铁基纳米材料对苯酚及苯甲酸厌氧降解的影响

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苯酚和苯甲酸是常见的工业废水污染物,也是单环芳烃及木质纤维素类固体废弃物厌氧降解过程中的重要中间代谢产物。苯酚等芳香族化合物作为一种致癌、致畸、致突变的有机物,在极低的浓度下就会对生物造成严重影响。因此,去除废水中的苯酚和苯甲酸对于环境和人类健康至关重要。铁基纳米材料作为制备简单且生物相容性较好的材料,能够提高废水、废弃物厌氧系统的稳定性和甲烷产量。本研究针对酚类厌氧降解在实际应用中存在反应时间长、处理不彻底等问题,添加不同浓度的铁基纳米材料,探究其对苯酚及苯甲酸厌氧降解的影响。具体内容如下:(1)首先建立了苯酚、对甲酚及挥发性脂肪酸同时测定的气相色谱法。采用SP-7820气相色谱仪,通过色谱条件优化,确认最佳分流比为16:1。苯酚、对甲酚及7种VFAs同时检测时,所有组分在8 min内完成测定,采用1%的甲酸对样品调节,即可解决VFAs残留问题及感应值不稳定问题。(2)铁基纳米材料对苯酚厌氧降解的影响。本研究以含酚废水厌氧处理反应器的污泥为接种源,采用传统培养技术获得了酚类厌氧降解培养系(NP)。研究添加铁基纳米材料对NP厌氧降解苯酚的影响。添加10~200 mg/L Fe3O4 NPs和50~200mg/L Fe2O3 NPs均对苯酚厌氧降解没有影响,而300 mg/L Fe3O4 NPs和Fe2O3 NPs均对苯酚厌氧降解具有抑制作用。添加10 mg/L和20 mg/L Fe2O3NPs对苯酚厌氧降解具有促进作用,累计产甲烷浓度分别增加了32.08%和20.13%。利用高通量测序技术考察了添加铁基纳米材料对培养系中微生物群落结构影响,发现主要的细菌隶属于有脱硫杆菌门、厚壁菌门、互营菌门和鞘脂杆菌门四个菌门。在添加Fe2O3 NPs的培养系中厚壁菌门的Cryptanaerobacter属和鞘脂杆菌门的螺旋体科是主要影响苯酚厌氧降解的细菌,盐杆菌门的氢营养型产甲烷螺菌属是主要影响苯酚厌氧降解的古菌。(3)铁基纳米材料对Sporotomaculum syntrophicum与产甲烷菌M.hungatei互营共培养体系苯甲酸厌氧降解的影响。添加10~500 mg/L的Fe3O4 NPs和10~1000mg/L Fe2O3 NPs均对苯甲酸降解速率及产甲烷量没有显著影响;而高浓度的Fe3O4NPs对苯甲酸降解产生了明显的抑制作用。当浓度为600 mg/L,800 mg/L和1000mg/L时,产甲烷量分别减少了24.29%,44.13%和61.54%。
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