（环境工程专业论文）高ph值下黄原酸盐高效降解菌的选育及其降解特性的研究.pdf

广东t 业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t p o t a s s i u mx a n t h a t e ，w i t hi t sm o l e c u l a rf o r m u l ar o c s s k ，i so n eo ft h eo r g a n i c f l o t a t i o nr e a g e n t su s e df r e q u e n t l yi ns u l f i d em i n ef l o t a t i o n t h i sp a p e rf i r s ts t u d i e d d o m e s t i c a t i n ga n ds c r e e n i n gp o t a s s i u mx a n t h a t e d e g r a d a t i o ns t r a i n sf r o mf l o t a t i o n w a s t e w a t e r so f r e f i n e dz i n cm i n e r a l ，r e d e dl e a dm i n e r a la n dr e d e ds u l f i d em i n e r a l ， w h i c hc o n t a i n i n g p o t a s s i u mx a n t h a t e ，w h e np hi s 1 0 0 a n dw es t u d i e dt h e c h a r a c t e r i s t i c si ns t r u c t u r ea n da p p e a r a n c eo ft h es t r a i n s t h e nw ee x a m i n e dt h e o p t i m i z a t i o no fb i o d e g r a d a t i o nc o n d i t i o n sa n de x p l o r e dt h em e c h a n i s mo fa n i l i n e f l o a tb i o d e g r a d a t i o nb ys t r a i nz n l t h ec o n d i t i o n si n c l u d ep hv a l u e ，t e m p e r a t u r e ， s h a k e rr a t a t i o n , q u a n t i t yo fb a c t e r i a lc o n s o r t i u m , c o n c e n t r a t i o no fs u b s t r a t e , n 矿a n d k 十e t c a tl a s tw es t u d i e dt h ee 舒b c to fb i o d e g r a d a t i o no na c t u a lw a s t e w a t e rb yt h e s t r a i n s t h i sp a p e rp r o v i d e sa c a d e m i cs u s t a i n so nb i o d e g r a d i n gf l o t a t i o nw a s t e w a t e r f o rn a n j i n gx i n y a n gm i n ec o m p a n y t h r e eb a c t e r i a ls t r a i n sw e r ei s o l a t e df r o mf l o t a t i o nw a s t e w a t e r , w h i c hc o u l d g r o ww i t hp o t a s s i u mx a n t h a t ea s t h es o l es o u r c eo fc a r b o na n de n e r g y , w e r e r e s p e c t i v e l yc h r i s t e n e dz n l ，z n 2a n ds 1 a m o n gt h o s eb a c t e r i a lc o n s o r t i u m ，t h e c o l o n yo fz n li sl i g h ty e l l o ww h i l ed e e p e na