试验结果如图2所示.图2中,反应15 min左右,染料浓度骤然下降,而在1 h左右的时候染料浓度出现回升现象,这是因为微生物吸附、解吸的作用.染料与葡萄糖共基质时,由于葡萄糖是易降解基质,能提高兼氧生物的活性,从而促进微生物对染料等难降解有机物的降解作用[9-10].在兼氧条件下,当染料浓度固定为80 mg/L时,葡萄糖浓度升高有利于提高K-2BP的兼氧生物降解率,这说明当K-2BP与葡萄糖共存时,兼氧微生物能够对葡萄糖与K-2BP产生共代谢作用,而且葡萄糖浓度的增高有利于共代谢的进行.随着葡萄糖投加浓度增加,K-2BP去除率随之增加,葡萄糖浓度从0 mg/L提升至800 mg/L,其对应的染料降解率从40%提升为64.1%.当葡萄糖浓度为800mg/L时,染料去除效果最好,6 h时的降解率为64.1%.葡萄糖投加浓度上升为1 000 mg/L的时候,染料去除较差,降解率仅为40%左右,介于不投加葡萄糖和葡萄糖浓度为50 mg/L之间.葡萄糖浓度过高,反而抑制染料的降解.这是因为葡萄糖为易降解基质,当葡萄糖浓度较高,已经能满足兼氧微生物正常代谢情况下,微生物很少利用染料这样的难降解基质作为碳源.
2.2高盐条件下K-2BP兼氧生物降解动力学
根据2.1节实验数据,葡萄糖投加800 mg/L时,兼氧微生物对K-2BP去除效果最好.所以选取葡萄糖浓度为800 mg/L作为固定参数.在K-2BP浓度为80 mg/L条件下,含盐浓度分别为2,5,10,20 g/L,降解历程如图3所示.染料厌氧降解近似符合一级动力学方程[11],亦有学者认为,偶氮染料的生物降解脱色遵循零级反应动力学模型[12-13].从图3可以看出,投加新鲜废水后15 min内,反应体系中染料残余浓度急剧下降,在含盐浓度条件下,兼氧生物对基质仍具有吸附作用,随着盐浓度升高,兼氧生物对染料的吸附能力逐渐降低.但在反应15 min后,K-2BP的降解随时间变化近似成线性关系,这说明染料兼氧生物降解过程分为两个阶段:第一个阶段为生物表面吸附阶段,使染料浓度迅速下降;第二阶段为微生物利用吸附在生物表面的染料基质进行降解.这与Lourenco Nídia D研究结果相符合[14].本试验选取反应15 min后的试验数据进行K-2BP降解动力学研究,为考察染料生物降解动力学特性,将降解实验数据进行0级、1级和2级动力学模拟,所得数据列入表1中.
由表1中可以看出,含盐条件下K-2BP的兼氧降解动力学近似遵循1级反应动力学,反应速率常数随着含盐浓度升高而降低,反应速率常数从0.108 5 mg/(h·L)下降为0.022 8 mg/(h·L),说明盐对兼氧环境中染料的降解有一定抑制作用.在活性艳红K-2BP的降解过程中,根据所测得染料残余浓度做ln(c/c0)—t图(图4).
当盐浓度从2 g/L上升为5 g/L时,一级降解速率常数下降约为2 g/L时的1/2,盐浓度提升为10 g/L时,一级降解速率常数较5 g/L时下降幅度同样接近1/2.结合图3可以看出,盐浓度为20g/L的时候,K-2BP降解趋势与10 g/L和基本相同,反应时间为12 h时,降解率为50%左右,其一级降解速率常数K相差不大,分别为0.028 7mg/(h·L)和0.022 8 mg/(h·L).盐浓度为2,5,10和20 g/L 4个不同条件下,其兼氧降解动力学方程见图4中;其半衰期分别为t2g/L=6.99 h、t5g/L=14.15 h、t10g/L=22.55 h和t20g/L=30.21 h.
3·结论
(1)根据兼氧污泥驯化可知,由于污泥本身取自印染废水处理站的回流污泥,所以驯化过程中污泥能够较快适应高浓度染料,并有效降解活性艳红K-2BP.
(2)K-2BP在无葡萄糖共基质条件下降解比较缓慢,投加葡萄糖与之共基质,能提高染料降解效率,随着葡萄糖浓度增加,染料的去除率也随之增加,在葡萄糖浓度为800 mg/L时,染料去除率达到最大,而当葡萄糖浓度为1 000 mg/L时,反而不利于染料的降解.
(3)含盐条件下,在反应15 min后,K-2BP兼氧生物降解动力学方程符合一级反应动力学方程:含盐浓度分别为2,5,10,20 g/L时,其一级降解速率分别为K2g/L=0.105 78 mg/(L·h)、K5g/L=0.049 47 mg/(L·h)、K10g/L=0.028 69mg/(L·h)、K20g/L=0.022 75 mg/(L·h);半衰期分别为t2g/L=6.99 h、t5g/L=14.15 h、t10g/L=22.55 h、t20 g/L=30.21 h.