专利名称：一种以2,4-二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧颗粒污泥培养方法
一种以2, 4- 二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧颗
粒污泥培养方法本发明涉及一种具有氯酚降解功能的好氧颗粒污泥培养方法，属于环境保护与资 源综合一水污染防治领域。
背景技术：
氯代酚类化合物对许多微生物具有抑制毒害作用，在环境中难以被微生物分解， 是一类难降解有机物。随着此类物质在农药、医药、造纸、防腐剂等工业中的广泛应用，也产 生了严重的环境问题。目前，氯酚废水的治理方法主要有物理吸附、化学氧化、光降解和生 物降解。生物技术以成本低、操作简单，而受到广泛关注。为了提高微生物对氯酚的耐受能 力，氯酚废水的生物处理普遍采用了微生物聚集或附着生长的生物膜反应器。这类反应器 虽然增加了系统抗毒性负荷冲击能力，但填料的投加无疑增加了投资和运行成本。能否利 用微生物的自聚集生长形成好氧颗粒污泥并利用其处理氯酚废水，值得深入研究。好氧颗粒污泥是多种微生物形成的聚集体，它以生物密度高、代谢活性强、沉降性 好、抗有毒有害物质负荷冲击能力强而受到国内外环境保护研究人员的普遍关注。目前，好 氧颗粒污泥主要是以实验室模拟废水通过长期培养得到，废水普遍采用葡萄糖、乙酸盐、乙 醇、蔗糖等相对比较简单且容易被微生物利用的物质作为碳源。在这种条件下所获得的好 氧颗粒污泥虽然在去除一般有机物、脱氮除磷方面显示出良好特性，但很难应用到有毒有 害特殊污染物的去除，特别是氯酚废水的治理方面。为了将好氧颗粒污泥技术应用到氯酚废水治理中，一些人开始研究降解氯酚的好 氧颗粒污泥培养技术。Wang等(2008)在间歇培养反应器中以1000mg/l葡萄糖为主要碳 源，50-100mg/12，4-二氯酚(2，4_DCP)作为辅助碳源培养得到了降解2，4-DCP的好氧颗粒 污泥。Carucci等(2009)利用1000mg/l乙酸钠把活性污泥培养成颗粒污泥后，再利用乙 酸钠(1000mg/l)和4-氯酚(< 50mg/l)为混合碳源培养出降解4-氯酚的好氧颗粒。好 氧颗粒的形成往往需要较高的有机负荷，而较高的氯酚浓度会对微生物产生抑制毒害从而 影响其聚集生长。因此上述研究采用易降解基质培养出好氧颗粒污泥后，再用氯酚逐步驯 化，或利用氯酚与易降解基质为共同碳源培养好氧颗粒污泥。这些培养方法一方面对易降 解有机碳源消耗量大，另一方面，氯酚的长期投加增加了操作人员与氯酚接触时间和风险。 此外，这种方式培养出的好氧颗粒对含多种氯酚废水及高浓度氯酚废水的处理能力往往比 较差。鉴于上述降解氯酚好氧颗粒污泥培养方法存在的不足，我们提出一种利用2， 4-二氯苯氧乙酸(简称2，4-D)作为替代碳源培养降解氯酚的好氧颗粒污泥的方法。2,4-D 是世界上广泛使用的除草剂之一。与氯酚相比，2，4-D毒性相对较弱，微生物对其具有相 对较强的耐受和分解能力。由于2，4-D好氧生物降解过程中会产生2，4_ 二氯酚，因此2， 4-D降解菌往往同时具有氯酚降解功能。利用2，4-D为碳源培养氯酚降解好氧颗粒污泥的 方法，一方面避免了易降解碳源的大量使用，节省了碳源；另一方面，可综合利用杀虫剂生 产中产生的2，4-D废水，以废治废，因此具有良好的环境与经济效益。此外，该方法培养出的好氧颗粒结构稳定，对氯酚利用范围广，耐受能力强，对于推动好氧颗粒污泥技术在氯酚 废水治理方面的应该具有重要的实践意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高效、安全、经济的氯酚降解好氧颗粒污泥培养方法。 