驯化污泥对厌氧生物降解2，4－二氯酚的影响

程婷 ，黄兆琴 ，陈晨

（1.江苏城市职业学院 城市科学系，江苏 南京 210036；2.江苏科技大学 生物与化学工程学院，江苏 镇江 212018）

驯化污泥对厌氧生物降解2，4－二氯酚的影响

程婷1，黄兆琴1，陈晨2

（1.江苏城市职业学院 城市科学系，江苏 南京 210036；2.江苏科技大学 生物与化学工程学院，江苏 镇江 212018）

以2，4－二氯酚（2，4－DCP）为目标污染物，考察葡萄糖共基质条件下厌氧污泥驯化过程中目标物的生物降解以及驯化污泥对2，4－DCP降解效果的影响。结果表明：厌氧污泥具有降解2，4－DCP的潜力，连续驯化2个月其对污染物的降解能力逐步增强。2，4，6－TCP（2，4，5－三氯酚）与2，4－DCP长期共存可加快厌氧污泥对2，4－DCP的降解速率，提高降解效果以及体系COD去除率。不同体系COD的去除率与目标物的生物降解有一定相关性。

氯酚类化合物；2，4－二氯酚；驯化污泥；生物降解

氯酚类化合物（CPs）被广泛用作木材防腐剂、防锈剂、除草剂、杀菌剂和造纸等工业中，具有恶臭、异味和高度毒性［1，2］。 农用除草剂 2，4－D、伊比磷和医药硫双二氯酚等产品的合成需要大量地使用其中的产品 2，4－二氯酚（2，4－DCP），此类化合物具有环境毒性而且难以降解，因此是一种持久性有机污染物［3，4］。 许多研究表明，用于降解 CPs的接种物是否经过驯化、用于驯化的驯化物种类以及经过驯化的时间长短均有可能影响CPs的降解性、降解速率与降解途径［5－7］。目前，关于氯酚类有机物降解的研究大多只集中在驯化后的降解活性上，驯化过程自身的特点则研究不多。一般认为，驯化机理的几种可能是：（1）基因突变；（2）诱导；（3）最适底物耗尽后开始利用氯酚类有机物；（4）已具有降解活性的群体起始浓度较低［8］。本研究以2，4－DCP为目标污染物，考察其在厌氧污泥驯化过程中的降解以及驯化污泥对2，4－DCP的降解效果。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

以厌氧污泥为接种微生物，将其接种于一定容积的驯化瓶中，充氮气密封置于恒温培养箱中恒温培养。在葡萄糖共基质条件下，分别投加2，4－DCP、2，4－DCP 与 2，4，6－TCP 的混合物进行驯化，在驯化过程中逐级提高氯酚的浓度，并补充葡萄糖营养液、微量元素营养液与NaHCO3缓冲液，并定期取样分析上清液中2，4－DCP的浓度。葡萄糖营养液的组成 （mg／L） 为：C6H12O6·H2O 3000，KH2PO4270，K2HPO4350，NH4Cl 530，CaCl2·2H2O 75， MgCl2·6H2O 100；微量元素营养液的组成 （g／L） 为 ：CoCl2·6H2O 0.5，NiCl2·6H2O 0.05，Na2SeO30.05，CuCl2·2H2O 0.03，ZnCl20.05，H3BO30.05，MnCl2·4H2O 0.5， （NH4）6Mo7O24·2H2O 0.01；NaHCO3缓冲液（g／L） 为：1。

1.2 分析项目及方法

2，4－DCP采用高效液相色谱分析，色谱柱为150 mm × 4.6 mm Allsphere ODS－25U 反相柱，流动相为 2%HAC／CH3OH 30／70，流速 1.0 mL／min，分析检测波长280 nm。COD值测定采用标准重铬酸钾法。

