（化学工程与技术专业论文）焦化废水处理中高效功能菌的筛选.pdf

摘要 摘要 本课题是某钢铁集团生物强化法处理焦化废水研究项目的第一阶段土 作。本研究的主要目的是采集、分离、筛选高效功能菌，进行一些有效的组 合， 并对其应用进行探索，实现高效功能菌对焦化废水中有色物质的有效降 解。 在实验中，我们采用溶剂选择性实验、双水相和絮凝等技术，把废水中 的成色物质分离为六个组分，并通过凝胶渗透色谱、液相色谱、质谱和薄板 层析等方法探索了儿个馏分的成分。通过实验发现宝钢好氧段出水中难降解 的主要有机物不是分子量在 2 5 0以下的小分子有机物，而是分子量在 3 0 0 左 右及其以上的。 可溶部分的较大分子量达到1 0 0 0以上。 未发现主要成分含有 苯环和杂环的证据。 通过实验建立了不明靶物低浓度有机废水中功能菌的选择性富集和分离 的方法。实验过程中采用了改良的富集和分离技术，并使用特殊的色素培养 基配方， 经反复分离纯化， 从焦化废水系统及类似污染源分离到8 4 株纯培养。 采用r a n k 氧电极测耗氧速率法进行筛选， 通过初筛和复筛， 获得了一批 降解效果较好的菌株。其中， 对正丁醇抽提物效果最好的菌株，其耗氧速率 可达到 3 . 7 7 m g / l h , n值也达 4 . 5 4 。 对酸性水相浓缩物降解效果最好的菌 株，耗氧速率为 3 . 1 5 m g / l h , n值为 3 . 3 1 。考虑到蓝色物和二甲亚矾溶解 物这两个馏分的特殊性， 采用培养几天后测定反应物y l i 变化的方法对其进行 筛选。 并对菌株的反应动力学进行了初步研究， 对不明底物情况下k m 值的测 定做了探索。 实验还开展了高效降解菌的组合探索。组合菌对有色物质的降解效果明 显，达到焦化废水处理系统污泥活性的 5 -6 倍。摇床培养 2 4 小时后色度可 降至5 0 倍。色度和c o d c r 去除率分别提高了5 7 . 1 % 和6 5 . 4 % 0 关键词:焦化废水， 成色物质， 高效功能菌， 筛选， 组合菌 ab s t r a ct ab s t r a c t t h i s s u b j e c t w a s t h e f ir s t s t a g e o f a r e s e a r c h i n g p r o j e c t f o r c o k i n g w as t e w a t e r t r e a t m e n t b y b a c t e r i o ly s i s t e c h n i q u e , w h i c h w a s s u p p o r t e d b y a s t e e l g r o u p . t h e m a in p u r p o s e o f t h i s r e s e a r c h w as t o c o l l e c t , i s o l a t e , a n d s c r e e n b a c t e r i a t o c o m b i n e , a n d t o t r y t o a p p l y t h e m i n t h e t r e a t m e n t s y s t e m t o d e g r a d e t h e c o l o r e d m a t e r i a l i n t h e c o k in g w as t e w a t e r . i n t h e e x p e r i m e n t , t h e c o l o r e d m a t e r i a l w a s s e p a r a t e d t o s i x c o m p o n e n t s b y b ih y d r o f a c i e s e x t r a c t i o n m e t h o d . a n d i t w a s f o u n d t h a t t h e m o l e c u l a r w e i g h t o f t h e r e fr a c t o r y m a t e r i a l i n c o k i n g w a s t e w a t e r w as m a i n l y a b o u t 3 0 0 , s o m e d i s s o l v a