（微生物学专业论文）处理β内酰胺环类抗生素生产废水效应菌株的研究.pdf

摘要 曼曼曼曼鼍曼曼曼量ii 皇曼鼍曼曼曼鼍曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 皇曼曼曼量曼曼曼曼曼 摘要 由于目前b 内酰胺环类抗生素生产存在着原料利用率低、提炼纯度低等诸多问题，从而 导致生产废水中有机物、残留抗生素及其中间代谢产物含量过高，生物毒性很大，极大的影 响了该类废水的生物处理效果。为了更有效率的处理b 内酰胺环类抗生素废水，降低废水中 的有机物含量。本实验采用b 内酰胺环类抗生素废水制作分离培养基，从活性污泥中分离筛 选出有抗生素存在的环境中对废水中有机物有高效降解作用的效应菌株，并对效应菌株的最 适作用条件进行了研究，以为生产实践借鉴。研究结果如下： 1 从活性污泥中分离所得菌株，细菌占绝大多数、放线菌次之、未分离得到真菌，说明 活性污泥中细菌占主体地位。 2 分离得到4 株对b 内酰胺环类抗生素废水中有机物有高效降解作用并对此类抗生素有 相当耐受能力的细菌，它们分别属于埃希氏菌属( e s c h e r i c h i a ) 、不动杆菌属( a c i n e t o b a c t e r ) 、 假单胞菌属( p s e u d o m o n a s ) 、芽孢杆菌属( b a c i l l u s ) ，可见细菌在该类废水治理中对有机物降 解起主要的作用。 3 效应菌株组合对有机物的降解能力，比单独加入各株菌时效果好，说明了好氧曝气处 理抗生素生产废水是活性污泥中的各菌株协同作用的结果。其中含有b 4 菌株一不动杆菌属 翻c 觑蹴妇c 把r ) 的组合降解效力优于同等条件其他组，所以该菌为处理该种废水的强化菌，可 进一步研究。 4 通过正交试验，得出温度是对降解效果影响最大的因素，其次是通气量。而最佳作用 条件为温度3 5 、转速1 5 0r m i l l 一、初始p h7 0 。b 内酰胺环类抗生素生产废水中磷含量相 对匮乏，在实际的操作过程中可考虑向废水中添加适量磷元素，可提高废水中有机物去除率。 5 在利用活性污泥处理含有不同浓度有机物的废水过程中，加入效应菌株组合的实验组 有机物降解能力与对照组相比提高1 0 以上，并且整个活性污泥体系对有机物变化冲击的抵 抗力增强。 6 模拟反应器试验证明，加入高效菌株组合的活性污泥比对照组可提前2 4 小时达到排放 标准。 关键词：废水处理；效应菌株；分离与筛选 a b s t r a c t 皇曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼量曼皇舅n umm_ mm m , 鼍曼曼曼曼曼曼皇曼鼍曼曼皇皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼鼍曼皇 s t u d y o ne f f e c ts t r a i n si nt r e a t m e n to fb - l a c t a m a n t i b i o t i cw a s t e w a t e r a b s t r a c t m t i c hi n a d e q u a c ye x i t e di np r o d u c i n ga n t i b i o t i c ss u c ha sl o wu t i l i z a t i o nr a t eo fr a wm a t e r i a l sa n d l o wr a t eo fe x t r a c tp u r i t y s op h a r m a c e u t i c a li n d u s t r ye f f l u e n t sc o n t a i n e ds e v e r a l9 r g a n i cs o l v e n t s ， s u c ha sc o l o r a n t s ，a c i d s ，av a r i e t yo fo t h e ro r g a n i cc o m p o u n d s ，d i f f e r e n tc o n s t i t u e n t so fa n t i b i o t i c a n ds y n t h e t i cd r u g b a s e de f f l u e n t i no r d e rt or a i s eb i o d e g r a d a t i o nv a l u eo fb - l a c t a ma n t i b i o t i c w a s t e w a t e r , n ee f f e c t i v es t r a i n sw e r ei s o l a t e df r o mt h ea c t i v a t e ds l u d g eo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n