2 结果与讨论

2.1 污泥驯化过程中污染物的降解

本试验采用 2，4－DCP、2，4－DCP 与 2，4，6－TCP的混合物驯化厌氧污泥，考察不同污泥驯化过程中2，4－DCP的降解情况。由图1可知，添加2，4－DCP 驯化的厌氧污泥和 2，4－DCP 与 2，4，6－TCP混合驯化的厌氧污泥几乎不经过滞后期就开始降解2，4－DCP，而厌氧污泥若想要较快地降解目标污染物则需要经过长达2个多月的驯化。在驯化过程中，随着氯酚浓度的不断增加，厌氧污泥逐渐适应氯酚的毒性，从而不断增强其降解能力。这表明厌氧微生物具有降解氯酚的潜力，诱导此种潜力所需的时间较短，而富集一定量的具有降解活性的微生物则需较长时间。

由图1还可看出，在驯化初期 （1～20d），2，4－DCP 驯化的厌氧污泥对 2，4－DCP 的降解效果好于 2，4－DCP 与 2，4，6－TCP 混合驯化的厌氧污泥； 而当驯化进行到 30d时，2，4－DCP与2，4，6－TCP混合驯化的厌氧污泥降解效果明显提高，它在之后（31～70 d）的驯化中降解能力较单一的2，4－DCP驯化污泥强。当污泥驯化进行到60d 时再次添加同等浓度（26 mg／L）的 2，4－DCP，2，4－DCP 与 2，4，6－TCP 混合驯化的厌氧污泥在10d内对目标物的降解率达到90%以上，而2，4－DCP驯化污泥对目标物的降解率为68%。推测驯化初期 2，4，6－TCP 与 2，4－DCP 毒性的积累使混合驯化污泥对目标物的降解受到影响，而驯化后期微生物逐渐适应两种氯酚的毒性，2，4，6－TCP的存在促进了厌氧污泥对目标物2，4－DCP的降解。有研究指出［9］，单独氯酚类物质驯化一般均需要2周左右的滞后期才开始出现厌氧降解氯酚类有机物的活性。本试验的前20 d氯酚投加浓度较低（＜10 mg／L），推测目标物浓度的迅速下降以吸附为主。

图1 污泥驯化过程中2，4－DCP的降解

污泥驯化过程中2，4－DCP的降解速率如表1所示。由表1可知，随着污泥驯化时间的延长，目标物的降解速率基本呈增加趋势。2，4－DCP驯化污泥对目标物的降解速率从 1－8 d的 0.57 mg·l－1d－1提高到 45－60 d 的 1.27 mg·l－1d－1， 再提高 到 60 －70 d 的 2.39 mg·l－1d－1；2，4 －DCP 与2，4，6－TCP混合驯化污泥对目标物的降解速率高于 2，4－DCP 驯化污泥，降解速率从 1－8 d 的 0.57 mg·l－1d－1提高到 45－60 d 的 1.40 mg·l－1d－1， 再提高到 60－70 d 的 2.64 mg·l－1d－1。 表明 2，4，6－TCP与 2，4－DCP 混合驯化污泥对 2，4－DCP 的降解表现出更高的潜力。 全向春等［10］的研究指出，4－CP与 2，4－DCP 长期共存时，2，4－DCP 的降解速率高于单一 2，4－DCP 作为基质时的降解速率。2，4，6－TCP与2，4－DCP分子结构相类似，推测在本试验中 2，4，6－TCP 与 2，4－DCP 的共存诱导厌氧微生物分解出更多促进2，4－DCP降解的酶或酶体系，从而得到对目标物更好的降解效果。