该方法以毒性相对较弱有机化合物2，4-D作为氯酚降解好氧颗粒培养过程中的碳源物质， 通过好氧颗粒的初期培养和好氧颗粒氯酚驯化，可培养出对氯酚具有高效降解性能、结构 稳定的好氧颗粒污泥。本发明解决其技术问题所采用的方案是向培养好氧颗粒污泥的生物反应器内接 种种泥，以2，4_D和葡萄糖为碳源进行好氧颗粒污泥的初期培养，然后以2，4-D为主要碳 源、少量氯酚为辅助碳源进行好氧颗粒的氯酚驯化，全过程采用序批式(SBR)运行模式，即 可获得对氯酚具有良好降解功能的好氧颗粒污泥。接种的种泥为污水处理厂的曝气池或二沉池的活性污泥，或是用易降解碳源(如 葡萄糖、淀粉、乙酸钠等)培养至成熟或半成熟状态的好氧颗粒污泥。反应器内初始污泥接 种量控制在4-8g MLSS/1。好氧颗粒的初期培养采用2，4_D与葡萄糖为碳源的混合基质废水，进水2，
4-D浓度逐渐增加，葡萄糖浓度逐渐减少，2，4-D浓度范围为50-600mg/l，葡萄糖浓度为 0-1000mg/l，控制系统容积负荷1. 5-1. 8kgC0D/m3 · d，培养时间20-40天。氯酚驯化阶段以2，4-D为主要碳源，氯酚为辅助碳源，2，4-D进水浓度控制在 400-600mg/l，每种氯酚浓度控制在5_30mg/l，控制系统容积负荷1. 2-1. 5kgC0D/m3 · d，驯 化培养15-30天。全过程采用序批式(SBR)运行模式，运行周期4-8h，其中进水10-30min，沉降
5-15min，排水10-30min，其余为曝气时间。曝气强度2-31/min，培养温度20_30°C有益效果(1)本发明提出了利用微生物毒性相对较弱的化合物2，4_D为替代碳源培养具有 氯酚降解功能的好氧颗粒污泥方法，该方法避免了一般好氧颗粒培养过程中易降解碳源 的大量使用，节省碳源，减少了与有毒有害物质的接触风险，具有良好的环境与经济效益。(2)利用本发明方法培养的好氧颗粒污泥不仅对氯酚降解能力强，且沉降性好，结 构稳定。
图1好氧颗粒污泥培养反应器图2降解氯酚好氧颗粒扫描电镜3好氧颗粒对2，4_D及几种氯酚的降解特性
具体实施例方式(1)接种种泥将取自污水处理厂的活性污泥或以易降解碳源培养至半成熟或成 熟状态的好氧颗粒污泥沉降，弃上清液，加入新鲜无机盐培养液，空曝l_3h，使种泥中吸附 的有机物充分代谢，再次沉降，将浓缩污泥加入到生物反应器内，控制初始污泥接种量为4-8g MLSS/L。(2)好氧颗粒初期培养以2，4_D和葡萄糖为碳源配水，2，4_D浓度范围为 50-600mg/l，葡萄糖浓度为0-1000mg/l，运行过程调整进水2，4_D浓度逐渐增加，葡萄糖浓 度逐渐减少，系统控制容积负荷1.5-1.8kgC0D/m3*d，按照C N P = 100 5 1向配 水中加入氮、磷等营养元素，并补充一定量微量元素。启动反应器并采用SBR方式运行，运 行周期6-8h，其中进水10-30min，沉降15min，排水10-30min，其余时间为曝气时间，曝气强 度2-31/min，反应温度20-30°C。培养过程监测污染物去除指标和污泥沉降性指标，当二指 标相对稳定时调整进水工况。运行5-10天后将沉降时间减少到5min，其余条件不变。培养 时间20-40天。(3)好氧颗粒氯酚驯化当培养的好氧颗粒能够以2，4_D为唯一碳源稳定运行后， 以2，4-D为主要碳源，待处理的目的氯酚(一种或多种)为辅助碳源配水，2，4-D浓度控制 在400-600mg/l，每种氯酚加入浓度控制在5_30mg/l，控制系统容积负荷1. 