四氢呋喃对淡水、污水和活性污泥的生态毒理效应及其生物降解

论文摘要

本文以贴沙河水（取自杭州市自来水厂饮用水备用水源——贴沙河）、西湖水（取自杭州市西湖柳浪闻莺和涌金门处）、生活污水和活性污泥（污水和活性污泥分别为取自杭州市四堡污水处理厂曝气池的生活污水和二次沉淀沉池的回流污泥）为研究对象,以蒸馏水为对照,运用传统的溶氧和pH测定方法、微生物培养计数和生化酶活性测定方法,全面探讨了挥发性有机溶剂THF对淡水环境的生态毒理学影响、对城市污水处理过程的影响,以及驯化处理含THF污水活性污泥过程中活性污泥的可培养微生物和生化酶活性的变化过程。1、THF可显著的降低蒸馏水、贴沙河水、西湖水和污水中的溶氧,能使蒸馏水的pH明显下降,但对贴沙河水和西湖水的pH影响不显著,可使污水的pH显著升高,在较长的时间内对污水pH的变化趋势有影响。活性污泥的pH随THF浓度的增加和培养时间的延长而上升。由0～6 d和0～42 d试验期间THF对蒸馏水、贴沙河水和活性污泥中溶氧和pH的影响规律,可知活性污泥里含有能够耐受较高浓度THF的微生物,甚至存在能够降解THF的生物降解菌,但这些菌可能不是无THF活性污泥中微生物的主要种群。THF对蒸馏水中溶氧的影响不会随着时间的延长而改变,这表明在试验期间所没定的浓度范围内并不因THF的挥发而导致对蒸馏水溶氧影响程度的改变。即不同浓度THF作用下的贴沙河水、西湖水、污水和活性污泥溶氧变化是由于其中好氧性微生物受THF作用使呼吸强度发生改变而引起。不含THF 200 mL活性污泥的初始溶氧为3.1 mg·L-1,培养0～3 d期间随着培养时间的延长而上升,3 d时达到9.3 mg·L-1（比同一时间蒸馏水中溶氧还要高）,随后明显下降,这显示活性污泥中容易被降解和吸收利用的碳源已被消耗殆尽。培养4～6 d期间,溶氧大幅降低表明此时活性污泥中微生物开始利用吸附的难降解物质进行好氧呼吸作用。培养0～2 d期间,200 mL活性污泥中溶氧随着THF浓度的增加而降低,其它培养时间则无明显的规律。不含THF 2L活性污泥中初始溶氧为1.2 mg·L-1,且在0～6 d试验期间基本保持在1.3mg·L-1,表明0～6 d实验期间2 L污泥中存在较强的好氧呼吸过程。含有THF 2L活性污泥中溶氧在0～6 d试验期间均高于不含THF 2 L活性污泥中溶氧,且各THF浓度2L活性污泥中溶氧水平整体上随着THF浓度的增加而增加,但是相互之间的差异不显著。这说明THF对2 L活性污泥中好氧呼吸过程有较强的抑制作用。2、不同浓度THF对污水中可培养细菌、放线菌和真菌的抑制程度表明,细菌对THF的耐受性强于放线菌,放线菌强于真菌。THF对培养0～28 d污水中可培养细菌的抑制作用随着THF浓度的增加而增强,但随着培养时间的延长而减弱。培养35 d时,污水中可培养细菌的数量随着THF浓度(0.00～0.74 mol·L-1范围内)增加而上升。这暗示污水中存在有能够利用THF为碳源和能源的可培养细菌,并可以从中筛选THF生物降解菌。THF对污水中可培养放线菌的抑制作用随着THF浓度的增加而增强。浓度为0.06和0.25mol·L-1时,THF对污水中可培养放线菌表现出较强的刺激作用。浓度为0.99 mol·L-1时,污水中的可培养放线菌几乎被THF完全抑制。表明污水中可培养放线菌对THF的耐受性低于可培养细菌。低浓度(0.06 mol·L-1)的THF能够刺激污水中可培养真菌的增殖。THF对污水中可培养真菌的抑制作用随着THF浓度的提高而加强,但并未因培养时间的延长而减弱。THF对活性污泥中细菌、放线菌和真菌三种可培养微生物的数量均有极显著的影响,添加THF后导致活性污泥中细菌和放线菌的数量较原活性污泥中微生物数量下降了2个数量级,真菌的数量较原活性污泥中微生物数量下降了3个数量级。含有THF的活性污泥中,可培养细菌数量在培养第4周时出现峰值,可培养放线菌的数量在第3周时出现峰值,可培养真菌数量无明显峰值。含有THF活性污泥中可培养细菌和放线菌的数量出现峰值,且均比不含THF活性污泥中可培养细菌和放线菌的峰值晚1周出现。3、在选定的培养时间和浓度范围内,THF对污水中的磷酸酶、蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性没有抑制作用,反而有一定的刺激作用,这表明THF对污水中蛋白质、脂肪和淀粉等大分子有机污染物和含磷有机化合物的胞外分解过程产生没有显著影响。为驯化可处理含较高浓度THF污水的活性污泥,研究了不同浓度THF对取自城市污水处理厂二沉池回流活性污泥中脱氢酶、蛋白酶、磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶的较长时间的影响,根据y=a×logx+b计算THF和活性污泥中酶活性的回归方程,绘制了THF和活性污泥中酶活性的剂量-效应曲线。结果观察到THF可完全抑制活性污泥中脱氢酶的活性,对磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性有不同程度的抑制作用,但是对蛋白酶活性没有抑制作用。活性污泥中酶活性对THF的耐受性大小可排序为蛋白酶＞磷酸酶＞过氧化氢酶＞脲酶＞脱氢酶。THF对活性污泥中脱氢酶的活性的完全抑制可以解释为什么国内外尝试驯化处理含THF污水的活性污泥都失败的根本原因。4、经3代（每代培养1月）以THF为唯一碳源的无机盐培养基富集培养和7代连续划线分离,分离得到1株能够利用THF为唯一碳源生长的降解菌QFF3。对QFF3进行培养特征和16S rRNA序列测定,初步将该菌命名为泡状短波单胞菌（Brevundimonas bullata QFF3）。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 持久性有机污染物概况