表1 污泥驯化过程中2，4－DCP的降解速率

2.2 污泥驯化过程中的COD浓度变化

本试验对厌氧污泥驯化过程中的COD浓度变化也进行了测定（如图2所示）。由图2可知，氯酚的加入对COD的浓度变化有较大的影响。结合图1厌氧污泥驯化过程中2，4－DCP的浓度变化可知，当添加2，4－DCP的浓度在6 mg／L以上时，COD的降解速率显著变慢，说明氯酚的加入对微生物降解葡萄糖产生了一定的抑制。而随着驯化时间的延长，厌氧污泥逐渐适应氯酚的毒性，COD的降解速率也逐渐恢复。由图2还可以看出，2，4，6－TCP 与 2，4－DCP 混合驯化的厌氧污泥体系在前16d内COD的降解速率比单一2，4－DCP驯化污泥体系慢；而随着驯化时间的延长（28－65 d），体系COD的降解速率高于单一2，4－DCP驯化污泥体系， 表明 2，4，6－TCP 与 2，4－DCP 长期共存时，厌氧微生物菌群适应毒性的能力更强，它对目标物及有机物的降解效果均更好。由图1和图2的实验结果可知，同一个反应系统中氯酚与COD的浓度变化有一定的相关性，这与李萍等［7］以葡萄糖为共代谢基质驯化五氯酚（PCP）得到的研究结果相一致。推测厌氧微生物的代谢酶并非绝对专一，它们在降解辅助碳源的同时也在附带降解目标污染物2，4－DCP。此外，由于厌氧污泥本身的COD浓度较高，因此测定的体系COD浓度基本维持在1000 mg／L以上。

2.3 不同驯化污泥对2，4－DCP的降解

驯化污泥对2，4－DCP的降解效果如图3所示，各体系初始pH为7，厌氧污泥接种量276 mg VSS／L。与未驯化污泥相比，驯化污泥可显著提高2，4－DCP 的降解效果，且 2，4－DCP 与 2，4，6－TCP混合驯化污泥对目标物的降解效果最好。2，4－DCP 与 2，4，6－TCP 混合驯化污泥在 190h 时对2，4－DCP的降解率为 90%以上，214h完成目标物的完全降解；2，4－DCP驯化污泥在190 h时对目标物的降解率为65%，288 h达90%以上，300 h完全降解；而未驯化厌氧污泥对2，4－DCP的降解效果较差，190 h时目标物降解率为45%，300 h时污染物仍残留30%。

此外，驯化与未驯化厌氧污泥对2，4－DCP的降解都需要经过吸附、解析、生物降解的过程。厌氧微生物对目标污染物的作用在反应初期主要以吸附为主，较短的时间内（分别为23～33 h）达到平衡并开始解析，解析之后在较长的一段时间内完成对目标污染物的降解。图3中不同厌氧污泥对2，4－DCP的降解均经过了较长时间的滞后期，推测浓度为30 mg／L的 2，4－DCP对微生物毒性较大，它需要经过较长时间的适应期才能降解。

图3 不同驯化污泥对2，4－DCP的降解效果

试验同时测定了不同厌氧污泥体系反应始末的COD值变化（图4），以间接反映有机物的厌氧生物降解性。由图4所示的不同厌氧污泥体系的COD去除率可知，不同体系COD的去除率与2，4－DCP的降解效果有一定的相关性。对比不同驯化污泥对2，4－DCP的降解效果，我们可以发现：未驯化污泥对COD的去除率较差，仅为51%；2，4－DCP驯化污泥体系对COD的去除效果较好，为 71%；2，4，6－TCP 与 2，4－DCP 混合驯化污泥对COD的去除率最高，在80%以上。

图4 厌氧污泥体系COD的去除率

3 结论

（1）厌氧污泥具有降解氯酚的潜力，连续驯化过程中厌氧污泥降解2，4－DCP的能力逐步增强，降解速率逐步提高。

（2）当厌氧污泥的驯化基质为 2，4－DCP与2，4，6－TCP的混合物时，驯化过程中目标污染物2，4－DCP与 COD的降解效果均好于单一 2，4－DCP驯化的厌氧污泥。

（3）与未驯化污泥相比，驯化污泥对 2，4－DCP的降解效果明显提高，其中 2，4，6－TCP与2，4－DCP混合驯化污泥对目标物的降解效果最佳。

（4）不同厌氧污泥体系 COD的去除率与2，4－DCP的降解效果有一定的相关性。

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10.3969／j.issn.1007－2217.2011.04.006

2011－09-20