st h ec u l t u r i n gt i m eg o e s ，g l o s s ya n d s h o r t b a c i l l i f o r mw i t hg i b b o s i t yo nt h es o l i dc u l t u r em e d i u mo fb e e fe x t r a c t ，a n di s g r a m - n e g a t i v e ，s h o r t - b a c i l l i f o r ma n dn o n - f l a g e l l a ；w h i l ez n 2i sa q u aw h i l ed e e p e na s t h ec u l t u r i n gt i m eg o e s ，g l o s s ya n dr o t u n d i t yw i t hg i b b o s i t y , g r a m - n e g a t i v e ；a n ds li s i v o r y ，a n dd e e p e na st h ec u l t u r i n gt i m eg o e s ，a l s og l o s s y , b a c i l l i f o r mw i t hg i b b o s i t y a n dg r a m - n e g a t i v e a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i sa b o u tt h es h a p ec h a r a c t e r i s t i c so f c o l o n y o ri n d i v i d u a la n do t h e rm o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e r s ，w eg u e s s e dt h et h r e es t r a i n sa l l b e l o n gt op s e u d o m o n a s a m o n gt h et h r e es t r a i n s ，s t r a i nz n lw a st h em o s ta c t i v ei nd e g r a d i n gp o t a s s i u m x a n t h a t e ，t h e r e f o r e ，f u r t h e rs t u d i e sf o c u s e do nt h i ss t r a i n , a n da l s os t u d i e dt h em i x e d c o n s o r t i u mo ft h et h r e es t r a i n si nt h i sp a p e r f o rt h es t r a i nz n l ，t h eo p t i m u mp hi s 1 0 0 ，t e m p e r a t u r ei s3 0 c ，t h es h a k i n gs p e e di s1 2 0 r m i n ，a n dt h eb a c t e r i a lc o n s o r t i u m i s 1 0 ( v o l u m ep e r c e n t ) t h ed i s p o s a le 珏b c to fp o t a s s i u mx a n t h a t ew i t hl o w c o n c e n t r a t i o nb ys t r a i nz n li sb e t t e r , w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f p o t a s s i u mx a n t h a t ei s 1 0 0 m g l ，4 5 3 7 o fp o t a s s i u mx a n t h a t ew a sd e g r a d e da n d3 2 3 8 o fc o d e rw e r e r e m o v e d t h er e s u l t sa l s os h o w e dt h a tc o n d i g nc o n c e n t r a t i o no ft h en a + i o n a b o u t i i 5 e g h ，c a ne n h a n c et h es t r a i nb ea b l et oe n