tw h i c hc a np e r f o r mw e l li no r g a n i c sd e g r a d a t i o ni ns u c he n v i r o n m e n tw i t ha n t i b i o t i ca n dt h e n f o u n dt h eo p t i m i z a t i o nc o n d i t i o n p r o v i d ep a r a m e t e rt ot h ep r a c t i c e r e s u l t so ft h i ss t u d ya sf o l l o w ： 1 b a c t e r i u mh a dl a r g e s tq u a n t i t yi nt h ea c t i v a t e ds l u d g e ，s e c o n dw e r ea c t i n m y c e t e ，t h e r ew a sn o f u n g if o u n di ns l u d g e i ts h o w e dt h a tb a c t e r i u mw e r et h em a j o rp a r ti nt h ea c t i v a t e ds l u d g e 2 4b a c t e r i u mi s o l a t e df r o ma c t i v a t e ds l u d g e ，t h e yw e r ee s c h e r i c h i a ，a c i n e t o b a c t e r ， p s e u d o m o n a s ，b a c i l l u s s ob a c t e r i u mp l a y e dd o m i n a t a n tr o l ei nt r e a t m e n to fb - l a c t a ma n t i b i o t i c w a s t e w a t e r 3 e f f e c ts t r a i n sc o m b i n e dp e r f o r m e db e t t e rt h a nt h es i n g l es t r a i no n l y , i ts h o w e dt h a tt h ep r o c e s s o fc l e a n i n gt h ew a s t e w a t e rw a ss y n e r g i s t i c a lb ym u l t i p l i e ds t r a i n si nt h ea c t i v a t e ds l u d g e b 4 - a c i n e t o b a c t e rw a sw o r t h yf u r t h e rr e s e a r c ha si t sd i s t i n g u i s h i n ge f f e c ti nt h ev e r yg r o u p 4 f r o mt h ee x p e r i m e n tw ek n o w e dt h a tt e m p e r a t u r ei st e m p e r a t u r ec a nb r i n gt h em o s tp o w e r f u l a f f l u e n c et ot h ed e g r a d a t i o no fo r g a n i c s ，a n dt h e nt h ev e n t i l a t o r yc a p a c i t y 1 1 圮o p t i m i z a t i o n c o n d i t i o no fm i c r o b i a lc o m b i n a t i o nc o m m u n i t i e sw a s3 5 1 2 ，1 5 0r p m ，i n i t i a lp h = 7 0 5 a t e ra d d i n ge f f e c ts t r a i n sc o m b i n a t i o nc o m m u n i t i e st h ea c t i v a t e ds l u d g es y s t e mh a da p p a r e n t e s u p e r i o r i t ya n dt h eo r g a n i c sr e m o v a lw a sa b o u t1 0 h i g h e rt h a nt h ea c t i v a t e ds l u d g eo n l y , a n dt h e r e s i s t a n c et ot h ec h a n g eo fi n i t i a lo r g a n i c sc o n c e n