,且降解机理研究不够深入明确。本研究对普通城市污水处理厂的活性污泥进行了驯化使其具有戊二醛降解能力,探索戊二醛降解的最佳条件(最佳pH、温度、溶解氧、戊二醛初始浓度等);初步探索了戊二醛水溶液中化学反应对微生物降解戊二醛的影响及可能的戊二醛降解中间产物;使用不同载体挂膜,比较不同生物膜工艺的降解效果,选出降解最好的生物膜工艺,构建戊二醛生物膜处理系统,与活性污泥法进行对比,比较活性污泥法和生物膜法两种不同工艺降解戊二醛能力的差别。从以上三个角度研究探讨戊二醛的最佳降解条件与工艺。研究主要取得了如下成果:(1)对不同来源的活性污泥进行驯化后都可降解戊二醛。来自普通城市污水厂曝气池的污泥降解效果更好。该污泥驯化后对2000mg/L戊二醛的日降解率可达70%以上(以化学需氧量COD计,下同)。当换水量接近100%时,污泥对0-1200mg/L戊二醛的日降解率均可达80%以上。(2)降解特性研究表明:pH对戊二醛降解的影响较大,当初始pH为7-8,在不调节pH时,随着微生物对戊二醛的降解,pH会急速下降至4左右,之后缓慢上升,最终可达到85%左右的降解率;若在降解过程中调节pH,使处理体系pH保持7-8,则戊二醛降解率可达到90%以上。戊二醛降解菌群对温度较敏感,降解速率随温度的升高而升高,但其最终降解率趋同。温度降到10℃时,戊二醛降解几乎停滞。当溶解氧充足时,溶解氧对戊二醛降解的影响不大;溶解氧不足时,戊二醛降解的速率减小,但也不影响戊二醛的最终降解率。当戊二醛初始浓度在500mg/L以下时,戊二醛降解可看做直线型降解;初始浓度为700mg/L时,初期的降解受阻滞;900-1000mg/L时降解初期的阻滞强烈;初始浓度升高到1200mg/L时降解初期的阻滞时间比900-1000mg/L时更长,抑制期长达16h。在高浓度的戊二醛加入简单碳源并不能促进降解,而且戊二醛还会抑制简单碳源的降解。实验表明接种驯化菌菌量越大,戊二醛降解所需的时间越短,但戊二醛的最终降解率不改变。(3)戊二醛水溶液中,戊二醛与其水合物存在平衡,且戊二醛分子易发生聚合反应,酸性条件和碱性条件下的聚合产物不同,强碱性条件时聚合速度更快,产物在233nm处产生吸收峰;戊二醛与氨在强碱性条件下迅速生成白色粉状物质和黄色物质,这种物质不可被驯化菌群降解;戊二醛降解的中间产物极可能为戊二酸;氮存在时戊二醛的降解率比无氮时高出50%以上,且无氮驯化对微生物无效;经测定,30h内降解菌群耗氮约13mg/L,增加氨氮浓度对降解影响不大,表明氮主要通过改善微生物活性起促进作用。(4)挂膜实验发现:曝气量充足时挂膜较快,不同的载体挂膜速度不同,膜的稳定性也有差别;由不同载体建成的的膜工艺中,悬浮载体填料系统的降解效果最好、最抗有机冲击;生物绳载体载体吸附大量戊二醛与氨的反应产物,削减了其构成的膜工艺的降解率。对比得到,活性污泥法比生物绳载体的膜系统工艺更抗冲击。
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