d u r ea l k a l i a d d i n gt h eg l u c o s ea tt h e c o n c e n t r a t i o no f0 2 9 lc o u l dg r e a t l yi m p r o v ed e g r a d i n ge f f i c i e n c y a tt h es a m e e x p e r i m e n tc o n d i t i o n , t h em i x e dc o n s o r t i u m o f t h et h r e es t r a i n sw i t hz n lo c c u p y6 0 i sb e t t e r t ob i o d e g r a d e t h eo p t i m a ls c a l ei sz n l ：z n 2 ：s 1 2 3 ：1 ：1 f i n a l l y , u l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t r ya n dc o d c rd e t e r m i n a t i o np r e s u m e dt h e d e g r a d a t i v ep a t h w a yo f p o t a s s i u mx a n t h a t eb ys t r a i nz n l k e yw o r d s ：p o t a s s i u mx a n t h a t e ；f l o t a t i o n w a s t e w a t e r ；b i o d e g r a d a t i o n ； p s e u d o m o n a s i i i 独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究以及所取得的成果。尽我所知，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的或撰写过的研究成果，不包含 本人或其它用途使用过的成果。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。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期问在导师的指导下所取得的， 论文成果归广东工业大学所有。 申请学位与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签字： 论文作者签字： 2 0 0 7 年歹月牙日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本研究课题的来源、目的及意义 硫化矿浮选废水的净化与回用是当前我国有色金属矿山面临的环境保护的 重大研究课题之一。本课题是针对江苏南京栖霞山锌阳矿业有限公司浮选废水的 生物净化处理方面进行的研究。 南京栖霞山锌阳矿业有限公司地处南京栖霞山风景区内，紧靠长江，其环境 要求十分严格，南京市环保部门要求该公司对其选矿厂的废水和尾矿进行完全净 化处理，不得外捧，尤其是其浮选废水不得排入长江以避免长江水质进一步恶化。 2 0 0 3 年5 月之前，南京栖霞山锌阳矿业有限公司所属选矿厂是一座日处理 8 7 0 吨原矿的中型浮选厂，所处理矿石为高硫铅锌矿，5 月扩建后日处理1 3 0 0 吨 原矿。浮选方法处理每吨矿石约需使用4 5 吨水，扩建前产出约3 0 0 0 t d 浮选废 水，扩建后约产出5 4 0 0 t d 浮选废水。由于不像别的选矿厂建有尾矿库，选矿废 水无法在尾矿库储存和自然净化。公司以前的做法是将3 0 4 0 的废水未经任 何净化处理就直接回用，其余废水外排，但废水回用给浮选过程的技术指标和生 产的平稳操作带来极为不利的影响，废水外排又影响了周围水体环境。因此，如 何合理利用选矿废水是公司急需解决的生产和环保问题。 受南京栖霞山锌阳矿业有限公司的委托，广东工业大学环境科学与工程学院 从2 0 0 0 年4 月开始对该公司所属选矿厂的浮选废水进行了净化处理与回用的试 验研究，提出了“混凝沉淀一活性炭吸附一回用”工艺，在工业调试阶段取得了 比较好的效果，实现了废水的零排放，经济效益和环境效益十分显著。后来， 厂方对废水的净化处理工艺进行了调整，将原工艺改为“混凝沉淀一消泡剂消泡 一回用”工艺。 南京栖霞山锌阳矿业有限公司自1 9 9 8 年采用硫化矿电位调控浮选清洁利用 新技术生产以来，经过几年的不断改进和完善，清洁生产工艺已日趋成熟，分选 指标不断提高，目前铅锌精矿品位分别达到6 5 和5 3 ，铅锌的金属回收率均 达到9 0 以上，铅锌硫银总回收率提高了2 4 7 。