t r a t i o no fw h o l ea c t i v a t e ds l u d g es y s t e m e n h a n c e d 6 s i m u l a t i o ne x p e r i m e n ts h o w e dt h a te f f l u e n t s q u a l i t yc a m et os t a n d a r da b o u t2 4 ha h e a da f t e r a d d i n gt h ee f f e c ts t r a i n sc o m b i n a t i o ni nt h ea c t i v a t e ds l u d g es y s t e m k e yw o r d ：w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ：e f f e c ts t r a i n s ；i s o l a t i o na n ds c r e e n i n g l i c a n d i d a t e ：s u nw e n s p e c i a l i t y ：m i c r o b i o l o g y s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gl i q u n 研究生学位论文独创声明和使用授权书 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 注! 如遗直墓丝置要挂型直明的：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：舌j 乙 日期珈牌月形日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解 密后适用本授权书) 学位论文作薯签名：3 d 、。处日期珈扩年多月徊 导师签名：孑嘲日期珈f 年月f 拍 引言 1 引言 1 1 研究的目的和意义 水是一切生物赖以生存和发展的基本条件，是人类生产生活不可缺少的重要资源和构成 自然环境的重要因素。面对新世纪全球的人口增长、城市规模的扩大、工业的迅速发展，对 水资源的需求越来越大，同时污水的排放量亦与日俱增，因此水资源问题尤其受到公众的关 注而成为资源环境诸多问题的热点之一( 张中和，2 0 0 5 ) 。由于缺乏对水资源以及生态环境的 保护意识，缺乏对水资源的合理分配与利用，目前世界各国均面临着不同程度的水资源危机 及生态环境恶化，水少与水浪费并存、水多与生态环境失衡并存、水污染与水管理不善并存 等一系列水问题亟待解决。 抗生素是人类控制感染性疾病、保障身体健康及防治动植物病害的重要化学药物。抗生 素的生产始于第二次世界大战期间。我国自2 0 世纪5 0 年代初开始生产抗生素以来，产量连年 增加，现已成为世界上主要的抗生素制剂生产国之一( l i s z ，2 0 0 4 ) 。目前抗生素生产中在 筛选、生产、菌种选育等方面仍存在着许多技术难点，从而出现原料利用率低、提炼纯度低、 废水中残留抗生素含量高等诸多问题，造成严重环境污染( 杨军，1 9 9 7 ；k i j m m e r e r ，2 0 0 1 ； r o m a n h ，1 9 9 9 ；a a i - a h m a d ，2 0 0 0 ) 。对此类废水治理以生物处理法为主( 丁雷，2 0 0 4 ； 孙京敏，2 0 0 7 ) ，目前对该种废水治理工艺方面的研究已经很深入( 巩有奎，2 0 0 5 ) ，但对生 物处理过程中效应菌株研究甚少。 p 内酰胺环类抗生素作为黑龙江省医药生产企业的主打产品，在我省乃至全国的抗生素 生产中一直占有绝对优势的份额，但是在创造了巨大经济效益的同时，也对周围环境造成了 十分严重的污染。本试验力图从活性污泥中分离筛选出既有强耐药性同时又对肛内酰胺环类 抗生素生产废水中的有机物质有较强降解的效应微生物，并探索其生长繁殖所需的最佳生物 学环境，为实际处理该种废水提供必要的参数，有望使治理这种废水的问题从本质上得到解 决。 1 2 抗生素生产废水环境污染现状和处理对策 1 2 1 抗生素生产所用原材料及动力消耗 抗生素生产的主要原料是淀粉、葡萄糖等碳源，豆饼粉、玉米浆、酵母膏、鱼粉等氮源， 无机盐和微量元素、维生素、生长素等几大类，还有专用的前体和促进剂。由于抗生素生产 所用的培养基成分大多是农副产品，分离过程( 特别是溶剂萃取) 要消耗大量有机溶剂。提取 用的溶媒，如醋酸丁酯、醋酸乙酯、丙酮等也是由粮食发酵所得。一般来说，每生产一公斤 抗生素要消耗粮食2 5 1 0 0 公斤，加之抗生素的生产原料利用率和提炼纯度都很低，所以造 东北农业大学理学硕十学位论文 成生产废水含有高浓度的有机物。 由于抗生素发酵过程中要不断地通气搅拌，对发酵培养基及发酵设备又要进行灭菌。在 提取抗生素时又要物料输送、真空过滤、离心分离、加热、冷却、蒸发干燥等化工单元操作， 这些工艺过程均要消耗大量的动力。