二乙二醇丁醚(DGBE)好氧生物降解效果*

关 莹，裴晨鑫，韩慧丽

(江苏开放大学环境生态学院，江苏 南京 210019)

二乙二醇丁醚(DGBE)由于具有较高的沸点和较低的挥发速度，具有相当重要的工业价值，在工业上广泛用作硝化棉、清漆、印刷墨、油类、树脂等的溶剂及合成塑料的中间体等，但由于DGBE的生产和使用，使得部分行业如部分染料废水、有机光伏废水、清洁剂生产等废水中含有该种污染物质。DGBE本身具有低毒性，通过白鼠对DGBE的生育和发育毒性的研究表明，在一定浓度范围内DGBE不具有不良的健康影响，对小鼠的生育和生存能力无影响[1-2]，尽管如此，但也出现了新生儿体重较低和男性对饮水中DGBE相对女性更为敏感等研究现象[3]，所以DGEB对人类健康是否存在长期风险还有待考究。同时较高浓度的DGBE势必会对环境造成污染，对健康造成威胁，因此对于DGBE的降解研究确有必要。DGBE为醚类化合物，目前对于醚类污染物去除研究较多的主要集中在甲基叔丁基醚(MTBE)和多溴联苯醚(PBDEs)两个方面，对DGBE的处理研究报道甚少。但有学者针对DGBE的强效降解菌进行筛选，并考察了其对DGBE的降解效果[4]。因此笔者将以DGBE为研究对象，采用好氧活性污泥法对其进行降解，考察其在传统生物法条件下的去除效果。

1 实 验

1.1 生化呼吸曲线

生化呼吸线法是以时间为横坐标，以耗氧量为纵坐标做出的一条曲线[5-6]。其原理是在活性污泥中微生物处于内源呼吸状态时，以待研究污染物为唯一供给碳源与活性污泥混合，在密闭条件下监测反应过程中溶解氧的变化，根据呼吸曲线的位置关系判断污染物的可生化性。具体实验装置如图1所示，实验步骤如下：

(1)内源呼吸线：加入一定浓度的活性污泥150 mL和自来水100 mL，密闭后在恒定温度条件下开始搅拌，溶解氧仪测定其中溶解氧的变化值，每隔5 min读数一次，记录对应时间下的溶解氧值，以时间做横坐标，耗氧量做纵坐标做出内源呼吸线。

(2)生化呼吸线测定：加入一定浓度的活性污泥150 mL和一定浓度的DGBE溶液100 mL，重复①中操作，记录对应时间下的溶解氧值，以时间做横坐标，耗氧量做纵坐标在同一坐标系中做出生化呼吸曲线。

(3)比对分析两条呼吸线。

图1 生化呼吸曲线测定装置图Fig.1 The device of biochemical respiration curve

1.2 好氧降解烧杯实验

根据二乙二醇丁醚的COD当量值(2.17 kg COD/kg C8H18O3)配置一定浓度的DGBE模拟废水，采用烧杯实验，将废水和一定浓度的好氧污泥在烧杯中混合，并投加一定比例的N、P元素，曝气反应一段时间，测定出水COD值。本次实验中分别考察了500 mg/L和1000 mg/L两种浓度条件的降解效果，每个试样中再加入150 mL水样和50 mL的好氧污泥(试样中污泥浓度约2500 mg/L，在25 ℃室温下曝气2 d，取清液，留样进行COD测量。

1.3 SBR多批次进水DGBE降解实验

采用SBR反应器驯化活性污泥一定时间后，以一定浓度的DGBE模拟水样为主要碳源，开始进水，考察SBR活性污泥法对DGBE的降解效果。实验过程中，分批多次进水，对进出水及不同时间段水样的COD值进行测定分析，考察SBR多次连续进水后的DGBE降解效果。

1.4 分析方法

溶解氧DO测定采用的是美国哈希溶解氧快速测定仪(HQ30D)。采用快速消解法测定水样化学需氧量COD，水样测试前利用0.44 μm水系滤膜过滤，根据公式(1)计算水样COD值。

COD=(V0-V1)C×8×1000/V

(1)

