DEHP降解菌对硝化型曝气生物滤池的影响

柳学速，曹相生，孟雪征

（北京工业大学建筑工程学院水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室，北京100124）

DEHP是一种人工合成的化学物质。它是无色无味的液体，常温下不易挥发，难溶于水，易溶于有机溶剂中。DEHP是一种典型的邻苯二甲酸酯类物质，具有内分泌干扰效应，是一种环境激素 类 物 质［1－2］。 由 于 在 塑 料 及 其 它 制 品 中，DEHP呈游离状态，从而广泛存在于大气、水体、土壤以及生物体中［3－4］。当氧气存在时，水和土壤中的DEHP会被微生物分解为结构较为简单的化合物，而在含氧量极低的地方，DEHP则不易被分解。我国水质标准GB 3838－2002《地表水环境质量标准》规定，DEHP的卫生标准为8μg／L，但是在很多地区水体中DEHP的浓度已经远远超过了水质标准。牛静萍等［5］在黄河水中检测发现DEHP浓度高达109．93μg／L，超出水质标准的13倍。DEHP对人体健康的影响和潜在危害不容小视，污水中的DEHP需经处理后才可以排放。

国内外对去除污水中的DEHP已经做了许多研究。Mathur SP等在1975年便分离出DEHP的专性降解菌，该菌株能将DEHP先降解为邻苯二甲酸和短链醇，进而许多微生物可以降解利用这些物质，最后转化成CO2和 H2O［6］。Marttinen等［7］对污水处理厂不同阶段的DEHP浓度进行测定，并对质量平衡关系进行了计算。Chen等［8］采取光－芬顿与生物技术相结合的方法来研究对DEHP的降解情况。结果显示，光－芬顿反应器可以进行预处理，先降低废水中DEHP的毒性，为后续生物降解提供必要的条件。牛贵龙从北京某污水厂驯化的活性污泥中分离得到DEHP的降解菌X（后命名为N4），该菌在好氧条件下能以DEHP为唯一的碳源和能源，用该菌对其降解10 mg／L DEHP的性能进行了研究，结果发现：DEHP初始浓度和菌液初始浓度存在一个合理的比值，在这一比值下对DEHP的降解率最高［9］。李小冬对进水添加DEHP和进水不添加DEHP的两座硝化型曝气生物滤池进行挂膜试验，结果发现：DEHP的投加促进了挂膜稳定期滤池中出水亚氮的积累，但对出水氨氮的去除不产生影响。挂膜期间滤池对DEHP的去除率为91．4%，推测滤池中DEHP的去除主要依靠生物膜吸附和异养菌的生物降解［10］。硝化型曝气生物滤池中DEHP的去除主要是生物膜的吸附还是异养菌的降解需要进一步的分析。本试验研究在硝化型曝气生物滤池中投加DEHP降解菌后，该菌液是否会对硝化反应有影响，及滤池中的DEHP主要是生物吸附还是异养菌的生物降解。

1 材料与方法

1．1 试验装置与试验过程

本试验采用两座构造完全相同的硝化型曝气生物滤池。滤池为有机玻璃制作，内径为50mm，高度为3000mm。滤池底部200mm内填充大粒径鹅卵石作为承托层，承托层上面填充1800mm粒径为1～2mm的石英砂作为滤料。

试验时，一座滤池（0＃）进水中投加DEHP降解菌使得投菌量为V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000，另一座滤池（1＃）进水中不投加DEHP降解菌。两个滤池的其它运行条件完全相同，如表1所示。

表1 硝化滤池对比试验的运行参数

两座滤池在试验过程中，同时进行反冲洗，以反冲洗出水清澈为反冲洗结束标志。运行期间每天取两座滤池的进出水进行检测，检测的指标有氨氮、亚氮、硝氮以及DEHP。

1．2 试验用水水质

本实验采用的是人工配水。两座滤池进水pH为7．9～8．1，DEHP浓度100μg／L，100L的进水中0＃滤池中投加100mL的DEHP降解菌，1＃滤池中不投加DEHP降解菌。pH用碳酸钠调节。进水水质见表2。

表2 模拟生活污水进水水质

试验进水中100μg／L DEHP的配制：由于DEHP难溶于水，必须借助助溶剂才能提高水中DEHP的浓度。本试验选用甲醇作为助溶剂。取2．5mL液态DEHP（纯度99%）加入到100mL的甲醇溶液中。实验期间每次取0．67mL此混合溶液加入到100L试验用水中，并且充分搅拌，测出DEHP浓度平均值为100μg／L。

DEHP降解菌的来源：本实验室牛贵龙从北京某污水厂驯化的活性污泥中分离得到的DEHP降解菌［9］。

DEHP降解菌的培养与储存：该降解菌用含有DEHP的牛肉膏蛋白胨固体培养基连续培养三次，进行细菌的活化，得到长势较好的菌株。储存于4℃冰箱中作为母液备用。为了使所投加菌液中不含有有机物，每次从中取出100mL该菌液需在5000r／min的离心机中离心两次，每次历时5min。