在这里，需要指出的是，上 述指标的取得是在选厂全部使用回水的情况下实现的，这在国内外同类选矿厂中 也是极为罕见的。 广东工业大学工学硕士学位论文 但是浮选废水全部回用2 年后，由于药剂的不断积累，回水的c o d 。，值平均 已达5 0 0 6 0 0 m g l ，最高时达到8 0 0 1 0 0 0 m g l ，同时，在选矿过程中投加了 较多c a o ，废水p h 高达1 1 6 ，因此，回水的副作用也明显增强。为了改进废水 净化效果，降低废水c o d 。，值，我们课题组的张萍师姐运用生物强化法对浮选废 水中有机浮选药剂中的一种黄原酸盐的生化降解特性作了研究，筛选出一株黄 原酸盐降解菌，经鉴定为铜绿假单胞菌，研究表明：p h = 8 0 ，该菌株降解模拟废 水中黄药的效率达9 5 7 ，c o d c r 的去除率达到8 4 7 。1 。但实际废水的p h 高达 1 1 6 ，而该菌株降解黄药的最佳p h 为8 ，远远未能达到实际应用的程度。本论 文将运用生物强化法在高p n 值下对含黄原酸盐的浮选废水进行生化降解研究， 拓宽废水净化技术路线，并为改善选矿废水生物净化提供理论基础支持。 本课题以矿选中最常用的有机浮选药剂黄原酸盐为代表作为研究对象。黄原 酸盐，学名是烃基二硫代碳酸盐( r o c s s m e ) ，俗称黄药，主要用作泡沫浮选捕 收剂、湿法冶金沉淀剂和橡胶硫化促进剂等叫，是硫铁矿、有色金属矿浮选生产 中最为有效的捕收剂“1 。黄药对人畜的危害主要表现在伤及神经系统和肝脏器 官，对造血系统也有不良影响。黄药对鱼类的危害强于对哺乳动物，当浓度为 5 m g l 时，在三天内可杀死大部分鱼类，当有另一种浮选药剂松醇油作为起泡剂 时毒性能产生协同效应。黄药具有恶臭，嗅觉值为0 o s r n g l ，即使废水中残存 量极少，也可使水质发臭，并严重影响附近水域的生态平衡“1 。然而对此类废水 迄今仍未有切实可行的处理技术。 本课题的研究目的：探索强化生物法处理高p h 值有机浮选药剂黄药废水的 可行性。 据报道，目前国内该类选矿废水中黄药的净化处理所采用的措施主要是沉淀 一氧化联合处理法和离子交换吸附法。采用化学药剂或吸附剂的成本较高，而且 很可能产生二次污染，采用微生物降解不会产生二次污染，成本较低。 传统的活性污泥法和生物膜法处理废水大多利用的是自然的或是经过一定 驯化的微生物菌群，随着工业废水中污染物种类的增加，这种方法己不能满足当 今工业废水处理的需要，而且此类微生物菌群只能适用于中性或弱酸弱碱的环 境，在高p h 值的环境下极难生存。采用生物强化技术，投加经过筛选的、对目 标污染物具有较强降解能力的微生物，可缩短处理系统驯化微生物的时间，使系 统快速达到较高的稳态去除效果蝌。在含难降解污染物的工业废水处理中，尤其 2 第一章绪论 在含有人工合成有机浮选药剂废水处理过程中，人工选育具有特殊降解作用的菌 株的意义更为突出。因此驯化和筛选黄药高效降解菌，了解和掌握降解菌的降解 特性，充分强化其降解功能，将对提高含黄药的选矿废水的处理效果具有现实意 义。 本课题的研究得到了国家自然科学基金“硫化矿浮选废水净化与回用新工艺 研究”( n o 5 0 2 7 4 0 3 4 ) 和江苏南京栖霞山锌阳矿业有限公司的资助。 1 2 浮选废水来源及对环境危害 浮选技术是目前应用最广也是最有效的矿石选别、提纯、富集技术，它是在 气一固一液三相界面分选矿物的科学技术，它利用浮选药剂与矿物表面作用，改变 矿物的亲水性，从而实现有价金属与脉石分离的技术。浮选技术起源于几乎一个 世纪以前的澳大利亚，一般认为1 9 0 4 年埃尔默的真空一油浮选专利是现代泡沫 浮选的起点，1 9 1 1 年在美国蒙大拿州的b a s i n 建立了第一座浮选厂- - t i m b e r b u t t e 选厂。现在，每年经浮选处理的矿石达2 0 亿吨”1 。常规的浮选技术有电浮 选( e f ) 、分散( 引入) 气体浮选( i a f ) 、溶解空气( 加压) 浮选( d a f ) 等4 ”， 近年来脱颖而出的浮选技术有喷嘴浮选( n f ) 、浮选柱、离心浮选、喷射浮选、 空穴空气浮选( o a f ) 等“1 。现在，浮选不仅用在选矿上，而且广泛应用于固 液分离和液液分离，应用于城市污水、工业废水等各种废水的治理以及废物的资 源化上“”。 因矿石性质和所用的浮选药剂不同，浮选过程排放的废水量及其组成会有较 大差异。一般来说浮选处理每吨原矿用水约3 5 m 3 。主要包括破碎用水、磨矿用 水、浮选作业所用的补加水、精矿产品脱水的冲洗水、充填用水、浮选药剂溶药 用水和其它用途水( 包括地面冲洗水、卫生用水和绿化用水等) 。