蒸汽、压缩空气、水、电是抗生素生产必须的耗能的四 大公用系统。 1 2 2 抗生素生产废水的来源及特点 抗生素生产方法主要有以下三种方法：1 微生物发酵法；2 化学合成法；3 半化学合成法。 以微生物发酵法为例，该类方法生产抗生素的一般工艺流程和排污点见图1 1 ，各类抗生素 的生产废水水质特征和主要污染因子见表1 1 。 图1 1 抗生素发酵生产一般工艺流程及其排污点示意图 f i g1 - 1c o n c e p t u a ld i a g r a mo f t e c h n o l o g yi nm a n u f a c t u r e ro f a n t i b i o t i c s 2 引言 表1 1 几种主要抗生素废水水质及污染因子1 t a b 1 1p o l l u t i o nf a c t o ri nm a n u f a c t u r e ro f a n t i b i o t i c s m g l 。l 青霉素提取 氨苄青回收溶媒 霉素后 链霉素提取 卡那霉 提取 素 庆大霉 提取 素 四环素结晶母液 土霉素结晶母液 麦迪霉 结晶母液 素 丁醇提取 洁霉素 回收后 金霉素结晶母液 1 5 0 0 0 1 8 0 0 0 5 0 0 0 7 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 6 0 0 0 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 2 5 0 0 0 4 0 0 0 0 2 0 0 0 0 l o 0 0 0 3 5 0 0 0 1 5 0 0 0 4 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 5 0 0 0 2 3 0 0 0 l 0 0 0 2 0 0 0 2 5 0 1 0 0 0 2 5 0 0 0 l o o o 5 0 0 0 5 0 2 0 0 0 5 5 0 0 5 0 0 1 0 0 0p p b 2 开环物： n h 3 - n ：0 3 4 o 5 4 8 0 0甲醛： 1 0 0 8 0 6 0 0 5 0 7 0 1 1 0 0 2 5 0 0草酸：7 0 0 0 5 0 0 1 0 0 05 0 0 9 0 0草酸：i 0 0 0 0 7 6 07 5 0 1 0 0 05 0 1 0 06 0 0 2 0 0 0 8 06 0 0 乙酸乙酯： 6 4 5 0 1 数据为几个污水厂的出水浓度；2 p p b ：溴代十五烷基毗啶 抗生素生产废水的来源为： 1 发酵废水：本类废水c o d 为0 4 - 1 3 x 1 0 4 m g l 。当发酵不正常，出现染菌时，将导致 发酵过程失败，将发酵液排放到废水中，增大了废水中有机物及抗生素药物的浓度，使废水 中c o d 、b o d 5 值出现波动，此时废水的c o d 可高达2 3 x 1 0 4 m g l 。 3 东北农业大学理学硕士学位论文 2 酸、碱废水和有机溶剂废水：该类废水主要在提取过程中产生。如结晶废母液等。 3 设备与地板等洗涤废水：洗涤水的成分与发酵废水相似，c o d 为0 0 5 一- 1 5 x 1 0 4 m g l 。 4 冷却水：废水中污染的主要成份是发酵残余的营养物，如糖类、蛋白质、无机盐类， 还包括酸、碱、有机溶剂和化工原料等。 抗生素生产废水水质特点： 1 从抗生素生产所用原料及工艺特点可以看出，该类废水成分复杂，有机物浓度高、溶 解性和胶体性固体浓度高、p h 值经常变化、温度较高、带有颜色和气味、悬浮物含量、含有 难降解物质和有抑菌作用的抗生素，有很强的生物毒性。 2 抗生素生产废水c o d 浓度高( 0 5 8 x1 0 4 m g l ) 主要是因为发酵残余基质及营养物、溶 媒提取过程的萃余液、经溶媒回收后排出的蒸馏釜残液、离子交换过程排出的吸附废液、水 中不溶性抗生素的发酵滤液及染菌倒罐废液等。 3 废水中s s 浓度高( o 5 - 2 5 m g l ) 主要为发酵残余培养基和发酵产生的微生物菌丝体，如 庆大霉素s s 为8 0 x 1 0 3 m g 几左右。 4 存在难生物降解和有抑菌作用的抗生素等毒性物质由于抗生素得率较低约为0 1 o 3 ( 质量) ，因此废水中残留抗生素含量较高，如四环素生产废水中的残余浓度为0 1 1 0 x 1 0 3 m g l 。 此外，抗生素生产废水还有硫酸盐浓度高，水质成分复杂，且间歇排放，冲击负荷较高 的特征。可见抗生素工业废水是一类难降解、有声无毒性、高浓度有机废水。 1 2 3 抗生素生产废水的处理方法 从2 0 世纪7 0 年代开始，发达国家开始将这类药品的生产向发展中国家转移，其原因之 一就是废水处理问题。目前国内3 0 0 多家企业生产占世界产量2 0 - 3 0 的7 0 多个品种的 抗生素，废水排放量大，水体污染严重。常用抗生素废水处理方法包括：物化法、生化法及 其他组合工艺。