2020年给水排水工程文献翻译精品版

UASB厌氧生物反应器中的苯胺和对氨基苯磺酸下在反硝化条件下的命运

Raquel Pereira, Luciana Pereira*, Frank P. van der Zee, M. Madalena Alves

文章信息

文章历史：

收稿2010年3月31日

在收到经修订的形式

2010年6月22日

2010年8月15日

网上提供2010年8月25日

关键词：

生物降解

芳香胺

厌氧生物反应器

脱氮

摘要

我们用两个升流式厌氧污泥床（USAB）去调查苯胺磺化酸在脱氮条件下的命运。用料是由包含苯胺和对氨基苯磺酸的废水和挥发性脂肪酸所组成的。挥发性脂肪用作初级电子接收器。反应器1中包含一定化学计量数浓度的硝酸盐，反应器2中包含一定化学计量数的硝酸盐和亚硝酸盐混合物作为最终电子接收器。反应器1的结果证实了苯胺在脱氮条件下会被降解，但对氨基苯磺酸会保留。在反应器2中的流入溶液，由于亚硝酸盐的存在，促使了一个化学反应使芳香胺快速消失，同时生成一些黄色溶液。对流入溶液进行HPLC分析，显示出3个产物峰，主要的一个是在滞留时间（Rt）为14.3min，两个次要的是在Rt为17.2和21.5min。在污水中，Rt为14.3和17.2min的峰的强度十分低，而21.5min处的峰却增加到3倍。根据质谱仪分析，我们提出一些和产物相似的一些化合物的结构，这些化合物主要都是含氮化合物。脱氮活性鉴定显示出生物量是需要去适应有色产物的。但是经过3天的迟滞期，活性会恢复，甚至最终的N2和N2O产量比对照组还要高。

1 介绍

芳香胺是一种重要的工业化学物品。它在自然界中是一种重要的资源，同时也是工业化学中重要的产品。在油品精炼，多聚物分析，染料，粘合剂，橡胶，配药学，杀虫剂和炸药等领域有着重要的作用。

他的范围包括从最简单的苯胺到复杂的共轭芳香烃或是杂环结构和多重置换产物。在有氧情况下，微生物会通过还原切割氮氮双键来生物分解含氮化合物从而产生芳香胺。（(Pinheiro et al., 2004; van der Zee and Villaverde, 2005）

由于传统的污水处理技术不能处理它，不可避免的，它会保留在污水中，在处理过程中它潜在的毒性也需要考虑进去。因为大量的磺化含氮染料正在被应用，大量的磺化芳香胺会在有氧条件下形成，这些产物不能被轻易地分解，因此它是没有被处理的COD中的重要组成部分。对于有氧生物降解芳香胺现在有着大量的研究。（(Brown and Laboureur, 1983; Pinheiro et al., 2004; van der Zeeand Villaverde, 2005)，但是这些研究不能被应用于所有的芳香胺。特殊的磺化芳香胺是很难被降解的。（(Razo-Flores et al., 1996; Tan and Field, 2005; Tan et al., 2005)）

芳香胺在通常情况下很难被有氧分解。在很多被测试的不同的芳香胺中，只有很少的一部分

被降解。其中一些被羟基和羧基取代的样品中，在蚁酸化和硫酸盐还原的情况下可以被分解。通过有氧降解来分割含氮化合物，从而来降解芳香胺有一条缺点是一旦暴露在氧气中，他们倾向于自动氧化。由于自动氧化通常会使化合物扩大，它们的生物降解性也会有所降低。硝酸盐可以替代氧气作为电子接收器。实际上，很多生态系统是处于缺氧环境下的，例如水体沉积，分层的湖泊，湿地或一些土壤层。在这些环境下，微生物会用像硝酸盐，铁，硫酸盐，锰和碳酸盐一样的化合物作为电子接收器。至少有一些芳香胺可以和硝酸盐还原反应使它们被降解。(Hyung-Yell et al., 2000;Wu et al., 2007; Va′zquez-Rodr?′guez et al., 2008)更多的，在我们实验室之前的研究中指出，硝酸盐化合物的存在不会造成含氮染料的自动氧化。用硝酸盐的进一步有趣现象是，第一步的脱氮反应产生亚硝酸盐，有一种化合物会和芳香胺反应，会产生脱氨基作用，因此使芳香物有更高的生物降解潜能。考虑到环境中含氮染料的生物降解性，可以清楚的知道芳香胺的命运在脱氮的条件下有着很大的重要性。

在这项工作中，两个UASB生物反应器在脱氮情况下运作。反应器1中用硝酸盐，反应器2中用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子接收器，苯胺和磺化酸的命运会在下面描述。

2 材料和方法

2.1 化学物质

芳香胺，苯胺和磺胺酸（SA）是从sigma Aldrich买到的，它们有着很高的分析纯度（99%）。

图1表示了它们的化学式。硝酸钠和亚硝酸钠是从Riedel-de-Hae¨n买的。用来准备养的化学物质

是从Sigma, Fulka and Panreac买的。用于HPLC分析的醋酸氨和甲醇（99.9%）是从Sigma 和Fisher科技中心得到的。

2.2 矿物质媒介

基础媒介包括（Mg/L）NH4Cl (4750), KH2PO4

(1300), CaCO3 (270), MgSO4$7H2O (500), FeCl2$4H2O (2000),

H3BO3 (50), ZnCl2 (50), CuCL2$2H2O (38), MnCl2$2H2O (409),

(NH4)6Mo7O24$4H2O (50), AlCl3 (49), CoCl2$6H2O (2000),

NiCl2$6H2O (92), Na2SeO3r5H2O (164), EDTA (1000) and HCl 37%（1 Ml/L)

2.3 实验设置

图2绘出了实验装置简图。2个反应器的直径是2cm，高是83cm。反应器由5.09 +（-）0.21gvss/L 的粒状生物量，能用到的体积是0.28L。一个双重轨道蠕动泵被用来首先填充反应器，以一定的流速（0.28L/d）。在整个过程中，两个储存在4°的流入溶液是从两个5L 的容器中流出的。另一个以流速为9.6L/d的双重轨道蠕动泵使反应器内溶液循环流动。