浮选废水主要 来源于破碎作业中的洗矿、磨矿作业中的分级和选别、各泡沫精矿产品的浓缩脱 水、尾矿溢流及湿式除尘、事故排放等作业，其中以尾矿溢流水和产品浓缩水为 主。南京栖霞山锌阳矿业有限公司2 0 0 3 年5 月扩建后，每吨矿约需生产用水4 5 吨，每天生产用水约5 9 0 0 t d ，三种精矿产品以及尾矿充填等带走5 0 0 t d ，最终 产生的浮选废水约5 4 0 0 t d 。该浮选废水由5 部分组成，分别是铅精矿溢流水、 锌精矿溢流水、硫精矿溢流水、锌尾浓缩水和尾矿水。其中，锌尾浓缩水的量最 3 广东工业大学工学硕士学位论文 大，占了总量的一半，其次是尾矿水，约占2 4 。选矿各作业生产用水量及产生 的废水量见表卜1 和表卜2 。表1 - 3 为各捕收剂浓度对c o d 。，值的影响。 表卜1 选矿各作业生产用水量( t d ) ( t a b 1 - 1t h eq u a n t i t yo f w a t e ri nf l o t a t i o n ) 直接回用废水 用适度处理后回用废水井下外排水 尾矿水锌尾水 水 破选选精矿磨选脱充石其 药快浇 点 碎硫锌冲矿矿铅水 填 灰 它 剂铅花 水 量 2 0 04 0 08 0 01 0 0 0 2 2 5 02 5 0 1 0 0 2 0 0i 0 01 0 05 04 0 05 0 表卜2 选矿各作业废水产生量( t d ) ( t a b 1 2t h eq u a n t r yo f w a s t e w a t e ri nf l o t a t i o n ) 表1 3 中性p h 条件下捕收剂浓度对c o d e , 的影响( m e l ) ( t a b 1 3t h ee f f e c to f f l o t m i o nc o n c e n t r a t i o no nc o d c ri nn a t u r a lp h ) 在浮选厂，为了有效地进行浮选和分离，需要在不同的作业中加入大量浮选 药剂，主要的浮选药剂有：捕收剂、起泡剂、有机和无机活化剂、抑制剂、分散 剂和絮凝剂”3 “1 。这些药剂在浮选厂各作业排出的废水中均会有所保留，其中也 有一些会被所处理的矿物吸附，存在于选矿厂的各神料流中，另外，金属硫化矿 在浮选过程中其金属离子和s 会水解、氧化而以各种形式进入废水中，从而使 浮选废水的成分相当复杂。由表卜3 可知，对丁基黄药、乙硫氮和苯胺黑药这三 种浮选捕收剂，在相同中低浓度条件下，丁基黄药对c o d 。的影响最大，也即贡 献最大。 4 第一章绪论 浮选流程各作业点排放的废水中的残留药剂及杂质的最终结果大部分并不 可知。然而，在浮选流程中的不同地点，这些药剂的浓度有严格的限制。d a v i e s 等从不同资料引用的数据表明在硫化物浮选厂的尾矿中，丁基黄药药有相当的含 量。丁基黄药的浓度范围从微量( 小于0 1 m g l ) 到1 7m g l ，他们还举例说明 在闪锌矿双黑药浮选厂的尾矿水中黑药含量小于0 1m g l ：在白钨矿的浮选尾 矿废水中脂肪酸含量小于0 1m g l 的。w o o d c o c k 和j o n e s 及j o n e s 和w o o d c o c k 研究表明，多金属硫化矿选矿厂浮选过程中黄药、黑药几乎趋向于完全吸附在矿 物上，而硫酸酯类捕收剂z - 2 0 0 则在水中保持有相对高的浓度，因此，其具有从 浮选流程中排出的很大趋势“”。 浮选废水具有水量大、悬浮物浓度高、重金属浓度高、p h 高、有机浮选药 剂浓度高和废水起泡性强等明显特征。这类废水污染较重，毒性较强，若直接排 放，对环境的危害相当大。2 0 0 1 年4 月之前，南京栖霞山锌阳矿业有限公司的 浮选废水直接排入长江，废水的重金属离子浓度c 0 d c r 、悬浮物浓度明显超标， 对长江水质产生了严重污染。该公司地处南京著名的栖霞山风景区，对环境的要 求较高，要求该公司的废水必须达标排放，浮选废水净化处理前对该公司的罚款 每月高达4 0 万元。公司各种废水水质的测定结果见表卜4 。 表卜4 各种废水水质的测定结果 i ! 生：! ：堡! 缝型翌塑翌堡垡2 1 型塑塑翌塑鲤型蚴 水样p b 溢流水z n 溢流水 s 溢流水z n 尾水尾矿水 广东工业大学工学硕士学位论文 1 3 浮选废水中污染物质的毒性及回用后的影响 从选矿厂排出废水中的大多数物质的毒性数据是很广泛的，h a w l e y 的研究 详细地列出了从加拿大安达略省的矿山和选矿厂排出的所有物质的毒性“。该研 究表明选矿厂的药剂在毒性上变化很大，一些药剂有很高的毒性，而另一些却相 对无毒。