这里着重介绍近年来国内外研究机构在抗生素废水处理的研究中取得的进 展。 1 2 3 1 物化法 1 混凝法 抗生素生产废水成分复杂，冲击负荷大，采用生化处理时容易导致出水水质不稳定。吴 敦虎等利用自制的聚合氯化硫酸铝( p a c s ) 和聚合氯化硫酸铝铁混凝剂( p a f c s ) 处理c o d 为 1 0 - 4 0 x 1 0 3 m g l 的制药废水，分两次混凝投加处理剂时，c o d 去除率均在9 3 以上，出 水c o d l o o m g l ，并且p h 、s s 均可达国家一级排放标准( 吴敦虎，2 0 0 0 ) 。 4 引言 2 吸附法 吸附法可作为高浓度有机废水经生物处理后的深度处理。张满生等利用两级炉渣吸附和 三级活性炭吸附对青海制药集团原料药生产废水进行深度处理，当进水c o d 为1 1 x 1 0 3 m g l 时，三级吸附后c o d 可降至3 0 0 m g l 以下( 张满生，1 9 9 9 ) 。该方法投资小，工艺简单、操 作方便、易管理，较适宜对原有污水厂进行工艺改进。 3 光降解法 该技术具有新颖性、高效性、对废水无选择性等优点，尤其适合于不饱合烃的降解，且 反应条件温和，无二次污染，具有很好的应用前景。李耀中等以二氧化钛作催化剂，利用流 化床光催化反应器处理制药废水，考察了在不同工艺条件下的光催化效果。结果表明，进水 c o d 分别为5 9 6 、8 6 1 m g l 时，采用不同的试验条件，光照1 5 0 m i n 后光催化氧化阶段出水c o d 分别为1 1 3 、1 2 4m g l ，去除率分别为8 1 0 、8 5 6 ，且b o d5 c o d 值也可由0 2 增至0 5 ， 提高了废水的可生化性( 李耀中，2 0 0 3 ) 。郑玉峰等研究了二氧化钛催化剂投加量与紫外光催 化氧化效果的影响。结果表明，催化剂的最佳投加量随制药废水中c o d 初始浓度的增加而 增加，但对于任意高浓度的c o d 而言，在入射光通量一定的条件下，投加量有一个上限值， 试验中该值为8 6 1 m g l ，高于此值，则催化剂投加量不再是降解效率的促进性因素( 郑玉峰， 2 0 0 2 ) 。试验中c o d 的降解过程符合一级动力学的规律，反应速率常数k 与污染物初始浓度 基本上呈一0 5 级的动力学关系。程沧沧的研究结果表明，u v t i 0 2 一f e m o n 试剂系统对含 有硝基苯类化合物的抗生素废水具有显著的光降解作用，其适宜的p t - i 值为8 9 ( 程沧沧 等，2 0 0 1 ) 。 光催化氧化法仍然存在不足，目前应用最多的t i 0 2 催化剂具有较高的选择性且难于分离 回收。因此，制备高效的光催化剂以处理污染物组成复杂、含量高的难降解有机废水是该方 法广泛应用于环保领域的前提。 4 电解法 电解法是一种较为成熟的工艺，广泛应用于工业废水的处理过程中。张月锋等考察了在 甲红霉素废水中加入n a c i 电解质，电解阳极间接氧化法的处理效果( 张月峰，2 0 0 2 ) 。结果 表明，电解产物n a c i o 具有极强的氧化性，当进水c o d 为3 3 x 1 0 4 m g l 时，其c o d 去除率 可达4 6 1 ，但此法对废水色度去除所需电解时间较长。 微电解技术是被广泛研究与应用的一项废水处理技术。铁屑中铁和碳组分( 或另加入的 焦炭等) 构成微小原电池，以充入的废水( p h 值为3 6 ) 为电解质溶液，以电化学反应为 主，集合多种去污作用，对多种难降解有机废水都有较好的处理效果。邹振扬等在常温常压 5 东北农业大学理学硕士学位论文 下在固定的浸滤柱内加装活性炭一铁屑为滤层，以m n ”、c u 2 + 作催化剂，对四环素制药厂综 合废水的处理。结果表明，活性炭具有较大的吸附作用，同时在管中形成的f e c 微小电池 将铁氧化成氢氧化铁絮凝剂，使固液分离，浊度降低( 邹振扬，1 9 9 9 ) 。加入的m n 2 + 、c u 2 + 还可以促进絮凝剂的生成。利用微电解法作为无环鸟苷、肌苷、病毒唑和抗感染原料药生产 废水生物处理的预处理( 张亚楠，2 0 0 2 ；肖利平，2 0 0 0 年) ，均取得了较好的效果。微电解 水解酸化一生物接触氧化工艺已成功应用于实际工程中处理呋喃唑酮( 痢特灵) 生产废水 ( 许炉生，2 0 0 3 ) 。当原水c o d 为1 9 1 0 4 m g l 时，其出水c o d 可降至2 3 0 m g l 。处理后 出水各项指标满足g b8 9 7 8 1 9 9 6 ( 污水综合排放标准) 要求。 5 膜分离法 近几年，随着膜技术的不断发展，将膜分离技术应用于抗生素废水处理的例子越来越多。 该技术主要特点：设备简单、操作方便、无相变、无化学变化、处理效率高和节约能源。