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1、改进脱氯的性能的上流式厌氧污泥反应器克里斯蒂娜尼讷克里斯琴森，埃里克阿万，和比吉特，水均匀反应堆环境科学部门和工程师 丹麦工业大学摘要脱氯作用的氯乙脂，又名全氯乙烯(PCE)，作为被研究在一上流厌氧污泥床(上流式厌氧污泥层) 反应堆从后面的结合的厌氧的，减少的脱氯的细菌入粒状淤渣。这些反应堆与那参考 1(R1)反应器相比，是颗粒高压灭菌器用以在接种以前充分脱氯，和作为参考 2(R2)反应堆，包含在活性粒状淤渣。所有的三个反应堆是投放矿物媒介包含 3到 57MPCE，2 毫升甲酸盐，和 0.5 毫升醋酸盐和被控制在标准以下不活跃条件下。在这次测试的反应器，平均 93%的那流出物氯乙是双氯(DCE
2、)，和 99%R1 反应器对比，R2 反应器，没有接种，只产生三氯乙(TCE)，平均 43%的流出物氯乙。没有脱氯作用的 PCE 被测试在无接种体的无接种体不活跃颗粒的非生物防治。在随着逐渐减少液压传动装置保留时间(HRTs)连续操作的过程中，两个测试的反应器和 R1 反应器显示氯乙向二氯乙的转化，甚至在均匀试验性反应比最大比生长速率的密度低得多，指示这些细菌是固定不动在那活跃的和高压灭菌过的粒状淤渣中。相反的，R2 反应器，没有接种微生物，只在相同的条件下将氯乙转化成三氯乙。固定可以通过利用萤光素-标记抗体探测微生物的发酵来证实。从 R1 反应器获得的颗粒，细菌微生物的发育主要在集中位于那颗
3、粒的中心，而在测试的反应器，那细菌主要覆盖在那颗粒的表面。1 介绍氯乙，又名全氯乙烯(PCE)，已经广泛的用作脱脂剂为金属和作为干洗剂。由于不适当的存储和处理，数量巨大的氯乙烯化合物是传遍全世界。氯乙烯的微生物转化已经证明是缺氧状态经过减少的机制的脱氯作用。氯乙烯的脱氯作用的减少当量已经包含在厌氧性的混合物和营养丰富的土壤。最近，厌氧菌种系族PCE1，哪些有效减少的脱氯作用的氯乙烯，已经有结论。生物资源人为操纵可以是实质的在技术系统为最理想的生物体内异物混合物的降解。在早期的研究中，我们已经证明通过引入粒状淤渣利用一厌氧菌活跃丧失活性的那目标化合物新活动；一种脱氯的细菌，是接种入那粒状淤渣的一
4、上流厌氧污泥床(上流式厌氧污泥层)反应器，结果淤泥能力丧失，那些从前没有这些能力。这是进一步检验那细菌是固定不动在那粒状淤渣表面，表示它的脱氯的活动。通过免疫荧光显微术在颗粒薄片的利用，可以表明这种细菌在粒状污泥制造小集落。在深入的研究中，我们介绍不活跃的粒状污泥中脱氯五氯苯酚的细菌。这些细菌被发现是固定不动在网络中-类似颗粒内部的组织，也就是它显示它的原-脱氯的糖酵解途径。目前研究的目的是将调查PCE的脱氯作用在上流式厌氧污泥层反应器和没有额外的PCE-降解的细菌此外在颗粒是否是活跃上比较性能。2 所用材料和方法2.1 反应器设计有三个有效容积为 204ml、预留空间为 30ml 的玻璃 U
5、ASB 反应器被用在实验当中（见图 1）。氟橡胶、不锈钢，以及玻璃管被用作使氯乙的吸附和挥发最小化的连接装置。在向反应器中加入颗粒剂之前，先检验了反应器系统氯乙的非生物损失。反应器是连续运行的，其水力停留时间（HRT）由 2 天（流速为 100ml/day）逐步降低到14.4h、7.2h，最后降到 1.9h。与此同时，我们通过向混合容器中连续添加 780m 的PCE 水溶液来提供 PCE， PCE 通过混合容器进入反应器。实验所用的试样是从取样气门 1 和 2 中获得，分别代表反应器的流入和流出。所有取样气门都用聚四氟乙烯丁基线纹状隔膜封闭。反应器在暗处以及室温（2025C ）下操作。2.2