• 1.1.1 持久性有机污染物的基本性质
• 1.1.2 持久性有机污染物的危害
• 1.1.3 环境中的持久性有机物
• 1.1.4 我国持久性有机污染物的基本情况
• 1.2 持久性有机污染物的水环境生态毒理学
• 1.3 四氢呋喃的基本特征、毒理学研究和生物降解
• 1.3.1 四氢呋喃的基本特征及其广泛应用
• 1.3.2 四氢呋喃的毒理学研究
• 1.3.3 四氢呋喃的环境去除
• 1.4 本文的研究内容、目的和意义
• 第二章 THF对淡水、污水和活性污泥中溶氧和PH的影响
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.2.3 试验设计
• 2.2.4 数据分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 THF对蒸馏水、贴沙河水、西湖水、污水和活性污泥中溶氧的影响
• 2.3.1.1 THF对蒸馏水中溶氧的影响
• 2.3.1.2 THF对贴沙河水中溶氧的影响
• 2.3.1.3 THF对西湖水中溶氧的影响
• 2.3.1.4 THF对污水中溶氧的影响
• 2.3.1.5 THF对活性污泥中溶氧的影响
• 2.3.2 THF对蒸馏水、贴沙河水、西湖水、污水和活性污泥pH的影响
• 2.3.2.1 THF对蒸馏水中pH的影响
• 2.3.2.2 THF对贴沙河水中pH的影响
• 2.3.2.3 THF对西湖水中pH的影响
• 2.3.2.4 THF对污水中pH的影响
• 2.3.2.6 THF对活性污泥中pH的影响
• 2.3 小结
• 第三章 THF对淡水中好气性可培养微生物的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 可培养微生物数量的测定
• 3.2.3 试验设计
• 3.2.4 数据分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 THF对贴沙河水中好气性可培养微生物的影响
• 3.3.2 THF对西湖水中好气性可培养微生物的影响
• 3.4 小结
• 第四章 THF对污水生物活性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.3 试验设计
• 4.2.4 数据分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 THF对污水中可培养微生物的影响
• 4.3.1.1 THF对污水中可培养细菌的影响
• 4.3.1.2 THF对污水中可培养放线菌的影响
• 4.3.1.3 THF对污水中可培养真菌的影响
• 4.3.2 THF对污水中酶活性的影响
• 4.4 小结
• 第五章 THF对活性污泥生物活性的影响
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.2.3 试验设计
• 5.2.4 数据分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 THF对活性污泥中可培养微生物的影响
• 5.3.4 THF对活性污泥中酶活性的影响
• 5.3.4.1 THF对活性污泥中脱氢酶活性的影响
• 5.3.4.2 THF对活性污泥中蛋白酶活性的影响
• 5.3.4.3 THF对活性污泥中磷酸酶活性的影响
• 5.3.4.4 THF对活性污泥中脲酶活性的影响
• 5.3.4.5 THF对活性污泥中过氧化氢酶活性的影响
• 5.3.4.6 统计分析结果
• 5.4 小结
• 第六章 一株能以THF生长的菌株的分离鉴定
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 试验材料
• 6.2.2 试验方法
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 菌株QFF3的形态特征
• 6.3.2 菌株QFF3的生长特征
• 6.3.2.1 菌株QFF3的耐盐性实验
• 6.3.2.2 菌株QFF3的THF耐受性实验
• 6.3.3 纯培养微生物的THF耐受性实验
• 6.3.4 菌株QFF3的生理生化特征
• 6.3.5 菌株QFF3的16S rRNA碱基序列及系统发育树分析
• 第七章 研究结论、创新点及展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 博士研究生学习期间论文发表和获奖情况