吡啶在紫外光辐射下的生物降解
摘要：吡啶是一种难降解的含氮杂环化合物,难以用单一的生物方法使其有效降解。本研究采用气升式内循环紫外光辐射与生物膜一体化反应器,通过单独紫外辐射降解(photolysis,P)、单独生物降解(biodegradation,B)以及紫外辐射与生物同步耦合降解(photobiodegradation,P&B)3种方法对吡啶进行间歇降解和连续降解,以比较吡啶的降解规律。结果表明,间歇降解过程中,方法P&B对吡啶的降解速率最快,其次是方法B,而方法P的速率最慢。初始浓度为100mg·L-1的吡啶溶液分别采用方法P、B和P&B进行间歇降解,其去除速率分别是:4.95、10.2和14.58mg·(L·h)-1。根据Monod模型求解出吡啶在方法B和方法P&B降解下的动力学方程,其饱和常数KS从1920.4mg·L-1下降至1094.1mg·L-1.采用连续流方式对进水浓度分别为50、100和300mg·L-1的吡啶溶液分别采用方法P、B和P&B进行降解,其单位体积平均体积去除速率分别是:15.8(P)、23.1(B)和24.9mg·(L·h)-1(P&B),且高于间歇降解方法。研究结果表明,紫外辐射与生物膜同步耦合,可以缓解吡啶对生物膜的抑制,并且生物仍能保持其降解吡啶的生物活性,从而提高吡啶生物降解的速率。
关键词：紫外光解，生物降解，生物反应动力学，生物抑制，生物反应器
吡啶是一种难降解的含氮杂环化合物，主要来源于煤炭、炸药制造、制药、染料生产等行业，被广泛地用作工业溶剂和农业上的除草剂、杀虫剂等，它具有恶臭，高水溶性，易挥发，在地面和地下土壤中普遍存在。吡啶可致畸、致癌、致突变，对神经有致毒作用，对眼角膜有损害，可对人体健康和生态环境造成较大危害。因此有必要研究含吡啶废水的处理技术。
当前也有人采用一些高级氧化技术（advancedoxidationprocesses,AOPs）处理难降解有机物，包括紫外辐射、臭氧、Fendon'sReagent和光催化等技术,其中紫外辐射是一种简单、经济的方法。紫外辐射可使有机化合物中的C-C、C-N键因吸收紫外光的能量而断裂，同时可产生强氧化性的·OH，使有机物逐渐降解。Stapleton等用紫外辐射降解吡啶衍生物取得了良好的效果。近年来，有研究表明难降解有机物在光催化和微生物的联合作用下，通过两者的协同作用，可以大大提高难降解有机废水的处理效率。而以往在利用高级氧化和生物耦合对难降解有机废水进行处理时，大多是采用分步耦合的方法，即该工艺过程分别在2个单元内分步进行，以避免高级氧化的产物（如·OH和紫外辐射等）对微生物的毒害，导致微生物失活甚至杀死微生物细胞。分步耦合存在着一定的局限性，高级氧化过程时间不足，则难以进一步地生物降解。而时间过长，则效率下降，成本上升。本研究在将高级氧化和生物降解同步耦合，即紫外辐射下与生物降解在一个反应器内同步进行，以克服分步耦合存在的缺陷。在本研究过程中，选用多孔轻质陶瓷作为生物膜载体，让微生物生长于微孔内，同时通过反应器的设计可以避免紫外线的杀伤，使生物膜在紫外线的辐射下仍保持其降解有机物的生物活性援实验过程中，以吡啶为对象，分别采用单独紫外光辐射降解、单独生物降解以及紫外辐射与生物同步降解的方法，以比较吡啶的降解规律，并试图证明生物膜在紫外辐射下仍能保持生物活性，同时在紫外光与生物膜的协同作用下，吡啶的降解速率高于单独紫外辐射降解和单独的生物降解。通过该方法的研究，以期为紫外光辐射与生物膜同步耦合降解难降解有机污染物提供理论基础，同时为难降解有机工业废水的处理提供实践依据。
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