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两段式厌氧固定床反应器处理含愈创木酚废水的研究摘要：对两段式厌氧固定床反应器处理含愈创木酚废水的特性进行了研究。试验结果表明，当水力停留时间(HRT)为24 h时，废水中的4种愈创木酚几乎完全被去除。在处理过程中,两个反应器内微生物的群落结构没有明显的变化。关键词：厌氧处理；愈创木酚；固定床反应器1简介传统上，关注纸浆和造纸行业的排放一直侧重于纤维沉积和氧气的缺乏。然而，近几年，兴趣已经转向了在废水中有机氯化物对环境的影响，由于纸浆漂白是用含氯的化学品进行漂白的。许多低分子有机氯化物众所周知是有毒的，生物积累，引起诱变并且具有持久性。因此重要的是避免将这些化合物释放到环境中。采用曝气活性污泥处理工艺的传统好氧生物处理通常用于纸浆和造纸厂以消除生化需氧量（BOD）的排放。这种处理方法也去除了可吸收有机卤化物的一个重要组成部分。这种可吸收有机卤化物的去除率的变化范围在20%60%之间，已经众所周知。然而，好氧生物处理通常对多氯联苯化合物有负面的影响。在有氧条件下，愈创木基和苯酚能被甲基化成相应的苯甲醚和邻苯二甲醚。其是更对生物降解有抵抗力和在鱼的体内生物积累具有更高的潜力。许多挥发性氯代有机化合物，如氯仿，很可能是从废水被去除的，而不是生物降解，从而导致这些化合物无节制的排放进入环境。研究厌氧处理厂的漂白废水表明这种处理方法相比，好氧处理有几个方面的优势：多氯氯酚被去除重要的是，较高的可吸收有机卤化物去除率和植物毒性氯酸盐的去除。此外，厌氧处理应该是一个比好氧处理去除生化需氧量更具有显著成本效益的方式，它提供一种将有机物有效的转换成沼气的方式，这种转换可以维持在过程中。2材料与方法2.1含有愈创木酚的综合废水综合废水包含4-CG, 4, 5-DCG, 4, 5, 6-TriCG, 和 TeCG的混合物。废水中提供0.2克酵母菌，0.1克NH4Cl, 27 毫克 KH2PO4, 25毫克MgSO47H2O,11.3 毫克 CaCl2, 2.8 毫克FeSO4H2O, 5.5毫克 MnCl2H2O, 0.68毫克 ZnCl2, 1.2 毫克 CoCl26H2O,1.2 毫克 NiSO44H2O, 0.025 毫克Na2MoO42H2O 和 0.026毫克Na2SeO35H2O 。在综合废水中所有四个愈创木酚集中在一起的大小为0.05毫米。作为电子供体的葡萄糖作为厌氧脱氯使用。这种化合物添加到综合废水中，其数值相当于每升水中1000毫克COD的量2.2厌氧消化污泥厌氧消化污泥来源于在韩国的大田污水处理厂的3500m3的厌氧消化反应器（运行了10年的水力停留时间为25天）。污泥储存在4 在不透气的塑料容器，有效期最长时间为5个月。在试验中，每升厌氧污泥中17.4克的挥发性悬浮固体被消耗。2.3反应器的设计和运行两个相同的反应器（R1和R2），作为厌氧固定床反应器和聚氯乙烯的构造，被用于研究中。每个反应器的直径为7.0厘米，从进口到出口的高度为48.0厘米。这提供了1.4升的一个有效的反应器容积。实验的同时，污泥深度约为34.0厘米。在水力停留时间内操作反应器，主要依据于12或者24小时内液体的流量，控制于室温30C。漂白工业废水的PH值被监测并且用硫酸将PH值调整到7.5。反应器内充满了陶瓷球（直径约为5毫米），支撑中期的厌氧消化污泥。废水通过提升泵到达系统。最初，该反应器接种了厌氧消化污泥，然后启动并且以很低的进水速度运行了一星期（水力停留时间=48小时），使污水适应固定床厌氧反应器。2.4核酸提取和16sDNA的PCR扩增技术DNA被热的十二烷基硫酸钠所提取，并且使用苯酚-氯仿-异戊醇（25：24：1）将其纯化，随后采用酒精沉淀法；取大约100mg(鲜重)污泥，采用Oelmuller等的方案。适合DGGE分析的16S核糖体DNA片段使用两个不同的引物对于不同的进化谱系（表1）；一个化合物被用于细菌范围的一部分，另一个化合物被用于古菌的一部分。