颗粒污泥体系中多溴联苯醚微生物降解过程解析

多溴联苯醚（PBDEs）属于新POPs，目前仍在大量生产和使用，其已成为重要的环境污染物。在前期验证颗粒污泥降解PBDEs的基础上，本课题基于国内外脱溴技术的科研成果，筛选因子对颗粒污泥反应器进行驯化，研究以颗粒污泥为载体的PBDEs降解过程，探讨强化生物脱溴技术，以明确该过程中PBDEs的降解途径，构建PBDEs降解动力学；拟合微生物生长和基质利用动力学，揭示微生物、目标污染物和反应器性能的相互关系；借助分子生物学手段解析微生物群落结构，从而更加深入地理解颗粒污泥处理PBDEs的操作条件及相应机理，可以超越纯菌环境而在颗粒复杂微生态系统中实现对废水中传统污染物和微量PBDEs的有效降解。主要研究内容包括：（1）颗粒污泥培养驯化及PBDEs降解强化研究；（2）颗粒污泥体系中PBDEs微生物降解过程研究；（3）特征微生物生长和基质利用动力学模拟；（4）颗粒污泥体系中微生物群落分析。

本项目主要进行了颗粒污泥培养驯化、厌氧颗粒污泥与多溴联苯醚相互作用、好氧颗粒污泥与多溴联苯醚相互作用和面向微生物强化脱溴的纳米材料等研究。提出了一种强化颗粒化的方法，该方法使用失活产甲烷颗粒在3个月内完成颗粒反应器的启动。厌氧颗粒污泥和十溴联苯醚（DBDE）的接触主要包含两种过程：非生物吸附和微生物降解。首先，活性官能团例如羧酸根离子、羟基离子、氨根离子通过静电作用或者氢键与污染物作用，从而拉近了厌氧微生物和DBDE分子的距离。FTIR 和 XPS分析也证明了涉及官能团的变化。课题对厌氧颗粒污泥降解DBDE进行了大量的探究。通过分析得出代谢物的含量随着反应时间从10小时至24小时逐渐增加。GC-MS分析证实了代谢产物为六溴联苯醚。相关研究证明，DBDE的脱溴可能是低溴联苯醚的重要来源，但是这个过程是极其缓慢的，可能需要几个月甚至几年。本研究使用混合厌氧细菌在10小时内生成六溴联苯醚。课题研究了好氧颗粒污泥体系中DBDE的去除过程。结果表明，从废水中去除DBDE主要是通过好氧颗粒污泥的吸附作用。吸附量随着温度、接触时间、污泥用量增加和溶液的pH值下降而增加。溶液的离子强度对好氧污泥的DBDE吸附产生负面影响。好氧颗粒对DBDE的吸附的是化学吸附过程，修改后的伪一级动力学模型适于描述该过程的吸附动力学。采用BDE 15作为低溴代的多溴二苯醚代表进一步研究好氧颗粒污泥的生物降解能力。PBDE降解过程中释放了一定量的溴。随着BDE 15的降解，仅60％的化学计量学溴化物浓度（理论最大溴化物浓度）被回收。通过研究我们发现微生物降解PBDEs存在两个致命缺点：降解速率慢和降解产物毒性高。而零价铁可以弥补微生物降解速率慢的不足，同时可以得到更低溴代产物，可为完全脱溴，乃至彻底矿化无毒化提供可能。本课题进行了微米零价铁和纳米零价铁强化生物脱溴的前期研究工作，可为污染彻底修复提供技术依据。本项目研究按照研究计划执行，完成了研究计划内容，达到了预期的研究目标。在项目的资助下，在国际期刊发表论文9篇，授权国内实用新型专利1个。