酚類物質是工業廢水中常見的有毒污染物，大多城市污水處理廠收納各種工業廢水〔1〕，酚類有機物進入污水處理廠生化處理系統后會傷害活性污泥菌體的細胞膜，對微生物產生抑制與毒害作用〔2〕，影響污水處理廠的正常運行。因此有必要研究確定廢水中這些有機污染物對活性污泥的抑制閾值，以控制其在進水中的含量，最大限度地減少此類有毒物質對污水處理廠的沖擊。
2，4-二叔丁基苯酚是某污水 處理廠檢出的含量較高的一種有機污染物〔3〕，其是精細化工產品的重要中間體〔4〕。2，4-二叔丁基苯酚對某些植物和土壤微生物均可產生顯著影響〔5〕，但是有關2，4-二叔丁基苯酚對活性污泥微生物毒性抑制的研究國內外未見報道。因此筆者通過厭氧產甲烷〔6, 7〕和活性污泥呼吸抑制試驗〔8〕來分別研究不同質量濃度的2，4-二叔丁基苯酚對活性污泥微生物的厭氧毒性和好氧毒性，以期為污水處理廠的穩定運行和對進水水質的管理要求提供理論支持。
1 材料與方法
1.1 實驗材料
2，4-二叔丁基苯酚(質量分數為99.5%)，百靈威科技有限公司;好氧活性污泥取自石家莊某污水處理廠氧化溝曝氣池;厭氧接種污泥取自上述污水廠厭氧反應池。
1.2 實驗儀器
3K-15型高速冷凍離心機，美國SIGMA公司;ProODO溶解氧測定儀，美國YSI公司;HJ-6型磁力加熱攪拌器，常州國華電器有限公司;曝氣裝置、厭氧產甲烷裝置，自制。
1.3 厭氧產甲烷實驗
(1)實驗用水。由超純水、葡萄糖、營養液和微量元素(成分見表 1)混合配制，配制時每克COD加入營養液和微量元素各1 mL。
(2)實驗裝置。厭氧產甲烷實驗裝置如圖 1所示。
圖 1 厭氧毒性實驗裝置
分別選用容積為500 mL 的醫用葡萄糖瓶作為反應瓶和堿液吸收瓶，瓶口用醫用橡皮塞密封。采用恒溫水浴鍋加熱，溫度控制在35 ℃左右。經過厭氧消化，反應瓶中的有機物被降解產生甲烷和二氧化碳氣體，氣體沿導管進入裝有0.1 mol/L NaOH溶液的吸收瓶，二氧化碳被吸收，甲烷存留在堿液吸收瓶中，采用排水法測定甲烷產生量。
(3)實驗操作。取一定量離心洗滌過的接種污泥加入500 mL反應瓶中，然后加入一定量的葡萄糖、營養母液、微量元素和受試物，用超純水定容至500 mL混勻，使反應液的COD為1 000 mg/L、污泥VSS為1 500 mg/L，并加入適量NaHCO3調節瓶內反應物的pH至7.0左右。實驗以不含有毒物質的葡萄糖培養液為對照樣，故對照樣不加受試物，其他組成與受試樣相同，測定條件也完全相同。
向各反應瓶中通入CH4，排走體系中的O2，從而使反應瓶內達到厭氧條件。同時可使CH4在反應液體中達到飽和，減少實驗系統誤差。按圖 1連接好管路，并在管路上安裝單向閥，防止堿液倒吸進入反應瓶影響微生物活性。密封瓶口，將反應瓶置于恒溫水浴中，計時啟動實驗。每24 h記錄各反應瓶不同時刻的甲烷產量，每次讀數后搖動反應瓶，使基質與厭氧污泥充分接觸。實驗測定時間為5 d。
(4)分析方法。厭氧毒性即是確定某種有毒物質在一定濃度下使厭氧污泥中甲烷菌的產甲烷活性下降的程度。有毒物質對甲烷菌的抑制強度用相對活性(RA)來表示，可用式(1)計算。
式中：Vt——t時刻受試樣的甲烷累計產量，mL;
V對照——t時刻對照樣的甲烷累計產量，mL。
RA為75%～95%表示輕度抑制，40%～75%表示中度抑制，<40%表示重度抑制〔9〕。RA數值的高低可反映出甲烷菌受有毒物質的抑制程度，RA越大表示毒性越小，RA越小則毒性越大。