纪 树兰等利用n f 4 型纳滤膜对洁霉素废水进行的浓缩实验表明，使用n f 4 型纳滤膜浓缩废水， 经历6 0 h ，水样中的洁霉素质量浓度由最初的2 1l m g l 浓缩到了1 9 x 1 0 4 m g l 左右，洁霉素 的回收率可达9 5 ；原水c o d 质量浓度为1 2 x 1 0 4 m g l ，出水c o d 约为2 0 3 0 x 1 0 3 m g l 其对c o d 的截留率始终大于8 0 ( 纪树兰，2 0 0 1 ) 。张林生等用n f 9 0 纳滤膜处理水杨酸 废水，c o d 为4 0 5 0 x 1 0 3 m g l ，去除率达8 0 以上，水杨酸回收后可用于生产。利用该技 术对抗生素废水进行浓缩分离，有良好的经济效益和社会效益( 张林生，2 0 0 5 ) 。 1 5 3 2 生物法 1 好氧生物处理法 欧、美、日等国从2 0 世纪4 0 年代生产青霉素时就已经开始利用生物法处理该类废水， 因受当时处理技术的限制至2 0 世纪7 0 年代几乎全部采用好氧处理技术。常用的好氧技术包 括深井曝气、生物接触氧化、延时曝气、s b r 等。v a n s e v e r s 在常规活性污泥法处理青霉素 废水系统中加入含有絮凝物质( v e 2 + 、m n 2 十) 和营养物质的复合体5 0 s ，并控带l j m ( c o d ) ：r n f n ) ：m = 1 0 0 ：5 ：2 ，在低温操作条件下( 0 2 m g l 时，对硝化菌构成有效的抑制，实现亚硝酸盐的稳定积累。 抗生素废水属高浓度有机废水，通常仅采用常规的好氧生物处理难以处理高c o d 的废 水。需要大量的清水或生活污水对抗生素废水进行稀释，消耗较大的动力，资金投入较大。 2 厌氧生物处理法 目前，国内外处理高浓度有机废水主要是以厌氧法为主。用于抗生素废水处理的厌氧工 艺包括：上流式厌氧污泥床( u a s b ) 、厌氧复合床( u b f ) 、一体化两相厌氧反应器、厌 氧折流板反应器( a b r ) 等。买文宁等将u a s b 和u b f 进行了对比试验，结果表明，u b f 具有反应液传质和分离效果好、生物量大、生物种类多、处理效率高和运行稳定性强的特征， 是实用高效的厌氧生物反应器( 买文宁，2 0 0 2 ) 。将u b f 运用到工程实际( 有机废水量为 3 1 0 m 3 d ) 中的结果表明，6 个月的启动运行后，u b f 处理乙酰螺旋霉素生产废水，试验c o d 容积负荷为6 0 x 1 0 3 m g ( m 3 d ) ，进水c o d 为9 1 x 1 0 3 m g l 时，出水c o d 可降至0 8 x 1 0 3 m e c l 。 一体化两相厌氧反应器中可分为产酸相和产甲烷相，它们分别为不同的微生物种群提供了各 自适宜的p h 值、氧化还原电位等生态条件，并且不受其他相的影响。利用一体化两相厌氧 反应器处理含高浓度硫酸盐的抗生素废水时能够充分利用产酸相的优势，避免s 0 4 2 了时产甲烷 相的不利影响( 祁佩时，2 0 0 0 ) 。a b r 实际上是一种将多个u a s b 集于一个反应器且构造比 u a s b 更为简单的多级阶段两相反应器。p s o x 等应用a b r 工艺处理c o d 初始质量浓度 2 0 x1 0 4 m g l 的含硫( m ( c o d ) ：m ( s 0 4 2 户8 ：1 的制药废水，结果表明，控制h r t 为2 4 h ，c o d 去除率为5 0 ，s 0 4 厶去除率可达9 5 ，且s 0 4 2 。在第一隔室中几乎被完全转变成硫化物，沿池 长方向硫化物含量逐步增加而h 2 s 含量降低，从而利于后续甲烷化作用( f o x p ，1 9 9 6 ) 。 陈业钢等经过试验得出：采用水解酸化厌氧工艺处理高浓度含硫酸盐的青霉素生产废水是 可行的( 陈业钢，2 0 0 2 ) 。利用水解酸化的优势，能够避免s 0 4 2 j 时厌氧反应器的不利影响( 陈 宏，2 0 0 3 ) 。即使在s 0 4 2 质量浓度达1 3 x 1 0 3 m g l ，系统仍表现了良好的适应性。其水解酸 化反应器c o d 容积负荷可达1 6 1 0 4 m g l ，厌氧反应器c o d 容积负荷达8 7 x 1 0 3 m g m 。 高浓度有机废水经厌氧处理后，其出水c o d 仍大于1 0 x 1 0 3 m g l ，必须接好氧生化处理 以达到排放标准。 3 厌氧好氧法 厌氧好氧组合工艺中，厌氧阶段的容积负荷高，抗冲击负荷能力强，能够降低系统的 基建费用，同时还可以回收沼气。好氧阶段的主要作用是进一步降低厌氧系统出水的各项污 染指标，以达到排放标准。目前较多采用的是u a s b + s b r 工艺。陈宏等在u a s b 反应器的 7 东北农业大学理学硕士学位论文 顶部加设弹性立体填料，增加了接触面积，能够高效处理抗生素废水，稳定运行时u a s b + s b r 复合工艺c o d 的去除率可达9 8 以上，出水的各项指标均满足一级排放标准。陆正禹等利 用中温u a s b 反应器处理链霉素生产废水并研究了反应器中颗粒污泥的生成，结果表明，试 验中颗粒污泥的形成与硫酸盐的存在有一定关系( 陆正禹，1 9 9 7 ) 。