6、接种物来源粒状淤渣从添加 PCE 以及乙醇试剂达一年左右的实验室 UASB 反应器中获取。最初的颗粒物取自处理造纸厂废水的 UASB 反应器。在运用之前，颗粒物在 4C 下储存大约两个月。2 号参比反应器（R2）由 20ml 湿颗粒物、N2CO2 （4:1 ）气体混合物以及厌氧培养基媒介充满。1 号参比反应器（R1）也填充了 20ml 湿颗粒物，所不同的是，它在用无菌 N2CO2（4:1）供气和填充厌氧培养基媒介之前必须在 140C 下采用三倍热压处理。R1 反应器中分别包含有生命的和经过热压处理的颗粒物，被进一步注入 50ml 纯人工培养的多主寄生物（由 H. Scholz-Muramats
7、u 提供），这些寄生物在反应器运行之前允许被驯化 3 天。作为一种非生物控制的手段，用一个 118ml 的药瓶装满 5ml 的湿润颗粒物和 50ml的厌氧培养基媒介。先向瓶内吹气（N2CO2 1:4），再经过三次热压处理，然后再添加甲酸酯和醋酸盐来使其终止浓度与反应系统的平衡。PCE 是作为一种无菌水溶液添加的。在实验期间，每隔 4 到 5 天都要做批量实验来测试脱氯活性。2.3 无菌性测试热压处理反应器的无菌性测试是通过每天灌输 D. multivorans 来测验的，而且无菌控制瓶每隔 4 到 5 天就要用光显微镜检查液样的方式检验一次。2.4 媒介物除开 0.5mg 刃天青/升，0.48
8、gNa2S 7 9H2O/升， 0.5mM 醋酸盐，以及从厌氧储备溶液中添加的 2mM 甲酸盐之外，基本媒介物的准备方法在前面已经提及。媒介物最终的 pH 值为 7.07.5。2.5 免疫的方法在反应器运行了 1.9h 的水力停留时间之后，颗粒物从各个反应器内取出。颗粒物和接种物经过 4福尔马林的处理之后，嵌入石蜡，再切成 5m 的切片，然后放入玻片之中。石蜡用二甲苯去除，颗粒物在递减的乙醇浓缩物中水合。标着 FLUOS 的抵抗D. multivorans 的兔抗血清由德国卫生工程研究所提供。水合颗粒物在普通的兔抗血清内培养，用牛血清蛋白在磷酸盐（pH7.6）缓冲溶液中冲洗，并用抗血清培养25
9、min。作为一个控制手段，颗粒物在没有抗血清培养的条件下配制。玻片用免疫荧光显微镜法研究。2.6 分析方法PCE、三氯乙烯（ TCE）和二氯甲烷（DCE）通过质谱仪来检测，所用方法为薄膜入口质谱仪分析法（MIMS），PCE 、TCE 和 DCE 分别在原子量为 165.8、129.9 和61.0 的质荷比下分析。MIMS 的探测极限是 1g/L 以下。PCE、TCE 和 DCE 的浓度测试范围是 1500m ，相当于标准溶液浓度。标准溶液的配制方法是：称量过量的氯乙加入双蒸馏水，搅拌一晚使其完全混合，然后倒入血清瓶稀释。然后测定液相浓度。为了检测未知的化合物，反应器内的液体会从氟橡胶管中经由
10、MIMS 反应器抽出并丢弃。测量标准溶液的时候也会用到与上相同的流速（60ml/h）。甲酸盐用高压液相色谱法分析。酸化试样（20L）被注入 HPX-87-H 型多孔性阴离子交换树脂柱并加热至 60C。流动相是流速为 0.7mL/min 的 0.01N 的硫酸。甲酸盐用 190nm 的紫外线检测。标准溶液的测试浓度范围是 0.110mM。而测试极限是0.05mM。试样和标准溶液用 20L10的硫酸酸化至 pH 为 2.0 并离心分离。再将上清液过滤然后注入。在记录数据之前，醋酸盐由气相色谱法测量。DCE 的立体异构组成由气相色谱法确定。氯乙通过加入 150L 含 4.2mg 二溴三氯甲烷/L 的
11、正戊烷萃取，作为 1.5ml 试样的内部标准。然后再将三微升戊烷注入气相色谱仪，气相色谱仪连接在电子俘获探测器上。探测极限是 500 g cis-1,2-DCE/L。未知化合物通过从反应器中提取的液体试样测定，取样前必须确定反应器内不含 DCE。3 结果3.1 反应器研究这次测试反应器的接种随着微生物进来的氯乙烯变换平均96%，直到氯乙烯的负荷率为1.4毫摩尔每升污泥每天。反应器的主要产物是氯乙烯，流出物氯乙烯平均93%(mole /mole )。三氯乙烯排放浓度曾经超过氯乙烯的流入的浓度。在流出物中少量的氯乙烯和三氯乙烯(5M) 可以临时的检出。第61天所取的样品显示立体异构组成是100%单