同样地，尾矿中的一些物质不稳定，容易分解成相对无毒的成分，而另 一些却相对稳定。 一般地讲，浮选捕收剂中的硫醇类、磺酸盐类和胺类捕收剂会以具有中等到 剧毒的毒性。在较大程度上，起泡剂的毒性为：聚丙烯乙二醇几乎无毒，较短链 的醇类具有轻微的毒性，而甲酚酸类有较大的毒性，长链聚合物往往无毒。调整 剂在毒性上变化很大，一些物质如氰化物和一些重金属离子有剧毒“。按目前的 研究水平，从生态毒理学上讲，黄药是有较大危害的。黄药对人和温血动物的毒 性问题，国内外文献中已有报道。一般认为在急性中毒性实验中，表现出对中枢 神经系统具有明显的抑制作用，动物可死于呼吸衰竭：慢性毒性实验的病理改变， 主要为肝脏和肾脏有不同程度的营养不良性改变“。相对来讲，黄药对鱼类有更 为显著的毒性和对较大的生态系统有危害。当黄药浓度为5 m g l 时，在三天内可 杀死大部分鱼类，当有松醇浊存在时毒性能产生协同效应。黄药具有恶臭，嗅觉 值为0 0 0 5 m g l ，即使选矿废水中残存量极少，亦使尾矿湖周围空气都有异臭“ 。浮选药剂对于鱼类的毒性临界值和作用强弱的分类示于表卜5 ，部分浮选药 剂对鱼和水蚤的毒性作用示于表卜6 。因此，应严格限制排放浮选废水中浮选药 剂的浓度，部分浮选药剂排放的参考标准示于表卜7 。 表1 - 5 浮选药剂对于鱼类的毒性临界值和作用强弱 ( t a b 1 - 5t h et o x i c i t yc r i t i c a lc o s ta n df u n c t i o n a r ym a g n i t u d e o f f l o t a t i o nr e a g e n to i lf i s h ) ( n v , l ) 6 第一章绪论 表卜6 浮选药剂对鱼类及水蚤的毒性作用 ( t a b 1 - 6t h et o x i c i t yf u n c t i o no f f l o t a t i o no nf i s ha n dd a p h n i a )( m g m ) 毒性临界值 浮选药剂 鲈鱼蕨鱼 水蚤小溪水蚤 乙基黄药 丁基黄药 异戊基黄药 2 5 号黑药 萜烯醇 2 1 5 2 0 5 0 2 5 3 0 6 2 0 5 5 6 0 3 5 4 0 1 0 5 0 5 0 1 0 0 4 0 表1 - 7 浮选药剂排放的参考标准 ( t a b 1 - 7t h er e f e r e n c e dl e tc r i t e r i o no f f l o t a t i o nr e a g e a n t ) 另外，浮选废水中含有大量的重金属，由于重金属的毒性和其长期存在性， 捧入水体后对水环境的危害更大，不仅能使水体的p h 值发生变化，而且废水中 的重金属离子经过沉淀、络合、螯合及氧化还原等作用影响水生动植物的生长， 破坏生态环境，且受矿山废水污染的水体灌溉，金属离子一部分流失，一部分被 植物吸收，大部分将在土壤中沉积，当土壤中金属离子富集达到一定浓度时，将 使农作物发生病害，影响作物生长。”。最为严重的是通过食物链，最终将对环境 合人体造成极大的危害。例如日本7 0 年代的骨痛病就是因为日本神通川上游采 矿过程排出的镉浓度过高而导致人的全身骨痛病。 浮选废水未经净化处理直接回用对金属矿石的选别指标有不良影响，其主要 表现为精矿产品的质量降低和金属互含量增加。南京栖霞山锌阳矿业有限公司浮 选废水未经净化处理就直接回用对铅、锌、硫的的选别指标都有影响，其中对铅 7 广东工业大学工学硕士学位论文 的选别指标影响最大，主要表现为降低了铅精矿质量和增加了铅精矿中z n 和s 的含量。造成这些不利影响的主要原因是回水中累积的松醇油( 作为浮选起泡剂) 和丁基黄药( 作为浮选捕收剂) 。当废水回用量比较大时，浮选作业泡沫太多， 泡沫粘度太大，再加上冲泡水的水量不多，泡沫溢槽现象严重，造成精矿流失， 给选矿跑、冒、滴、漏现象管理造成困难，难以维持正常生产。 1 4 黄原酸盐的国内外净化处理现状 目前，国内外对于含黄药浮选废水的污染治理研究主要集中在环境污染控制 方面，通过是运用酸化法、化学沉淀法、氧化法、离子交换吸附法和生物法等将 废水彻底净化，达到国家标排放标准。 1 。4 。1 酸化法 酸化法是根据黄药在较高温度及强酸性条件下化学性质不稳定大部分分解， 而加入硫酸等将废水调至酸性降解黄药的方法。据文献报道，p h 值对黄药分解 的影响很大，p h 再1 3 时，黄药分解十分迅速，p h 在1 左右时，黄药在5 分钟 内全部分解，p h 为5 时仍有一定的分解效果，去除率达到1 4 6 6 。翁建浩、盛 金华等人向含黄药的废水中加入硫酸衄1 ，取得了良好的效果，黄药可以达标排放。 