硫酸盐在厌氧过程中被 还原为硫化物，与某些金属离子形成不溶性颗粒，为颗粒污泥的形成提供了原始核心，这说 明适量硫酸盐( 质量浓度 2 株组；同等株数组合的条件下有 b 4 菌株存在，水样中的有机物降解率高于其他组；b 2 + b 4 + b 5 + b 7 组效果最好。这也说明好 氧曝气处理抗生素生产废水是活性污泥中各种菌协同作用的结果。 表3 7 各效应菌株组合对水样中有机物的降解能力 t a b3 - 7t h er e m o v a lo f o r g a n i c sa f t e ra d d i n gs t r a i n sc o m b i n e d 结果与分析 3 7 效应菌株组合最适作用条件测定结果 3 7 1 最适温度的测定结果 微生物的生长过程实际上是一系列的生物化学反应，而这些反应的速率都受温度的影 响。在最适温度范围内，若反应温度升高，则反应速率增大，微生物增长速率也随之增加， 处理效果相应得提高。当温度超过最高生长温度的时候，会使微生物的蛋白质变性及酶系统 遭到破坏而失去活性，导致微生物死亡。低温对微生物往往不会致死，只有频繁的反复结冰 和解冻，才会使细胞受到破坏而死亡。但是低温使微生物的代谢活力降低，通常在5 以下， 微生物的代谢作用就大大受阻，处于生长繁殖的停滞状态。所以在废水处理的过程当中，应 注意控制水温。 将效应菌株组合接入水样当中，利用恒温摇床，分别在2 0 、2 5 、3 0 、3 5 、4 0 、4 5 、5 0 、 6 0 的条件下进行培养，测定效应菌株组合对水样中有机物的去除率。 由图3 - 5 可以看出，效应菌株组合在2 5 - - - 3 5 c ，能较好的发挥作用，对水中有机物的降 解作用明显。4 0 。c 以上，有机物去除率逐渐下降，6 0 2 仅为3 5 1 ，降解效力尚不及最适温 度的一半。 8 0 7 0 ，、6 0 更 i 5 0 赣4 0 壑3 0 年； 忙2 0 1 0 0 2 02 53 03 54 04 55 06 0 温度( ) 图3 5 培养温度对效应菌株组合的影响 f i g3 - 5i n f l u e n c eo fe f f e c ts t r a i n sc o m b i n e di nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 4 i 东北农业大学理学硕士学位论文 3 7 2 最适摇床转数的测定结果 根据微生物与分子氧的关系将微生物分为好氧微生物、兼性厌氧微生物及厌氧微生物。 本实验所筛选的活性污泥中好氧微生物来说，氧的主要作用有两个：( 1 ) 作为微生物好氧呼 吸的最终电子受体；( 2 ) 参与甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成。同时好氧微生物又能抵抗 在利用氧的过程中产生的有毒物质。如过氧化氢( h 2 0 2 ) 、过氧化物和烃自由基( o h ) 。好 氧微生物能产生相应的过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶分解上述物质，从而使自 身不至于中毒( 周群英等，2 0 0 2 ) 。 好氧微生物的需要的是溶于水的溶解氧。在污水处理中，通常采用表面叶轮机械搅拌、 鼓风通气、压缩空气曝气、溶气释放器曝气、射流器曝气等充氧装置为好氧微生物提供充足 的溶解氧。在本实验中，摇床转数代表的是整个反应体系得通气量。本实验筛选的是处理b 内酰胺环类抗生素生产废水好氧曝气阶段的效应菌株，氧气是否充足也是影响治理效果的一 个重要因素。 由图3 - 6 可以看出，当摇床转1 0 0r m i n - - 1 7 5r m i n ，效应菌株组合对水样中有机物有较 强的降解作用，继续提高摇床的转数并不能提高有机物的去除率。这是因为，摇床速度的增 加，气液相接触的比表面积增加，气膜和液膜的厚度减小，氧的传质阻力减小，水中溶解氧 的浓度增加，微生物的生长繁殖加快。但当摇床转数过高的时候，使得细菌间碰撞太激烈， 反而不利于微生物的生长，造成有机物降解能力的下降。 _ 、 誉 v 卜 篮 戒 霉 墨 怔 7 0 摇床转数( r r a i n - 1 ) 图3 - 6 摇床转数对效应菌株组合的影响 f i g3 - 6i n f l u e n c eo f e f f e c ts t r a i n sc o m b i n e di nd i f f e r e n tr e v o l u t i o n 4 2 结果- 与3 3 析 3 7 3 最适初始o h 的测定结果 初始p h 值对效应菌株组合的影响微生物的生化反应是在酶的催化作用下进行的，酶的 基本成分是蛋白质，p h 值对微生物生长繁殖的影响体现在酶的电离过程中，电离的形式不同， 催化的性质也不同，一般认为p h 值是影响酶活性重要因素之一。 污水处理中生物处理的p h 值宜维持在6 5 以上至8 0 之间，因为p h 在6 5 以下的酸性 环境不利于细菌和原生动物的生长，尤其对菌胶团细菌不利。