12、独 -1， 2-二氯乙烯。氯乙烯向二氯乙烯的转化几乎是当量分子的在不同的均匀试验性反应器。然而，当从7.2到1.9小时减少均匀试验性反应器时间，氯乙烯排放浓度增强到在流出物的总数的氯乙烯的25%(mole/ mole )最大量。均匀试验性反应器减少到1.9小时的九天后，氯乙烯下降到比7(mole /mole )氯乙烯总量还要少。R2反应器，包含粒状淤渣，显示氯乙脱氯作用活动伴随三氯乙烯作为唯一产物。三氯乙烯平均起来为在流出物的氯乙烯的43%(mole /mole )；其余是氯乙烯。任何时候没有二氯乙烯被检出。R1反应器，包含接种微生物的高压灭菌器颗粒，能变换平均100%进来的氯乙烯，直到二氯乙
13、烯的负荷率为1.9毫摩尔每升污泥每天。在连续运转持续的过程中，二氯乙烯是主要的氯乙在取样气门地方的产物，表现流出物的氯乙总量的平均99%(mole/ mole )。氯乙烯和三氯乙烯在均匀试验性反应器2天后在痕量(1M)流出物被检出，从7.2每小时减少到1.9每小时。三氯乙烯在流出物中浓度为氯乙烯流入的浓度平均数150% 。非生物控制实验随着反应器进行，显示氯乙烯浓度在取样气门1和2偏离精确MIMS 测量( 标准偏差，5%) 。排除可测量的氯乙烯的非生物在两个反应器系统的损失。在非生物控制高压灭菌粒状淤渣，添加500M氯乙烯没有导致任何的三氯乙烯或者二氯乙烯的产生。氯乙烯浓度是上下摇动但是趋向随
14、次数而减少，与氯乙烯总数数量减少的经过取样相当。任何时候通过光-显微检验对来自不活跃接种的反应器和不活跃控制瓶的液体样品无菌状态下的核对没有显示任何的细菌除了这种微生物。通过这次测试和R2反应器醋酸盐的消耗量在均匀试验性反应器为14。4，7.2，和1.9小时的情况下为3.4，6.7，和27.0毫摩尔每天每升污泥。据观察没有醋酸盐随着R1反应器消耗或产生。这次测试和R2反应器，甲酸盐是完全的耗费的，在均匀试验性反应堆为14.4，7.2，和1.9小时等于一平均数21.8，43.7，和175.5毫摩尔每升污泥每天，而在均匀试验性反应堆为14.4，7.2，和1.9小时R1反应器为8.4，16.8，和6
15、7.2毫摩尔每升每天，结果在0.3毫米的排放浓度。3.2 免疫研究通过免疫荧光显微术调查反应器内颗粒中微生物的分布。来自这次测试反应器的颗粒是随着微生物表面的网络-类似组织象征性的密布。聚合体在表面出现，但是很少。来自R2 反应器有些颗粒的表面和通常的颗粒被用来实验，那些单细胞发光的明亮的能被看见( 资料没显示) 。然而，来自双方的证据显示没有发光信号但是看来像控制滑动(资料没显示 )。从R1 反应器里来的颗粒能发现微生物小集落的增加主要位于颗粒的中部。小集落也出现在那的边缘(资料没显示）。控制滑动准备从活跃接种的反应器无抗血清偶合器没有给任何的发光信号但是显示一相似的深色(资料没显示)。4
16、讨论在包含氯乙烯的媒介，甲酸盐，和醋酸盐，相应的微生物的最大生长速率在20C大概是10小时。实际操作反应器在均匀试验性反应器比相对最大比生长速率要低，因此，将导致微生物的自由的活细胞的被冲刷。这两次测试和R1反应器脱氯氯乙烯变成二氯乙烯，甚至在均匀试验性反应器的比微生物的相对最大比生长速率的低得多。那活跃的粒状淤渣R2 反应器中也能脱氯氯乙烯；然而，氯乙烯的去除率以比在这次测试的反应器在恒等的均匀试验性反应器低超过两倍。而且，氯乙烯只在R2反应器被脱氯，而二氯乙烯绝对不被检出。在这次测试的反应器中检测不到非生物的损失，R2反应器，或者那颗粒非生物控制，这是那氯化乙烯质量平衡超过那反应堆器系统在通常范围之内析仪器确定的标准偏差。这个结果表明在这次测试中微生物在R1反应器中是固定不动的，这是相对在R2反应器中提高脱氯作用活跃性造成的结果。微生物在R1反应器的固定被证实是通过免疫荧光显微术。在密集的类似组织的小集落的微生物的繁殖增加在高压灭菌器颗粒内部来自于在均