但是此方法比较适用于酸性废水，而南京栖霞山锌阳矿业有限公司的浮选废水高 达1 1 以上，需加入大量酸来降低p h 值，成本太高。 1 4 2 氧化法 黄药的化学性质不稳定，许多氧化剂都可把水溶液中的黄原酸盐氧化为双黄 药，黄药本身为还原剂，易被碘、氯、次氯酸纳、硝酸、过氧化氢等氧化剂氧化 成双黄药。双黄药是油状物质，不溶于水，可过滤去除。对于选矿废水中残存的 黄药可用f e n t o n 试剂进行处理。”。当黄药的浓度为1 2 5 m g l 一，h 2 0 2 投药量为2 0 l n g l 一，f e 2 + 浓度为2 0m g l - i ，初始p h = 4 时，处理时间为6 0 m i n ，黄药去除率 达到9 9 5 ，c 0 阢去除率为8 7 5 。由上可知，氧化法特别是f e n t o n 试剂氧化 法是去除黄药行之有效的方法，但是大部分氧化剂要在酸性条件下才对黄药有好 8 第一章绪论 的氧化效果，此种方法比较适用于酸性废水。 1 4 3 化学沉淀法 化学沉淀法是向废水中加入可以与黄药发生沉淀反应的化学药剂的方法。黄 药作为一种浮选药剂，可与某些金属离子反应生成难溶盐，有报道用黄药来处理 废水中的重金属离子，通过黄药与金属离子反生成稳定的沉淀，再利用物理分离 的方法如通过过滤或离心分离，将有机浮选药剂从废水中去除。这方面的研究比 较成熟，如朱潜力用硫酸亚铁与黄药反应生成沉淀”1 。黄药在干燥的条件下贮存 比较稳定，但在室温下与水或湿空气接触则发生分解反应，与硫酸亚铁反应易生 成黄原酸铁沉淀，实验证明8 0 的黄药可通过沉淀分离出去。我们前期实验研 究表明，虽然黄药化学沉淀反应中常用的沉淀剂有铜离子、亚铁离子和镍离予， 但是黄药与f e ”和n i 2 + 二种沉淀剂不能生成稳定的沉淀，当向黄药中加入f e 2 + 和 n i 2 + 后，整个水样变为亮黄色，并且沉淀剂用量大，颜色越深，而用c u ”作为黄 药的沉淀剂能起到很好的效果汹1 。 1 4 4 离子交换吸附法 离子交换吸附法是阳离子交换树脂在一定条件( 浓度、交换能力等) 下可被溶 液中其它阳离子部分或全部交换取代后，与黄原酸根离子生成稳定的产物的方 法。这方面的研究还在进行之中，中南工业大学的张建乐、陈万雄等通过离子交 换反应，将天然钙基膨润土制成铜基和h d t m a 有机膨润土联用显著提高黄药 的去除能力1 。铜基土能直接吸附黄原酸根离子，粘土中的部分c u 2 + 被c 交换 后进入溶液，并参与对黄药的氧化催化，使其部分转变成稳定的黄原酸亚铜和双 黄药；同时，末被交换的c u 2 + 与黄药直接反应生成黄原酸铜沉淀在石层间。联用 的有机土对黄药及其氧化产物黄原酸亚铜与双黄药均产生物理吸附从而达到了 捧放标准。但是离子交换吸附法处理水量小，成本高，不适用于水量大的废水处 理。 9 广东工业大学工学硕士学位论文 1 。4 。5 光催化氧化法 光催化氧化法是近2 0 年才出现的水处理技术，在足够的反应时间内通常可 以将有机物完全矿化为c 0 2 和h 2 0 等简单无机物，避免了二次污染，简单而高 效。目前，国内外研究最多的光催化剂中，t i 0 2 因其化学稳定性高、耐光腐蚀， 有较大禁带宽度( e q = 3 2 e v ) ，氧化还原电位高，光催化反应驱动力大、活性高 而被广泛研究。目前t i 0 2 光催化氧化黄药的研究比较少，付保军，陈建华研究 了正丁基黄药和异丁基黄药在t i 0 2 悬浮液体系下的光催化降解行为嚼1 。研究结 果表明，酸性条件下的催化氧化效果比中性或碱性的好，较适合低浓度的黄药催 化降解，异丁基黄药比正丁基黄药更容易降解。然而，这方面的研究还在进行之 中，而且由于以t i 0 2 粉末为催化剂的光催化氧化法存在催化剂分离回收的问题， 影响了该技术在实际中的应用。 1 4 6 生物法 生物法是通过向废水中投加菌种由微生物降解黄药废水的生物降解法。目前 国内尚无此类应用，国外例如日本政府曾在1 9 7 7 年投资1 0 0 亿日元兴建了松尾 矿山废水处理厂，该污水处理厂采用细菌氧化法处理矿山废水，正常运行1 2 年 后，该地区环境状况得到极大改善，已经建立了国家森林公园，八幡平滑雪场、 温泉疗养院等设施，成为著名的风景旅游胜地正常运行1 2 年取得了明显效果。1 。 c a r t a 等研究了不同的菌种及其联合作用，以及捕收剂、氧气和二氧化碳浓度和 各种物理化学参数对于三种浮选捕收剂的生物降解的影响。所研究的捕收剂为十 六烷基硫酸钠( s h s ) 、油酸纳( s o l ) 和十二烷基醋酸铵( d a c ) 咖。发现s h s 和s o l 容易被微生物分解，而d a c 不容易生物降解。