實驗數據用Origin 8.5軟件處理，通過Logistic模型方程〔10〕擬合得到質量濃度對相對活性的曲線，據此來定量表征2，4-二叔丁基苯酚對厭氧微生物的毒性，并結合式(1)評價不同質量濃度的2，4-二叔丁基苯酚對厭氧微生物的抑制程度。
1.4 好氧呼吸抑制實驗
(1)營養液的配制。取蛋白胨16.0 g、牛肉膏11.0 g 、尿素3 g、氯化鈉0.7 g、二水氯化鈣0.4 g、七水硫酸鎂0.2 g、磷酸氫二鉀2.8 g，用超純水溶解搖勻定容至1 L。
(2)活性污泥微生物接種液的配制。實驗所用好氧活性污泥取自石家莊某污水處理廠的氧化溝曝氣池，取回實驗室后用超純水洗滌、離心，以消除曝氣池中污泥吸附的外源基質對測定結果的影響。取少量洗滌后的污泥干燥、稱重，計算出實驗所需污泥量。配制質量濃度為4 g/L的活性污泥懸浮液待用。
(3)實驗操作。取200 mL上述活性污泥接種液，加入16 mL營養液及不同量受試物儲備液，稀釋至500 mL混勻，得到一系列含不同質量濃度受試物的實驗溶液。將實驗溶液在(20±2) ℃下曝氣培養3 h，曝氣量控制在0.5 ~1 L/min。3 h后停止曝氣，立即將實驗溶液混勻并注滿裝入轉子錐形瓶，插入溶解氧測定儀，保證沒有氣泡并有少量實驗液溢出以達到水封目的。將錐形瓶置于磁力加熱攪拌器上，恒溫20 ℃。計時啟動，每隔1 min自動記錄1次溶解氧數值，待溶解氧降至1 mg/L時，停止實驗。
(4)分析方法。根據溶解氧測定值繪制溶解氧與測定時間的關系曲線，并對曲線進行線性回歸得到其斜率，即為待測廢水的活性污泥耗氧速率R。受試物呼吸抑制率Rin可用式(2)表示。
式中： Rin——受試物呼吸抑制率，%;
Rs——受試物受試濃度下的耗氧速率，mg/(L·min);
Rc——對照組耗氧速率，mg/(L·min)。
按式(2)計算每一實驗濃度下的抑制率，用Origin 8.5軟件根據Logistic方程擬合抑制率對濃度的曲線，分析毒性抑制情況，并計算出2，4-二叔丁基苯酚對活性污泥的半數抑制濃度(EC50)。
2 結果與討論
2.1 厭氧毒性實驗結果與分析
在反應液COD為1 000 mg/L、污泥VSS為1 500mg/L 、反應溫度為35 ℃，2，4-二叔丁基苯酚質量濃度分別為10、50、100、 200、400 mg/L時，甲烷累計產量變化趨勢如圖 2所示。從圖 2可以看出，同一時刻不同質量濃度受試樣的甲烷累計產量隨著受試物質量濃度的增加逐漸降低，并且除10 mg/L的受試樣甲烷累計產量在第96、120 h接近對照組外，其他質量濃度下的甲烷累計產量均低于對照樣，由此看出2，4-二叔丁基苯酚對厭氧污泥具有較為顯著的抑制作用。不同質量濃度的2，4-二叔丁基苯酚的相對產甲烷活性如圖 3所示。
圖 2 2，4-二叔丁基苯酚厭氧
圖 3 2，4-二叔丁基苯酚
從圖 3可看出，隨著時間的增加，不同質量濃度的受試樣對產甲烷菌的抑制作用均有一定程度的恢復趨勢，這應該是厭氧污泥對2，4-二叔丁基苯酚慢慢適應并得到一定馴化的結果。當2，4-二叔丁基苯酚質量濃度為10 mg/L時，實驗1~2 d的RA為42%~68%，表現為中度抑制，第3天的RA上升為84%，為輕度抑制，第4、5天RA接近100%，抑制作用消失，說明此濃度下2，4-二叔丁基苯酚對厭氧微生物的抑制作用隨時間的增加而逐漸減弱，直至最后厭氧污泥對受試物完全適應，抑制作用消失;當2，4-二叔丁基苯酚質量濃度分別為50、100 mg/L時，第1天RA均在30%左右，屬重度抑制，第2天~第5天RA為45%~70%，屬中度抑制;當2，4-二叔丁基苯酚質量濃度為200、400 mg/L時，5 d內的RA均<30%，表現為重度抑制。