PCR产物的长度分别是585和624bp。最近，研究人员发现细菌引物组成的341F和907R此处提供了最可靠的结果。PCR扩增条件用于细菌引物以前曾被Muyzer等描述过。为了增加古菌基因，我们使用触地得分方案，20个周期，温度从71到61 ；退火温度每两个周期降低1。 这一程序之后， 15个额外周期在退火温度为61。除了最初的变性步骤(94 ，5 分钟)，变性和退火阶段的步骤是1分钟长，而大多数聚合阶段步骤是3分钟长(唯一例外的是最后周期，10分钟长)。表1 本研究中使用引物的序列、目标点和特征2.5 DGGE技术分析PCR产物DGGE被置于在恒定电压200伏的电压下4小时。大约600纳克的PCR产物存放依然良好。电泳之后，这些凝胶被核酸染色所包裹，用宝利来相机的紫外透拍摄下来。2.6愈创木酚和固体悬浮物的分析正己烷提取物的乙酰样本，然后被注入气相色谱仪，对氯化木酚进行分析。所有的气相色谱实验被实践，通过一个配备了火焰离子化检测器的的惠普5890系列模型 的设备。起初的烤箱温度一分钟升高100，然后温度以6 /分钟的速度增加，最后温度达到260。 注射端口，探测器的温度分别在275 。氦气以30毫升每分钟的流速作为载体气体。悬浮物根据标准方法确定。2.7化学品在漂白工厂的废水中通常以相当高的浓度愈创木酚进行了分析，并作为处理污水的指标。愈创木酚来源于螺旋生物（哥伦比亚，新西兰，BC，加拿大）。其他的化学品是试剂级的并且购买于通常的商业来源。99.999%高纯度的氮气未经过任何处理就使用了。图1在两阶段厌氧固定床反应器中TeCG(A) 图2在两阶段厌氧固定床反应器中4，和4，5，6-TrCG(B)的去除率 5-DCG(A)和4-CG(B)的去除率3结果和讨论水力停留时间（HRT）是影响生物反应器的效率最重要的因素。为调查愈创木酚的生物降解效率来反映水力停留时间的差异，包含愈创木酚的综合废水不断的被注入两段式厌氧固定床反应器，水力停留时间时间的变化范围24小时到12小时。在操作时期的PH值保持不变，在7.0和8.0之间。如图一和图二所示，4,5,6-TriCG 和 4,5-DCG的去除率超过百分之九十以上，而在图一中显示TeCG a和4-CG的不稳定的去除率。然而，在图二中所有的愈创木酚几乎完全被去除了。两周后，水力停留时间从24小时减少到12小时四种类型的愈创木酚的总负荷率是42.1克每立方米每天。在此期间，虽然4,5,6-TriCG 和 4,5-DCG也被完全去除了，而TeCG的完全去除几乎不能实现。然而，再次将停留时间增加到24小时，愈创木酚的去除效率很快就恢复了。在两段式厌氧固定床反应器系统中的愈创木酚的去除率按下列顺序排列：4,5-DCG4,5,6-TriCG4-CGTeCG。这是从批次实验中根据得出的结果。从这些实验可以得出这样的结论：厌氧固定床反应器是一种有效处理废水中的愈创木酚的的处理方法。然而，最后的污水应该进行深层的处理。如一种好氧工艺去完全消除残余部分的愈创木酚源性代谢物。Haggblom 和Salkinoja-Salonen处理牛皮纸漂白废水的厌氧流化床，并获得愈创木酚（TeCG, 3,4,5-TriCG, 4,5,6-TriCG, and 4,5-DCG ）16 61 的去除率。Parkeret al. 也研究去除愈创木酚从牛皮纸厂漂白废水的植物适应厌氧污泥床反应器。在存在共同的羟基的甲醇和乙醇，毒性去除率约为93 和65 左右在没有共同的基团。在同一项研究中，4愈创木酚，4，5非愈创木酚，和4，5，6愈创木酚在共同基团存在下几乎完全被去除(95%)。从微生物群落结果污泥中提取两段式厌氧固定床反应器中愈创木酚废水，16s 核糖体DNA片段进行了PCR_DGGE的分析。PCR - DGGE的分析没有显示显著差异的古微生物群落结构之间的污泥研究（图3 ） 。额外的波段从R2图的污泥相比，新的污泥被发现真菌群落。图3 新鲜污泥的16S rDNA片段的DGGE