b le m a t e r i a l w a s a b o v e 1 0 0 0 , a n d t h a t b e n z e n e r in g a n d h e t e r o c y c l i c r i n g w e r e n o t f o u n d in m a i n c o m p o n e n t s . t h e s e l e c t i v e e n r i c h i n g a n d s e p a r a t i n g m e t h o d s o f u n c e r t a i n l o w c o n c e n t r a t i o n m a t e r i a l d e g r a d a b l e s t r a i n s w e r e e s t a b l i s h e d . a d o p t in g i m p r o v e d e n r i c h m e n t a n d i s o l a t i o n t e c h n o l o g ie s a n d s p e c i a l s e l e c t i v e c u l t u r e m e d i u m , 8 4 s t r a i n s w e r e o b t a i n e d fr o m c o k i n g w a s t e w a t e r s y s t e m a n d s i m i l a r p o l l u ta n t . t h e s p e c i a l s c r e e n i n g m e t h o d勿 r a n k o x y g e n e l e c t r o n w a s a d o p t e d , a n d h i g h - e f f i c i e n t d e g r a d a b l e s t r a in s w e r e o b t a i n e d a f t e r t w o r o u n d o f s c r e e n i n g . a m o n g t h e m , t h e h i g h e s t o x y g e n c o n s u m i n g r a t e s o f b u t a n o l e x t r a c t i o n w a s 3 .7 7 m g / l h , a n d t h e h i g h e s t v a l u e o f n i s 4 . 5 4 , t h e h i g h e s t o x y g e n c o n s u m i n g r a t e s o f m a t e r i a l i n t h e a c i d i c w a t e r p h as e i s 3 . 1 5 m g / l h , a n d h i g h e s t v a l u e o f n i s 3 .3 1 . i n v i e w o f t h e p a r ti c u l a r i t y o f t h e b l u e c o l o r e d m a t e r i a l a n d t h e m a t e r i a l d i s s o l v e d i n d i m e t h y l s u l f o x i d e , t h e m e t h o d o f s u r v e y i n g p h c h a n g i n g w as a d o p t e d . a n d t h e r e a c t i o n k i n e t i c s w e r e r e s e a r c h e d , a n d t h e v a l u e o f mi c h a e l i s - me n t e n c o n s t a n t km wa s d e t e r mi n e d i n t h e s i t u a t i o n o f u n c e r t a i n s u b s t r a t e mi x e d c u l t u r e e x p e r i m e n t w