1．3 分析方法

NH4＋－N：纳氏试剂分光光度法；NO3－－N：紫外分光光度法；NO2－－N：N－（1－萘基）－乙二胺光度 法［11］；DEHP： 固 相 萃 取——高 效 液 相 色谱法［12］。

2 结果与讨论

2．1 两座滤池氨氮的变化情况

两座滤池氨氮的变化情况见图1。

图1 两座滤池进水氨氮及氨氮去除率情况

试验开始之前两座滤池都经过了一个月的挂膜。挂膜期间，两座滤池均不投加DEHP降解菌，其它运行参数和进水水质见表一和表二，挂膜成熟后，滤池0＃进水中投加100mL的DEHP降解菌，滤池1＃进水中不投加DEHP降解菌作为空白对照。

由图1中可以得出，稳定时期滤池0＃和滤池1＃的出水氨氮平均浓度均为0．9mg／L，氨氮平均去除率均为96．98%。由此可以看出DEHP降解菌的投加对氨氮的去除没有影响。

2．2 两座滤池亚氮以及硝氮变化情况

两座滤池亚氮的变化情况见图2示。两座滤池硝氮的变化情况见图3示。

图2 两座滤池亚氮变化及亚氮积累情况

图3 两座滤池硝氮及硝氮硝化率情况

由图2和图3可知DEHP降解菌对两座滤池中亚氮浓度、亚氮积累率，硝氮浓度、硝氮硝化率都具有很大的影响。两座滤池出水亚氮前7d在不断地升高，之后，1＃滤池趋于稳定，0＃滤池先是有所下降，最后趋于稳定。第13d和18d出水亚氮出现比较大的波动是由于反冲洗所导致。0＃滤池稳定时期出水亚氮平均浓度23．19mg／L，硝氮平均浓度为5．10mg／L，亚氮平均积累率为81．97%，硝氮平均硝化率为18．03%。1＃滤池稳定时期出水亚氮平均浓度26．90mg／L，硝氮平均浓度为2．02mg／L，亚氮平均积累率为93．02%，硝氮平均硝化率为6．98%。滤池稳定时期1＃滤池与0＃滤池相比，出水亚氮平均浓度高3．71mg／L，出水亚氮平均积累率高11．23%，硝氮平均硝化率低11．05%。

硝化反应是由两个阶段构成的。第一阶段是氨氮在亚硝酸细菌（AOB）的作用下转化为亚氮；第二阶段是亚氮在硝酸细菌（NOB）的作用下转化为硝氮。Dokianakis等人［13－14］分别利用纯硝化细菌和亚硝化细菌研究DEHP对硝化细菌的影响，发现DEHP对硝化细菌均有抑制作用。李小冬研究证实了DEHP在硝化型曝气生物滤池中，对参与硝化反应第一阶段没有影响，但是会抑制硝化反应的第二阶段，导致出水中亚氮的积累［10］。牛贵龙证实了DEHP降解菌X对DEHP具有较好的去除效果［9］。通过对0＃滤池和1＃滤池的出水亚氮情况分析，可以推测DEHP降解菌降解了0＃滤池中的DEHP，使得DEHP对0＃滤池的亚氮积累有所降低。

2．3 DEHP去除效果

硝化型曝气生物滤池中DEHP的去除情况见图4。

由图4可知，两座滤池稳定时，0＃滤池出水DEHP平均浓度为 6．09μg／L，平均去除率为93．91%，1＃滤池出水 DEHP平均浓度为9．47μg／L，平均去除率为90．53%。可以知道硝化型曝气生物滤池对DEHP有很高且稳定的去除率。进水中投加DEHP降解菌的0＃滤池比进水中不投加DEHP降解菌的1＃滤池出水DEHP平均浓度减少了3．38μg／L，平均去除率提高了3．38%。

在生物滤池中DEHP的去除方式有物理吸附和生物降解［15］。本实验所使用的DEHP降解菌是牛贵龙所纯化的具有高效降解DEHP功能的降解菌［9］。滤池进水中含有7．92mg／L的 COD和100μg／L的DEHP，滤池中会有一部分的异养菌和DEHP降解菌的存在。0＃滤池进水中投加的100mL DEHP降解菌以DEHP为有机碳源，提高了0＃滤池对DEHP的去除率。1＃滤池进水中不投加DEHP降解菌，该滤池中DEHP的去除主要是由于滤池的吸附和异养菌的降解。

图4 两座滤池中DEHP的变化情况

3 结 论

（1）在DEHP降解菌的投菌量为V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000滤池与不投加菌液的滤池对比可以发现，DEHP降解菌的投加使得硝化型BAF中出水亚氮平均积累率降低了11．23%，硝氮的硝化率增加了11．05%，但对氨氮的去除没有影响。推测出水亚氮积累率的降低是由于DEHP降解菌降解了硝化型BAF中的DEHP，减弱了DEHP对硝化型BAF的抑制作用。

（2）在DEHP降解菌的投菌量为V（菌液）∶V（污水）＝1∶1000滤池与不投加菌液的滤池中可以发现，DEHP降解菌的投加使得硝化型BAF中DEHP的平均去除率提高了3．38%。推测DEHP的去除是由于滤池的吸附、DEHP降解菌与异养菌的降解共同所造成的。

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