缺氧/好氧工艺降解短链壬基酚聚氧乙烯醚的菌群结构研究

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废弃的壬基酚聚氧乙烯醚(Nonylphenol Polyethoxylates,NPnEO)通过城市排水管网进入市政污水处理厂或自然水域,经排水管网中的微生物、污水处理厂中的活性污泥以及自然水域中微生物的降解后,转化为壬基酚二乙氧醚(NonylphenolMonoethoxylate,NP2EO)、壬基酚一乙氧醚(Nonylphenol Diethoxylate,NP1EO)和壬基酚(Nonylpheno,NP)等降解产物(本文中我们将NP2EO、NP1EO和NP统称为短链NPnEO)。这类物质对生物体具有雌激素活性,属环境激素类物质。
  大量有关NPnEO在城市污水处理厂和自然水域中降解过程的研究以及NPnEO对自然水域所造成的污染评价研究均表明NPEO2~0在污水处理厂的流出水和自然水域中具有普遍存在现象。目前关于NPnEO的无害化处理多集中在长链NPnEO的降解上,但其短链降解产物NPEO2~0应如何进一步处理,才是NPnEO无害化处理的关键问题。文献分析表明NP2EO、NP1EO与NP常常同时蓄积,且NP2EO和NP1EO的难降解性和发生蓄积的程度与NP相近。但在缺氧条件下NP2EO和NP1EO具有较高的NP转化率,而NP则在好氧条件下较容易降解,因此缺氧/好氧(Anoxic/Oxic,A/O)工艺可对NP2EO、NP1EO和NP进行同时降解。
  本研究采用A/O工艺,考察不同温度、水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)、污泥龄(Solids Retention Time,SRT)等运行参数下,系统对短链NPnEO的降解效果。实验结果表明A/O工艺对NP2EO、NP1EO及NP有很好的降解效果,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率在85%左右。当温度为40℃、HRT为9h、SRT为15d时,短链NPnEO的去除效果最好,去除率达到90%左右。
  研究还利用实时定量PCR(Real Time Polymerase Chain Reaction,Real timePCR)、变形梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Ectrophoresis,DGGE),荧光原位杂交(Florescence in situ Hybridization,FISH)等现代分子生物学技术,分析实验过程中不同运行参数下微生物菌群结构的变化。结果表明,在不同的运行参数下系统菌群结构有着明显的变化。从DGGE图谱可以看出,当温度为40℃、HRT为9h、SRT为15d时,条带数量最多且亮度最亮,说明在该条件下菌群种类最多,每种菌群的数量也最多,大大增强了系统对短链NPnEO的降解效果。这和短链NPnEO的去除呈现出相同的趋势。
  FISH法对β变形菌和γ变形菌数量的研究结果表明:整个运行过程中β变形菌的数量占到全菌的15%~30%,γ变形菌的数量占全菌的10%~20%。当温度为40℃、HRT为9h、SRT为15d时,变形菌数量最多,其中β变形菌占全菌的30%左右,γ变形菌占全菌的20%左右,系统对短链NPnEO和COD的去除效果最好。
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