a s m a d e . d e g r a d a t io n a b i l i t y o f t h e m i x e d c u l t u r e w e r e g r e a t ly i m p r o v e d , a b o u t 5 - 6 t i m e s o f t h a t o f o r i g i n a l a c t i v a t e d s l u d g e a ft e r 2 4 h o u r s o f c u l t i v a t i o n i n s h a k e r , t h e c h r o m a t i c i t y w a s d e c r e as e d t o 5 0 t i m e s . i i ab s t r a c t t h e r e m o v i n g r a t e s o f c h r o m a t i c i t y a n d c o d c r w e r e i n c r e as e d b y 5 7 . 1 % a n d 6 5 4%. k e y w o r d s : c o k i n g w a s t e w a t e r , c o l o r e d ma t e r i a l , d o m a i n s t r a i n , s c r e e n , mi x e d cu l t u r e . i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本:学校有权保存学位论文的印刷本和电 子版，井采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 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投加遗传工程菌 ( g e m ) b ( 1 ) 投加有效降解的 微生物 实施该技术的前提是获得可降解焦化废水中特定有毒难降解有机污染物的 菌株。 焦化废水具有代表性的有毒难降解有机物降 解菌见 表 1 . 1 a 表1 . 1 焦化废水中部分有机物降 解菌 污染物 降解菌株 葱醒 b a c i l l u s s u b i t i l l a n 一十 六烷 a c i n e t o b n a t e r s p . 多环芳烃类 m y c o b a c t e r i u m s p . s t r a i n p y r - 1 禁 p s e u r d o m o n a s p u t i d a ( n a h 7 ) 菲 a l c a l i g e n e s s p . p s e u d . p i c k e t i i 2 , 4 - 氯苯氧乙酸 p s e u d o m o n a s c a p a c i a 苯酚 c a d i d a m a l t o s a 埋系统，投加上 述降解性菌株 ( 菌剂)能否同样表现出高活性是国内外学者研 究的重点之一。有效的菌剂应满足: 投加后，菌体活性高;菌体可快速降 第一章 绪论 解目 标污染物;在系统中不仅能竞争生存，且可维持相当的数量。 王景9 1 等人通过驯化、 富 集、 培养， 从处理焦化废水的活性污泥中分离出两 株蔡降解菌w n l . w n 2 和1 株毗吮降 解菌w b l ， 研究了 投加高效菌种及微生物共 代谢对焦化废水生物处理的 增强作用。 结果表明， 投加共代谢初级基质、 f e 。 和 高效菌种均能促进难降解有机物的降解，提高焦化废水 c o d去除率，当二者协 同作用时，效果更好。 ( 2 )投加营养物和基质类似物 在常规活性污泥系统中可降解月 标污染物的微生物数量与活性比较低，提 供目标污染物降解过程所需的引资，将有助于降解菌的生长，改善处理系统的 运行性能。投加基质类似物是针对代谢酶的可诱导性而提出的。利用目 标污染 物的降 解产物、前体作为酶的诱导物，提高酶活性。 作为诱导物 ( 基质类似物) 应考虑:毒性相对较低、价格低廉且有多种用途，并在无富集培养基质 ( 目标 污染物)时，诱导物可维持富集培养物的生长特性与污染物降解动力学。 对于投加诱导物的作用，c a r d i n a l等研究了在富集反应器中投加诱导 物富 集焦化废水p h a降解菌，以期强化系统去除p i i a性能。