活性污泥对氯酚类污染物好氧降解时污泥毒性的形成及消减机理研究

The ecological hazard to soil caused by organic toxicity of sludge is an issue for sludge land disposal. The formation mechanisms and source removal of activated sludge organic toxicity via aerobic biodegradation of chlorophenols (4CP, 2,4,6-TCP, PCP) are taken as target in this research. In order to explore the sludge toxicity formation mechanisms, the influence of various chlorophenol loads to sludge toxicity will be analyzed, and the contrast between aerobic SBR and enrichment cultivation of chlorophenols aerobic biodegradation functional bacteria processes will proceed. According to the experiment results above, the factors contributing to organic toxicity formation and spatial distribution characteristics such as sludge properties (constitutes and structure), molecular configuration and original loads if chlorophenols, accumulation of chlorophenols biodegradation products and micro-organisms metabolite, and stress reaction of activated sludge will be investigated. Therefore, the activated sluge organic toxicity formation mechanisms will be explored. When effluent analytical indexes and sludge toxicity are evaluation criteria for the integral process including liquid and solid phases, the regulation of SBR treatment parameters as well as the addition of ecological flocculant will be integrated together to effectively remove chlorophenols and reduce sludge organic toxicity at source.

针对污泥土地利用的有机毒性问题，本研究以难降解、高毒性氯酚（4氯酚、2,4,6三氯酚、五氯酚）废水的好氧生物处理过程为对象，探索污泥有机毒性形成和源头消减机理。通过SBR活性污泥系统与菌群富集培养对照研究，从氯酚分子结构与负荷的构效与量效贡献度分析、氯酚生物降解过程中降解和代谢产物积累、活性污泥和氯酚降解功能菌应激过程、活性污泥结构及成分组成特性等方面，分析污泥有机毒性与微生物特性变化、氯酚降解过程、原水毒性有机物特性及污泥自身特性的相关关系，探索污泥有机毒性形成机制及空间分布特性。视水、泥相为整体系统，以化学分析指标和毒性双重指标为标准，以实现水相氯酚有效去除和泥相有机毒性抑制或消除为目标，通过强化活性污泥过程、通过调节水流特性和投加生态药剂来改善污泥特性，促进污泥毒性源头惰化和消减，并推导水-泥相整体系统毒性源头消减动力学模型，为同时实现水相氯酚去除和污泥毒性源头消减提供科学理论依据。

本研究以处理含氯酚（分别为四氯酚4-CP、三氯酚2,4,6-TCP和五氯酚PCP）模拟废水的好氧SBR系统为对象，考察在氯酚降解过程中的污泥毒性形成机制及削减模式。研究中分别考察了逐步驯化和冲击驯化的不同运行模式、不同进水氯酚负荷、不同氯酚废水类型及不同SBR参数等对污泥毒性形成的贡献及差异；通过分析优势降解菌群的构成、污泥酶活性及结构特性对污泥有机毒性的关系；并考察氯酚降解产物和污泥中菌群代谢产物积累对污泥毒性的贡献，从宏观和微观不同角度，剖析和揭示了污泥有机毒性的形成规律和机制，并通过宏观参数控制实现污泥毒性的源头削减。主要研究成果如下：.1. 三种不同氯酚对污泥毒性的大小顺序依次为PCP﹥2,4,6-TCP﹥4-CP。处理4-CP和2,4,6-TCP过程中的污泥毒性与空白组污泥毒性的差值与进水不同氯酚负荷间呈高度正相关性。相同进水氯酚负荷下，处理2,4,6-TCP的SBR污泥毒性比4-CP组的污泥毒性平均高出4.7%（30 mg/L）和5.9%（50 mg/L）。.2．不管是运行初期或者稳定期，单个SBR中的污泥毒性与吸附至泥相中的4-CP和2,4,6-TCP含量间无明显的相关性。通过4-CP和2,4,6-TCP的吸附与降解试验分析得知，除吸附至污泥中的氯酚会引起污泥毒性外，氯酚的降解过程对污泥毒性影响显著。.3. 相对于高负荷氯酚的冲击，经氯酚逐步驯化的活性污泥系统稳定性更高，耐受氯酚毒性的能力更强，故处理实际的难降解有机废水时，要避免高浓度污染物对活性污泥系统的冲击。.4. 当进水4-CP和2,4,6-TCP负荷均为10 mg/L，HRT由12 h缩短至8 h时，污泥毒性的削减显著。.5. 当HRT为12 h，处理10 mg/L进水4-CP和2,4,6-TCP的SBR处于稳定运行阶段时，污泥中分子量﹥10 K和10 K-500的有机物质量分数与污泥毒性间分别呈负和正相关性。相对于多糖，蛋白质对污泥毒性的贡献更为显著。.6. 降解4-CP和2,4,6-TCP过程中的污泥毒性与不同氯酚的分子结构特性有关。4-CP降解过程中的污泥毒性主要是由吸附至泥相中的4-CP和受4-CP冲击分泌的有毒次级代谢产物引起。然而，2,4,6-TCP降解过程中的污泥毒性主要是由吸附至泥相中的2,4,6-TCP以及代谢中间产物和受2,4,6-TCP冲击分泌的有毒次级代谢产物引起。