式中：C——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L

V0——滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL

V1——滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL

V——水样的体积，mL

2 结果与讨论

2.1 DGBE生化呼吸曲线

图2 生化呼吸线Fig.2 Biochemical respiration line

实验中分别考察了1500 mg/L和3000 mg/L两种浓度DGBE的生化呼吸曲线，实验结果如图2所示。

通过图1中可以看出，1500 mg/L和3000 mg/L两种浓度条件下，活性污泥对溶解氧的消耗量都快于活性污泥的内源呼吸消耗量，由此可以说明在以上两种浓度条件下DGBE模拟水样对活性污泥中的微生物不存在抑制作用，同时可以看出随着DGBE浓度的升高氧气的消耗速率加快，说明在该实验条件下微生物可以将DGBE作为碳源进行代谢。

2.2 DGBE好氧降解烧杯实验

进水COD:N:P按照100:5:1配制，N源采用NH4Cl，P采用Na2HPO4·12H2O添加，具体进水水质情况如表1所示。采用烧杯实验，将活性污泥和DGBE模拟废水曝气反应时间2 d，之后对COD降解效果进行分析，具体出水情况如表2所示。

表1 进水水质指标Table 1 The water quality indicators of inflow

表2 出水水质指标Table 2 The water quality indicators of effluent

实验结果表明，当曝气停留时间为2 d，好氧进水COD为1168 mg/L时，出水COD为293 mg/L，COD去除率达到了74.9%，但当进水COD浓度提高至2453 mg/L时，COD去除率为45.2%。实验发现，相同的停留时间，当DGBE浓度升高时其出去率降低，考虑可能需要延长曝气时间。当停留时间延长至4 d时，COD浓度在1168 mg/L、2453 mg/L时，出水COD均在300 mg/L以下。好氧COD降解容积负荷在0.4～0.5 kg/(m3·d)左右。由此可见好氧生物法对DGBE有一定的处理效果，但存在停留时间较长和去除率较低的问题。

2.3 SBR多批次运行降解效果分析

图3 反应器进水COD值随时间的变化图Fig.3 Diagram of COD value of inflow changing with time

在SBR反应器内将活性污泥培养成熟，并对活性污泥的MLSS和SV%进行测定，分别为3955 mg/L和28%，活性污泥浓度较高，活性污泥沉降性能较好。按照COD 0.25 kg/L的容积负荷进行模拟废水的配置和反应器配水，根据DGBE的COD当量值2.17 kgCOD/kgC8H18O3配置500 mg/L DGBE溶液，开始向SBR反应器中多批次进水。运行一段时间后SBR反应器出水COD基本稳定，连续20 h监测SBR反应器出水COD值，具体情况如图3所示。由图3可以看出，随着反应时间延长COD逐步降低，COD含量由起初的1038 mg/L降低至约809 mg/L，反应时长20 h内总体去除率约为22%，该时间段内好氧COD降解容积负荷约为0.27 kg/(m3·d)。从COD去除效果来看，在连续运行状态下容积负荷和去除率有所降低，这可能是由于在烧杯实验过程中反应时间短和进水量少，部分有机物吸附在活性污泥表面。连续运行状态下对DGBE仍有一定的去除效果，但存在去除速度较慢，容积负荷较低的问题。

在以上条件下运行一段时间后，SBR反应器出水出现了浑浊的现象，同时通过测定发现活性污泥浓度降低MLSS由之前的3955 mg/L降低至2905 mg/L，SV%由28%降至19%，并且通过肉眼观察活性污泥矾花变小，污泥颗粒细小。从运行结果来看好氧活性污泥法对DGBE有一定的降解效果，但由于DGBE具有低毒性，在长时间运行条件下可能对微生物的活性仍然存在一定的抑制作用。

3 结 论

好氧微生物法对DGBE具有一定的降解能力，但通过实验可以看出好氧生物法对DGBE的降解负荷较低，降解速度较慢，在DGBE高浓度进水情况下COD去除率较低，并且在长期连续运行的条件下出现了出水浑浊、MLSS降低和活性污泥颗粒细小等异常问题，由此推测由于DGBE本身具有低毒性，以DGBE为唯一碳源长期运行条件下，可能对微生物仍具有一定的抑制作用。因此后续研究可能考虑采用厌氧+好氧法联合处理DGBE模拟废水，考察其降解效果，并且考虑共代谢条件下的DGBE好氧降解效果的研究。