在选用诱导物 卜 ，考虑 到如下的原则: 能产生广亲和性酶。研究表明二甲苯的生物降解前几步是由 广亲和酶参与，而这些酶由 基质类似物所诱导; 酶的诱导性。 活性污泥中微 生物呈多样性，存在着可被一些化合物诱导产生降 解目 标污染物过程所需的酶。 这种酶有专一性基因编码，可能存在于染色体，也可能在质粒上。已有研究表 明焦化废水降解禁的 p s e u d o m o n a s菌株中，所需酶基因即属这种情况。并且发 现该菌种长时间保藏时，一旦维持基质耗尽不能诱导必须酶，即导致微生物群 体中 降解禁活性的丧失; 维持生长基质， 采用目 标污染物本身来富集与维持 降解微生物的遗传信息，从经济与安全角度来看不甚理想，比较合理的方法是 寻找一种无毒又可诱导产生必需酶的化合物。研究表明，在富集反应器的生物 强化过程系统中，有效的应用诱导物，不仅可以维持降解目 标污染物的活性， 还可降低连续操作带来的毒性问题。 ( 3 ) 投加基因工程菌g e m 近 1 0 年来， 通过基因工程技术构建具有特殊降解功能的遗传工程菌已有一 些 进 展1u t3) 。 微生 物的 育 种 方 法主 要有 诱 变育 种、 原 生 质 体 融 合和 基因 工 程i9 其中 诱变在污染物高效降解工程的研究中应用较少。以原生质体融合和基因工 第一章 绪论 程技术定向较为准确，效率最高。 c h a k r a b a y t y 最早采用基因工程手段， 在同一菌株中组入4 种假单胞菌的遗 传基因。这些细菌分别带有 c a m , o c t , s a l和 n a h降解质粒 ( 分别降解苯、甲 苯、辛烷和樟脑) ，得到的丁程菌具有非凡的能力，能同时降解焦化废水中的芳 烃、和多环芳烃等。降解石油的速度快、效率高，在几个小时内能降解海上溢 油中2 / 3的烃类。 目前应用最为普遍的方式是直接投加对目标污染物具有特效降解能力的微 生物。经过筛选、培养、驯化之后的特效微生物投入到废水中，以目 标污染物 为唯一碳源和能源， 废水中的微生物可以附着在载体上，形成高效生物膜，也 可以以游离的状态存在。有些生物强化是借助反应器来完成的，人们研究发明 了各种新型生物强化反应器来处理各种类型的污染物，在实际中也取得了很好 的 效 果 :14-17 生物强化技术在现代废水治理中的应用日 益引起人们的兴趣与关注。该方 法可有效提高有毒有害物的去除效果，改善污泥性能，加快系统启动，增强系 统稳定性、耐负荷冲击能力等，操作简便，易于管理。更重要的是它可以在不 扩充现有的水处理设施的情况下，提高其水处理范围和能力。 1 . 4造成色度的污染物的生物降解 焦化废水为棕黑色，色度高，经一般的生物处理后，色度有一定的去除， 但仍为棕黄色。目 前国家对焦化废水的排放提出了新的指标，要求外排水色度 低 = 5 0 倍。 焦化废水色度的具体组成物质和对焦化废水能有效脱色的菌株研究尚未见 报道。 以 前报道的菌株通常用于染料或者印 染废水的 脱色 19- 2 9 。 生物脱色在染料 废水的处理中应用较为广泛，但生物脱色一般对碱性染料效果较好，而其它类 型的染料通常在生物脱色后，结合使用吸附 和絮凝法才能实现完全脱色x 28 1 。生 物脱色又包括污泥吸附和染料分解。研究结果表明，吸附依赖于染料的结构， p h 和 废水的 组 成2 9 ) (3 0 d p h 较 低时， 有 利于 吸附 ，当 染料浓度为1 0 - 5 0 m g / i 时， 被吸附 量与 溶液中的 浓度呈线性关系。 活性污泥的 吸附容量为0 . 0 1 - 4 ( 染料 / 干污泥) 。 一般说来，含- o h ，- n 0 2 ， - n = n - 基团以 及倾向于使染料分子结构变大 第一章 绪论 而甚至对活性染料和直接染 料也不吸附【3 0 。 在污泥吸附之后，吸附有染料的污 染物可在厌氧条件下消化。大多数染料可被脱色，脱色的机理仍在研究中， 般认为是染料的发色基团 被分解去除。生物炭吸附 法有助于脱色i, l 1石灰、明 矾、 f e c l , 和f e , s o ; 以 及有机试剂的絮 凝和沉淀也可以 取得较好的处理效果二3 3 据报道，染料脱色菌有产气单胞菌、节杆菌、芽抱杆菌、葡萄球菌、副球 菌、邻单胞菌、黄杆菌、枯草杆菌、假单胞菌等，需氧或兼氧生长，对不同的 染料有不同的脱色效果。 