反應時間為120 h不同質量濃度的2，4-二叔丁基苯酚與所對應的相對產甲烷活性擬合Logistic模型曲線如圖 4所示。
圖 4 反應120 h厭氧微生物的相對活性
該曲線對應擬合方程為：RA=203.81/〔1+(C/303.71)0.62〕-83.36，R2=0.956。由此方程可以確定第5天相對產甲烷活性分別為95%、75%、40%時，2，4-二叔丁基苯酚的相對抑制質量濃度分別為13.14、40.56、152.41 mg/L�？梢缘贸觯寒�2，4-二叔丁基苯酚質量濃度<13.14 mg/L，對厭氧微生物基本沒有抑制作用;當其質量濃度為13.14~40.56 mg/L時產生輕度抑制;當質量濃度為40.56~152.41 mg/L時產生中度抑制;質量濃度>152.41 mg/L時產生重度抑制。
2.2 好氧毒性實驗結果與分析
2，4-二叔丁基苯酚質量濃度分別為30、60、90、120、150、250 mg/L時，對活性污泥的抑制效應見圖 5。由圖 5中呼吸速率曲線可以看出2，4-二叔丁基苯酚的加入使得活性污泥微生物的呼吸速率降低，且呼吸速率隨著2，4-二叔丁基苯酚質量濃度的增加逐漸減弱，由此可見2，4-二叔丁基苯酚對活性污泥微生物具有一定的生物毒性。
圖 5 2，4-二叔丁基苯酚對好氧活性污泥的抑制效應
不同質量濃度的2，4-二叔丁基苯酚對活性污泥微生物的抑制率擬合曲線見圖 5，曲線擬合方程為Rin=-88.18/〔1+(C/37.55)0.96〕+88.23，R2=0.992，由此方程計算出2，4-二叔丁基苯酚的EC50為49.61 mg/L。當2，4-二叔丁基苯酚質量濃度為10 mg/L時對活性污泥微生物的抑制率接近20%，說明2，4-二叔丁基苯酚對好氧污泥微生物的抑制作用比較顯著;當2，4-二叔丁基苯酚為10~60 mg/L時，其對活性污泥的抑制率呈直線上升;當2，4-二叔丁基苯酚增加到90 mg/L后，其對活性污泥的抑制率逐漸趨于平緩，此后其繼續增加至120~250 mg/L，對活性污泥的抑制率基本穩定在75%左右。
2.3 厭氧和好氧毒性的比較
2，4-二叔丁基苯酚對厭氧污泥和好氧活性污泥微生物的毒性大小不同，為便于比較兩者的毒性作用強度，將不同質量濃度2，4-二叔丁基苯酚的厭氧和好氧抑制率繪制成圖 6。
圖 6 2，4-二叔丁基苯酚的厭氧與好氧抑制效應
從圖 6可以看出2，4-二叔丁基苯酚質量濃度在0~250 mg/L范圍內時，其對好氧微生物的毒性大于厭氧微生物的毒性，質量濃度超過250 mg/L后，厭氧毒性開始逐漸高于好氧毒性。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
3 結論
(1)當2，4-二叔丁基苯酚<13.14 mg/L時，對厭氧微生物無抑制作用;13.14~40.56 mg/L時為輕度抑制;40.56~152.41 mg/L時為中度抑制;>152.41 mg/L時為重度抑制。
(2)2，4-二叔丁基苯酚對好氧微生物的半數抑制濃度(EC50)為49.24 mg/L。
(3)2，4-二叔丁基苯酚質量濃度為<250 mg/L時，好氧毒性大于厭氧毒性，質量濃度>250 mg/L時，厭氧毒性高于好氧毒性。