2-1. 5kgC0D/ m3.d。上述氯酚包括2-氯酚、4-氯酚、2，4-二氯酚、2，4，5-三氯酚、2，4，6-三氯酚、2，3，4， 6-四氯酚和五氯酚。启动反应器，采用序批方式运行，运行周期4-6h，其中进水10-30min， 沉降5min，排水10-30min，其余时间为曝气时间。其它运行条件同上。培养15-30天即可 获得对氯酚具有良好降解性能、结构和功能稳定的好氧颗粒污泥。为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例实例利用2，4-D为碳源培养氯酚降解好氧颗粒污泥(1)生物反应器反应器由有机玻璃制成，高100cm，内径8cm，有效体积5L。空气 由气泵通过反应器底部中央安装的一个微孔曝气头进入反应器，形成的气流推动反应器内 液体和颗粒污泥向上运动，出水口位于反应器中部。反应器的进水、曝气、沉降和排水时间 均由时间继电器自动控制。整个实验装置如图1所示。(2)接种污泥取某城市污水处理厂二沉池活性污泥，沉降30min，去除上清液，添 加新鲜无机盐培养液，空曝2h，再次沉降30min后去除上清液。将浓缩后的污泥加入到反应 器内。控制反应器中初始污泥浓度大约为5gMLSS/l。(3)好氧颗粒污泥的初期培养配制人工合成废水，碳源由2，4_D和葡萄糖共同 提供，2，4-D浓度逐渐增加，葡萄糖浓度逐渐减少，进水2，4-D/葡萄糖比例分别为50/600， 100/550，200/450，300/350，400/250，500/150，600/0。废水中其它成分为(mg/1) =NH4Cl, 500 ；NaCl, 100 ；CaCl2,10 ；MgCl2,45 ；FeCl3,40 ；KH2PO4,1350 ；K2HPO4,1650，微量元素。微 量元素配方为(g/L) =H3BO3,0. 05 ；ZnCl2,0. 05 ；CuCl2,0. 03 ；MnSO4 ‘ H2O(NH4)6jO. 05 ； Mo7O24 · 4Η20，0· 05 ；AlCl3,0. 05 ；CoCl2 · 6Η20，0· 05 ；NiCl,0. 05。反应器以 6h 为一个周期运 行，其中包括IOmin进水，220min曝气，5min静止，5min排水。水力停留时间(HRT)为8h， 容积负荷为0. 96-1. 8KgC0D/(m3 · d)，交换率为50%，曝气量大约21/min，温度为室温。反 应器运行期间监测进水、出水、反应器中混合液的PH，进出水COD，MLSS、SVI，显微镜下观察 污泥生长情况，根据情况调整进水COD、pH等。32天后培养出能够以2，4-D为唯一碳源的 好氧颗粒污泥。 (4)好氧颗粒氯酚驯化好氧颗粒污泥初期培养阶段结束后，以含2，4-D、4-氯酚(4-CP)、2，4-二氯酚(2,4-DCP)和2，4，6_三氯酚(2，4，6_TCP)混合基质废水继续进 行好氧颗粒污泥的驯化培养，配水中2，4-D浓度为350-425mg/l时，4-CP为4_10mg/l，2， 4-DCP19-26mg/l，2，4，6-TCP 3. 7-lOmg/l。废水中其它组分同上。仍然采用SBR运行方式， 每个周期4-6h，其中包括IOmin进水，5min静止，5min排水，其它时间为曝气。其它反应条 件同上。经过20天的驯化，获得了结构稳定、并且对氯酚具有高效降解性的颗粒污泥，其对 废水中的2，4-D及三种氯酚的去除率达到95%以上。在一个运行周期内，培养的好氧颗粒 对2，4-D及三种氯酚的降解特性如图3所示。驯化阶段颗粒一直保持着良好的颗粒形态与 性能，颗粒粒径稳定在500 士 50 μ m。扫描电子显微镜(SEM)观察结果发现(图2)，颗粒表 面主体是致密的、整齐，以球菌和杆菌为主，并存在大量胞外聚合物。