一般来说， 活性、 直接、 酸性分散类染料较易脱色3 4 1 还有报道采用红平红球菌 ( r h o d o c o c c u s e r y t h r o p o l i s )生产微生物絮凝剂， 不但对无机和有机的悬浮物有显著的效果，而且对可溶性着色物质也有优异的 脱 色 效 果 。 1 . 5环境微生物菌剂技术研究现状 环境生物技术诞生八十余年来取得了迅猛的发展，成为污水治理的主导技 术。它取之于自 然，用之于自 然，没有环境物理化学技术的副作用，显得格外 醒目。环境生物技术的关键是对降解污染起决定作用的高效降解菌，以及使降 解菌最有效地发挥作用的生物处理工艺和生物反应器。微生物资源丰富、种群 繁多、 代谢具有多样性，作为环境最强大的“ 清污者” ， 在反应技术系统 ( 工艺 和反应器)的支撑下，实现对犬然和人工合成有机化合物或有毒有害物质的完 全矿化，部分降解或生物吸附，因此被广泛应用于环境生物技术，且作为生态 系统中的一类重要成员，微生物对于维持生态系统的稳定也具有重大意义。 环境微生物菌剂技术就是从自 然界中分离、选育或重新构建对难降解污染 物的高效降解菌株和对环境有益的菌株，研究其生理生化特性、降解污染物机 理和适应、改善环境的能力及条件，针对被污染系统的特点，组合成适宜的微 生物生态系统。它是对环境生物技术的突破和发展。九十年代初国际土提出生 物整治 ( r i o r e m e d i a t i o n )的 新观点，即在被污染水体和陆地的区域环境内， 促进本地区土著菌 ( a u t o c h t h n o o u s o r g a n i s m s )生物降解的自 然过程，并适当 投加高效微生物菌种 ( a v a i l a b l e m i c r o b i a l s t r a i n s )强化自 然净化能力，使 污染环境得到修复。它是传统生物处理技术的延伸，进一步突出了高效降解菌 的作用，赋予了微生物菌剂技术新的内涵。 第一章 绪论 微生物菌剂技术的蓬勃发展已展现出诸多优点: 该技术处理效果显著， 性能稳定，使用简便。菌剂可以与活性污泥法二级生物处理结合使用，提高污 泥沉降性和对b o d , c o d 的去除率， 也可以利用己有1艺单独进行生物降解处理， 还可用于污染现场和区域环境污染的治理; 无三次污染。降解污染物的微生 物利用污染物为食物，在污染物存在时大量繁殖， 旦污染物被消耗完它就会 死亡，只留下无害的生物肥料。而环境物理化学方法，如化学絮凝剂只能把水 体中的污染物沉淀下来，并不能对它进行分解，污染物只是从液相转移到固相， 如果不进行深度处理，必将造成_ _ 次污染; 使用女全。研制菌剂时选用对人 体和动物无毒、无害，不致畸、致癌、致突变，对植物不致病的微生物组成降 解污染物的菌剂，则可保证其使用的安全性; 环境微生物菌剂技术易于 商品 化，有着诱人的应用前景和市场。许多发达国家，如美国、日本、以色列、英 国等均己开展此技术的研究与应用，并己有产品问世。但国外菌剂产品的高昂 价格成为其进入中国 环保市场的最大障碍。因此， 研制开发廉价高效多功能环 境微生物菌剂并进入环保市场，不但可为治理污染，修复环境作出贡献，获得 显著的社会效益，同时还可带来相当的经济效益，为环保科研成果与 市场经济 接轨开辟一条新路。在这领域与世界接轨己成为当务之急。同时这也是个 发展的良 好契机。 目 前， 对环境微生物菌剂的研究应用工作方兴未艾。7 0年代爱尔兰生化试 剂公司开发了一批微生物菌种，用于处理工业废水，提高净化速度。1 9 9 7年该 公司成立的子公司 专门出 售生 物降解素系列产品( b i o l y t e s y s t e m ) 。 如b i o l y t e 9 x 2 0 ，用于降低市政污水和普通污水中的 b o d和广泛的有机污染物。b i o l y t e c x 3 0 ，专门净化脂肪、润滑油和其它油类化合物， 用于肉 类和乳品加_ 废水。 b i o l y t e c x 7 0 ,是一种降解纤维素、木质素和其它纤维材料的菌剂，可 应用于 造纸纸浆及相关排放水。b i o l y t e c x 8 0 ，是降解工业废水中碳氮化合物、氧化 物，如有机染料、杀虫剂等有机化合物的菌剂产品。8 0年代，美国注意到微生 物菌剂潜在的市场，积极开展这方面的工作。