相反对霉菌和酵母菌有利。由 于多数霉菌不像细菌那样分泌粘性物质在细胞外，如果活性污泥中有大量的霉菌繁殖，就会 降低活性污泥的吸附能力，造成活性污泥絮凝性变差、处理能力下降，甚至导致活性污泥膨 胀。因此，要达到比较好的处理效果，就需要测定出最适的p h 值。 将效应菌株组合接入水样当中，利用恒温摇床，分别在p h 值为3 、4 、5 、6 、7 、8 、9 、 1 0 的条件下进行培养，测定各效应菌株对水样中有机物的去除率。 由图3 7 可知，当p h 值为6 8 之间的时候，效应菌株组合对水中有机物的降解效力最 强。酸性环境下有机物的去除率最低，说明了低p h 值环境不利于效应菌株的生长。 45678 p h 值 图3 7p h 值对效应菌株组合的影响 f i g3 - 7i n f l u e n c eo fe f f e c ts t r a i n sc o m b i n e di nd i f f e r e n ti n i t i a lp h 4 3 加 的 加 加 o 霉v祷凿稍霉暴怔 东北农业大学理学硕十学位论文 3 7 4 最适作用条件组合的测定结果 3 8 。 1 以上述试验得到的各项最适作用条件范围的基础上，设计正交试验的水平与因素见表 表3 8 作用条件正交试验因素与水平 t a b3 8t h ef a c t o ra nl e v e lo fo r t h o g o n a le x p e r i m e n to nt r e a t m e n tc o n d i t i o n 2 最适作用条件组合的测定结果见表3 - 9 ，方差分析的得出各操作条件对有机物去除率的 影响顺序为：温度 摇床转速 p h 值；最佳的条件组合为温度3 5 、转速1 5 0r m i n l 、初 始p h = 7 0 。 表3 - 9 作用条件正交实验结果 t a b3 - 9r e s u l to fo r t h o g o n a le x p e r i m e n to nt r e a t m e n tc o n d i t i o n 注：m i 为同一列水平号为i 的去除率总和；m i 为m i 的平均值：t 为去除率总和；y 为所有 去除率的平均值；马为各列极差；s j 为各列离差平方和。 结果与分析 3 8 磷元素的添加对水样中有机物去除率的影响 当水样中的磷含量为4 0 m e j l 左右的时候有机物去除率可达9 5 以_ j 2 ，见图3 8 ，继续提 高k 2 h p 0 4 的添加量并不会明显提高有机物的去除率。p 内酰胺环类抗生素生产废水中含有 大量有机物和氨态氮，可作为微生物生长所需要的碳源和氮源，而微生物生长对营养物质的 最佳需求比例为碳源：氮源：磷= 1 0 0 ：5 ：1 ，此废水中磷含量相对较少，所以添加适量k 2 h p 0 4 可以提高水样中有机物的去除率。 毋 瓣 笾 粕 s 墨 陋 2 0 磷元素含量( m g l ) 图3 8 添加r d t p 0 。对水中有机物去除率的影响 f i g3 - 8i n f l u e n c eo fe f f e c ts t r a i n sc o m b i n e di nd i f f e r e n tk 2 h p 0 4 3 9 效应菌株组合对含不同浓度有机物水样的净化效果 水样中有机物降解率随着起始浓度的增加，大体上呈正态分布，加入效应菌株组合的实 验组和对照组相比有明显的优势，有机物去除率提高1 0 以上；有机物浓度6 0 0 0 m g l 以上 的时候对照组效率开始下降，而效应菌株组则在8 0 0 0 m g l 的时候仍对水样中有机物有很好 的去除率；由图3 - 9 可以看出，和对照组相比，水样中有机物浓度的变化对效应菌株组的影 响不大，加入效应菌株组合后，整个活性污泥体系抗冲击能力增强。 4 5 g鲥吕5明踮泓眈 东北农业大学理学硕+ 学位论文 ，、 錾 僻 篮 柏 雾 搴 忙 一对照组一效应菌株组 2 0 0 04 0 0 06 0 0 08 0 0 010 0 0 015 0 0 0 有机物起始浓度( m g l l ) 图3 - 9 不同浓度有机物水样的净化效果 f i g3 - 9t h eo r g a n i c sr e m o v a lo f t h ed i f f e r e n ti n i t i mc o n c e n t r a t i o n 3 10 小型模拟反应器模拟回归实验结果 由图3 1 0 和图3 1 1 结果可以看出，进水c o d c 。= 3 7 0 0 m g l ，加入高效菌株组合的活性污 泥，2 4 h 的时候，对废水中有机物质除去率达到9 0 以上，c o d c n - - 2 9 0 m g l ，已经达到了国家 规定的工业废水二级排放标准；而不加高效菌株组合的对照组，达到这一标准，则需4 8 h 以 上。效应菌株对促进废水中有机物的降解方面作用明显。 + 出水t 去除率 4 0 0 0