权利要求
一种以2，4 二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧颗粒污泥的培养方法，其特征在于以活性污泥或成熟、半成熟状态的好氧颗粒污泥为种泥，以2，4 二氯苯氧乙酸替代氯酚作为好氧颗粒污泥培养的碳源物质，首先通过2，4 二氯苯氧乙酸与葡萄糖为碳源进行好氧颗粒污泥的初期培养，再以2，4 二氯苯氧乙酸为主要碳源、氯酚为辅助碳源对好氧颗粒污泥进一步驯化，即可获得对氯酚具有高效降解性能、结构稳定的好氧颗粒污泥。
2.根据权利要求1所述的一种利用2，4-二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧颗 粒污泥的培养方法，其特征在于所述的活性污泥是指来自城市污水处理厂的悬浮状态活 性污泥，成熟或半成熟状态的好氧颗粒污泥是指以易降解碳源培养至成熟或半成熟状态的 好氧颗粒污泥，污泥初始接种量为4-8gMLSS/l。
3.根据权利要求1所述的一种利用2，4_二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧 颗粒污泥的培养方法，其特征在于所述的好氧颗粒污泥的初期培养，是以2，4_ 二氯苯氧 乙酸和葡萄糖为共同碳源，培养过程控制进水2，4- 二氯苯氧乙酸浓度逐步增加(从50mg/ 1增加到600mg/l)，葡萄糖浓度逐步减少(从1000mg/l减少到Omg/1)，控制容积负荷 1. 5-1. 8kgC0D/m3 · d，培养时间 20-40 天。
4.根据权利要求1所述的一种利用2，4-二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧颗 粒污泥的培养方法，其特征在于所述的好氧颗粒氯酚驯化，是以2，4_ 二氯苯氧乙酸为主 要碳源，氯酚为辅助碳源，2,4- 二氯苯氧乙酸进水浓度控制在400-600mg/l，每种氯酚浓度 控制在5-30mg/l，控制容积负荷1. 2-1. 5kgC0D/m3 · d，培养时间15-30天。
5.根据权利要求1所述的一种利用2，4-二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧颗 粒污泥的培养方法，其特征在于所述好氧颗粒的培养与驯化，反应器采用序批方式运行， 运行周期4-8h，其中进水10-30min，沉降5-15min，排水10-30min，其余为曝气时间。曝气 强度约2-31/min，培养温度20_30°C。
全文摘要
本发明公开了一种以2，4-二氯苯氧乙酸为替代碳源的降解氯酚好氧颗粒污泥的培养方法，以活性污泥或成熟、半成熟状态的好氧颗粒污泥为种泥，以2，4-二氯苯氧乙酸替代氯酚作为好氧颗粒培养的碳源物质，通过2，4-D与葡萄糖为碳源进行好氧颗粒污泥的初期培养，再以2，4-D为主要碳源、氯酚为辅助碳源进行好氧颗粒污泥进一步驯化，即可获得对氯酚具有高效降解性能和结构稳定的好氧颗粒污泥。该方法避免了一般好氧颗粒培养过程中易降解碳源的大量使用，节省碳源，减少了与有毒有害物质的接触风险，还可以以废治废，具有良好的环境与经济效益。
文档编号C02F3/12GK101935103SQ20101026917
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者全向春, 杨志峰, 马景赟 申请人:北京师范大学