美国克里夫兰大学洪永哲教授与 辛辛那地的环境科学总公司共同研制的微生物活菌液 ( 11 1 ,9 0 )由七种细菌组成， 投入城市污水处理曝气池中，可大大改善污泥沉降性， 提高b o d , c o d 去除率、 美国艾尔克蒙公司( a l k e n m a r r a g c o r p . ) 研制的由多种细菌组成的清洁液a l k e n c l e a r - f l o 4 0 0 。 型是一种去除厨房、洗涤间污垢的油脂消化剂。7 0 0 0 型适用于 第一章 绪论 分解动物废料中纤维、蛋白、脂肪和剩余碳水化合物，并达到除臭和脱氮的作 用，用途广泛。以休斯顿和得克萨斯为基地的生物环境技术有限公司 b i x e n v i r o - t e c h . t n 。开发的一类以腐生菌和兼性厌氧菌为基础的菌剂产品，有十 三个品种，应用丁 1 除臭、清洁阴沟、处理油脂和石油污染效果好，据报道其产 品对人无毒、无害、不致癌，对植物不致病。 近期，么高路易安娜州的 l r c技 术公司看好中国的环保菌剂市场， 提出愿与国家科委合作，推销其除油污的专 利菌剂产品。日本比嘉兆夫教授研制的新型复合微生物 ( e f f e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ) , 简称 e m菌剂，据介绍由 光合细菌、放线菌、酵母菌、乳酸 菌等 1 0 个属8 0 多种微生物复合培养而成， 用于厕所排放水净化， 2 4 h 可达饮用 水标准。对于一 个垃圾量以 巧%递增的城镇，使用 e m菌剂后垃圾量反而减少 1 5 %。 处理后的垃圾可作农肥。英国t s b 公司拥有 4 0 0多种环保菌种， 其开发 的菌剂可应用于废水处理。采用微生物菌剂对区域环境，特别是对石油污染的 海岸、水体、土壤等的生物整治也有报道。 其中在 a l a s k a p r i n c e w i l l i a m海 湾发生溢油事故后，造成几百公里海岸线石油污染，在其它方法处理花费大、 见效差的情况下，采用生物法进行就地解决，8 -1 0天后即见效果，2 - v 3周后 下层污染也开始降解，几个月后生物整治的 1 6 0 k m海滩上石油污染得到有效的 治理， 而其它地方仍含有大量石油污染。 这己 成为生物整治很好的 成功例证a a 国内对环保及相关菌剂的研究也显示了蓬勃生机。1 9 9 0年建立了环保菌种 库，1 9 9 4 年编写出版了我国 第一本环保微生物菌种目 录。 由此说明，国内外对环保菌剂的研究已成为热点。国外菌剂己有很多开发 商品走向市场。但从目前了解的情况看，国外菌剂主要集中在较易处理的 一 般 污染物和除油污、除臭等降解菌研究方面，专门针对焦化废水的微生物菌剂未 见公开报道。国外菌剂价格昂贵，而且多为水剂，使用成本高。 国内 开展了 一 些特异或毒性污染物降解菌种研究17 - 40 1 。但对菌种的开发使 用，对适应环境治理的复合菌剂及其相关技术研究、开发工作开展较少，商品 化程度差，也难为市场广泛接受。因而扩大菌剂技术的使用面，优化菌剂的使 用条件，降低菌剂的使用成本，加速菌剂技术的商品化，成为摆在我们面前的 重大课题。 第一章 绪论 1 . 6本课题的背景、内容及意义 上海宝山钢铁总厂焦化分)每年用煤量达 2 1 0万吨，产焦炭 1 7 1 万吨，日 产煤气2 1 0 万扩 ，有2 0 多种煤化工产品4 11 9 p 。 产生自 炼焦、煤气精制和化 ! _ 车 问的i艺废水成份复杂，除酚、氰外，还含大量氨，此外还含有硫化物、硫氰 化物和各种油状芳烃化合物，这些芳烃类化合物不但 c o d c r值高，而且很难降 解。该工程的各类工艺废水，首先在各土段经过不同程度的初步处理后，高浓 度酚氰废水汇入氨水大贮槽，萃取回收酚，低浓度酚氰废水最终汇入调整槽均 质后统一进入酚氰废水处理系统，统称为焦化废水处理系统。 该系统采用的工艺是日 前国内外较先进的a / 0 -0 处理工艺。从儿年的运行 情况来看，该1艺对n h 3 - n 的降 解率十分明显， 可达9 5 %以 上，对c o d 和t c n 的去除率也达到了7 5 %以上。但是c o d仍然超标2 . 5 倍，t c n 超标4 倍，色度 超标 1 0 倍14 .3 1现有的 焦化废水处理系统 ( 一、二期酚水处理) 是在原有的a / 0 - 0 生物脱氮处理工艺的基础上， 投加m - 1 8 0 混凝剂并辅以s d - 1 0 1 氧化脱色剂 进行综合处理。经过处理后的焦化废水中各种污染因子均可达到上海市废水综 合排放标准。但是该工艺的处理成本高，为进一步降低焦化废水的处理运行费 用，并为焦化废水回用创造条件，开展应用超级微生物脱色的试验，以期降低 处理成本。希望最终可以用微生物法取代化学法处理焦化废水。 污染物的降解程度高低不仅与工艺有关，同时和微生物的种类、数量以及 降解性能关系密切。从该焦化废水生化段污泥系统观察到，好氧系统中污泥密 实，无丝状菌，生物相以轮虫为主，可见草履虫、漫游虫等，微生物数量较少。 缺氧系统中污泥较密实， 颗粒体多。推测生化处理污泥系统中高效降解菌数量 少，种类搭配不合理，降解活性不高等因素是造成系统处理效果不甚理想的主 要原因。因此，提高高效降解菌的数量，增强降解菌降 解污染物的速率是改善 该焦化废水处理效果和降低处理成本的关键。 微生物菌剂的研究是焦化废水深度处理的关键，微生物菌剂的优劣直接影 响各项污染物的处理效果和系统运行成本的高低。针对生化处理阶段色度不够 理想的现状，着重进行脱色菌剂的研究工作。 本研究的目 的就是通过进一步采集、筛选有效降解菌并优化组合，实现降 解菌对宝钢焦化生化处理水中有色物质的有效降解。进一步降低焦化废水处理 第章 绪论 运行费用，为焦化废水回用创造条件。并通过试验室模型装置的运行研究，为 焦化废水回用研究提供可靠的技术基础，为实际运行积累微生物管理经验，推 进焦化废水生物治理新技术的应用。 第二章 成色物质的分离和分析 第2 章 成色物质的分离和分析 环境1 _ 程中污染物降解的微生物学工作，常常使用驯化方法。这种方法虽 然间避了靶物的研究，但对于难处理的废水，并不是万能的。尤其是低浓度废 水，因为底物浓度很低，会出现微生物的生长速度小于其死亡和毁解速度的现 象。在木项目的研究过程中，我们虽然没有完全放弃现有污泥驯化这一手段， 但立足点土要是进行功能菌的分离，这就迫切需要靶物的明朗化。不了解靶物， 就无法确定关键的功能菌需要有什么功能，微生物二作就方向不明，无法着手。 在靶物的确定方面的 l 作，我们主要从以下只个方面着手:1 )成色物质的 性质，究竟为无机物还是有机物;2 )成色物质富集方法的摸索;3 )萃取物分 离鉴定方法的摸索。 2 . 1成色物质的性质确定 2 . 1 . 1 2 . 1 . 1 . 实验材料 原水水质 本试验所用原水为宝钢化工公司焦化废水处理系统生化处理段 出水: n 0 , - n : c o d c r : 2 5 0 m 岁l , t - c n : 1 . 8 6 m g / l , n h s n : 0 . 0 6 m g / l , n 0 , - n : 0 . 2 8 m g / l , f - : 2 3 . 5 m g / l , p h = 7 . 7 8 , t o c : 5 1 . 8 m g / l ，色度: ( 二沉池) 6 5 . 9 m g / l 3 5 0 倍。 2 . 1 . 1 . 2仪器与设备 旋转蒸发器 ( 7 ,f q - 8 5 a ) 红外干燥箱 ( k x h 2 0 2 - 2 a ) 马弗炉 2 . 1 . 2实验方法 用旋转蒸发器，将原水浓缩至干。观察馏出液的颜色，测定其c o d c r o 第一章 成色物质的分离和分析 将留在瓶底的浓缩物低温下烘干后， 取 - 干燥减量，并观察灼烧前后浓缩物的颜色区别 定量在 6 0 0 下灼烧 2 小时， 计算 2 . 1 . 3结果与讨论 由于在水中有机物监测方面，没有直接表征有机物总量的数据，这里主要 以 c o d c r . 6 0 0 灼烧减量数据来代表有机物总量。 c o d c r包含水中 大部分的有 机物和亚硝酸盐、亚铁盐、 硫化物等还原性物质，由于 a - 0 - 0出水中还原性物 质很少， c o d c r 可基本反映水中有机物的量; 灼烧试验则是一种粗略判别有机物 的 方 法1- 1 。 从 试验结果看 ( 见表2 . 1 ) , 馏出 液c o d c r 含 量仅为5 m g / i ，h 为无 色，说明大部分高沸点有机物及有色物质都残留在瓶底了。对残留的浓缩物的 灼烧试验结果则表明:带色物质能在6 0 0 0c下 被烧掉， 应该大部分为有机物。因 此对有色物质的分析，应该按高沸点有机物来进行研究。 表2 . 1原水定性实验结果 原水 c o d c r 为2 5 0 m g / lc o d c r差值 为 2 4 5 m g / l 褐色 馏出液c o d c r 为 5 m g / l 无色 瓶底浓缩物灼烧前干燥减量为 2 8 0 m g / 1 深褐色 瓶底浓缩物灼烧后 浅褐色 2 . 2成色物质的萃取实验 2 . 2 . 1实验材料 2 - 2 . 1 . 1原水水质 见 2 . 1 . 1 2 . 2 . 1 . 2试剂 甲醇、乙醇、乙酸、 丁醉 酞胺 正己烷、 二 甲亚矾 正庚烷、 乙醚、乙睛、乙酸乙酷、乙醇胺、丙酮、异丙醇、正 异辛烷、一氯代辛、二 几 氯甲烷、二硫化碳、一 几 甲基甲 、苯、二甲苯、三氯甲 烷、四氯化碳、石油醚 ( 上述有机溶剂 第二章 成色物质的分离和分析 均为分析纯，浓度) 9 9 . 0 % ) 氢氧化钠、硫酸 2 . 2 . 1 . 3仪器与设备 旋转蒸发器 ( z f q - 8 5 a ) 红外 i -燥箱 ( k x h 2 0 2 - 2 a ) 离心机 l d 5 - 2 a 2 . 2 . 2实验方法 用旋转蒸发器，将原水浓缩至干。将浓缩物低温下烘干。 称取0 . l g 左右残渣， 研磨后放入 l o m l 溶剂中，经超声波振荡后，观察溶 解性。 用 0 . 2 m o l / l 硫酸将溶剂p h调至4以下，溶剂: 水=9 : 1 ，经超声波振荡 后，观察溶解性。 2 . 2 . 3结果与讨论 从实验结果看，丙酮、乙醇等与水互溶的溶剂在酸性条件下能抽提出一部 分成色物质;二甲 亚矾在中性条件下能抽提出大量成色物质。但由于二甲亚矾 沸点高，很难通过减压蒸馏去除，所以未采用这种溶剂。正丁醇在酸性条件下 能抽提出大量成色物质，但在萃取过程中乳化严重，而用碱反洗后成色物质可 基本转溶到水相，且水相清晰，所以最终确定以正丁醇作为萃取溶剂，然后用 碱反洗，以达到对成色物质的抽提分离。 第 飞 章 成色物质的分离和分析 表2 . 2成色物质在不同溶剂中的溶解性 序号溶剂溶剂相颜色溶解性 溶剂相p h值 1 #乙醚无色 不溶，沉淀在下件 ， 性 2#i ii 醇 深黄色可溶偏碱性 3#二甲亚矾 无色可溶 r l 性 ( 全结住一加热溶解) 4# 乙酸黄色可溶 3 -4 ( 部分结住一 加热溶解) 5#二氯甲烷 无色不溶，沉淀在下 中性 6#乙酸乙醋 无色不溶，沉淀在 f中性 7#乙睛 无色不溶，沉淀在下中性 8#苯 无色不溶，沉淀在下中性 9# 二氯甲烷无色不溶，沉淀在下中性 1 0#乙醉无色 不溶，沉淀在下中性 i 1 #水深黄色 可溶偏碱性 1 2# 二 甲基甲酞胺无色不溶，沉淀在下5 左右 1 3# 几 硫化碳无色不溶，沉淀在下中性 1 4#异辛烷 无色不溶，沉淀在下中性 1 5#正丁醇 无色不溶，沉淀在下中性 1 6#石油醚无色 不溶，沉淀在下中性 1 7# 正己烷无色不溶，沉淀在下中性 1 8# 异丙醇无色不溶，沉淀在下中性 1 9 #乙醇胺淡黄色 小溶，沉淀在下中性 2 0#正庚烷 无色不溶，沉淀在下中性 21 #一氯代辛 无色不溶，沉淀在下8 -9 2 2#乙腊 无色不溶，沉淀在下中性 2 3 # 丙酮无色不溶，沉淀在下中性 2 4# 四氯化碳无色 不溶，沉淀在下中性 第二章 成色物质的分离和分析 表2 . 3成色物质在碱性溶剂中的溶解性 i y号溶剂溶剂相颜色溶解性溶剂相p h 值 1 材乙醚无色 不溶，沉淀呈絮状，在下碱性 2#甲醇 深黄色溶解碱性 3 #一钾亚矾褐色 不溶，沉淀呈絮状，在下碱性 4祥乙酸 黄色溶解i : 9 调不到碱 5祥 二氯甲烷无色不溶，沉淀呈絮状，在 l碱性 6# 乙酸乙酷深黄色溶解 l9 调不到碱 7#乙胎 无色不溶，沉淀呈絮状，在下碱性 8#苯无色 不溶，沉淀呈絮状，在下碱性 9#不氯甲烷 无色不溶，沉淀呈絮状， 在上碱性 1 0 #乙醇 黄色不溶，沉淀呈絮状，在下碱性 1 3#水 褐色溶解碱性 1 4# 二甲 基甲 酞胺淡黄色不溶，沉淀呈絮状，在下 1 : 9调 不到碱 1 5#二硫化碳 黄色不溶，沉淀呈絮状，土下皆有碱性 1 6#异辛烷 无色刁 ( 溶，沉淀早絮状，在下碱性 1 7# 正丁醇无色不溶，沉淀呈絮状，在下碱性 1 8# 石油醚无色 不溶，沉淀呈絮状， 在下碱性 1 9井正己烷 无色不溶，沉淀早絮状，在下碱性 2 0# 异丙醇无色刁 、 溶，沉淀呈絮状，在下 碱性 2 1 #乙醇胺 黄色不溶，沉淀早絮状，在下碱性 2 2#正庚烷 无色不溶，沉淀呈絮状，在下 碱性 2 3# 一氯代辛无色不溶，沉淀呈絮状，在上 碱性 2 4#丙酮 黄色 溶解碱性 第二章 成色物质的分离和分