在另一个研究中， s o l o z h e n k i n 和l y u b a v i n a 等研究了硫醇类捕收剂：2 ，2 ，6 ，6 一四甲基一i 一氧化亚胺一4 黄原酸钾( 1 m x ) 、丁基黄原酸钾( k b x ) 和二乙基二硫代氨基 甲酸钠( n a e c ) 用荧光假单胞菌进行的生物降解。”。张萍“1 已经筛选出一株黄原 酸盐降解菌并研究了该菌的降解特性，发现该菌能在2 4 h 后将1 5 0 0 m g l 的黄原 酸盐降解掉9 5 7 ，c o d 。，的去除率达8 4 7 ，且经鉴定为铜绿假单胞菌，但该菌 株降解黄药的最佳p h 为8 ，而实际废水的p h 高达1 1 o ，远远未能达到实际应 i o 第一章绪论 用的程度。但是这些实验还处在实验室研究阶段，对于生物降解黄药的机理等等 还没有明确的定论。 1 5 本课题的主要研究内容和思路设计 本课题通过筛选纯化南京某矿山硫化矿溢流井废水的微生物，获得了一株在 高p h 值下能以黄药为唯一碳源且较易生长的菌株，因此本实验以此菌株为研究 对象，以黄药为目标污染物，主要研究开发内容和思路设计如下： 1 黄药降解菌的驯化筛选 从高p h 的南京某矿山硫化矿溢流井废水中筛选纯化出微生物，选取黄药降 解能力最强的菌株进行后续实验。 2 黄药降解特性试验 以p h 值、温度、培养的振荡速度( 溶解氧) 、接种量、底物浓度、n a + k + 离子浓度和外加葡萄糖碳源作为影响因素，找到菌的最适生长条件和获得黄药最 佳降解率的条件。 3 菌株降解黄药的初步机理探讨 通过扫描紫外谱图和测定c o d c ，值，初步探讨了高p h 值下菌株降解黄药的机 理。 4 菌株应用于处理实际废水 在菌株降解黄药最佳降解率的条件下，用实际废水代替模拟废水，考察菌株 降解实际废水的效果。 5 菌株的鉴定 通过革兰氏染色、菌群形态观察和显微镜观察扫描等观察分析菌株的特征， 推测菌株的属性。 1 6 本研究的特色与创新之处 本课题研究对象为南京栖霞山铅锌银矿的选矿废水中的有机浮选药剂之一： 黄药，为了改进废水净化效果，降低废水c o o c ，值，在高p h 值下用强化生物处理 法处理有机浮选药剂黄药废水在国内还无相关报道，本课题可以拓宽废水净化技 术路线，并为改善选矿废水生物净化提供理论基础支持。 广东工业大学工学硕士学位论文 第二章试验研究方法 2 1 试验材料与仪器设备 2 1 1 菌种来源 试验所用菌种采自南京栖霞山锌阳矿业有限公司铅、锌、硫精矿溢流浓缩废 水，这些废水的p h 值均大于1 0 。 2 1 2 试验仪器 表2 - 1 主要试验仪器设备 ( t a b ，2 - 1t h em a i ni n s t r u m e n t s ) 仪器设备生产单位用途 j j l 0 0 数显电子天平常熟市双杰测试仪器厂 7 2 1 型分光光度计上海精密科学仪器有限公司 x j 一消解装置广东省医疗器械厂 s h a c 数显恒温水浴振荡器金坛市富华仪器有限公司 l 1 1 0 0 光学显微镜广州光化学仪器厂 p h s 一2 5 酸度计上海雷驰仪器仪表有限公司 生化培养箱上海新苗医疗器械有限公司 芬兰可调式移液器上海大龙医疗设备有限公司 手提式压力蒸汽消毒器上海生银医疗仪器仪表厂 b c d - - 1 7 8 w 冰箱广州华凌冰箱厂 双光束紫外可见分光光度计北京瑞利分析仪器公司 7 4 b 一4 0 0 0 电动离心沉淀器江苏盐城龙冈医疗机械厂 h c p - 2 型干燥装置日本日立 超净工作台梅州纪元应用研究所 称量 测定c o d c , c o d c r 消解 振荡培养微生物 观察菌形态 测p h 值 培养微生物 移液 灭菌 菌种贮存 测有机物浓度 离心分离 干燥 无菌操作 2 1 3 培养基 ( 1 ) 固体选择培养基：k 2 h p 0 41 0 9 l ，m g s 0 40 2 9 l ，c a c hl m g l ，n i - h c i 1 0 9 l ，琼脂1 8 9 l ，n a 2 c 0 3 1 0 0 9 l 。n a 2 c 0 3 单独灭菌，黄药也单独灭菌后按需 1 2 第二章实验研究方法 加入，此时p h 值约为i i 0 ，无需再调节。此培养基用于细菌的分离纯化。 ( 2 ) 液体驯化培养基：将上述培养基去掉琼脂即可，p h 值约为1 1 0 。此培 养基用于菌株的驯化。 ( 3 ) 葡萄糖驯化培养基：在上述液体驯化培养基的基础上添加一定量的葡 萄糖，p h 值约为l1 0 。此培养基用于菌株的驯化。 ( 4 ) 降解菌培养基：在上述液体驯化培养基的基础上添加葡萄糖0 2 9 l ， 调节p h 值约至1 0 0 ，黄药浓度为1 0 0 m g l 。此培养基用于黄药的降解试验。 ( 5 ) 牛肉膏蛋白胨固体培养基：牛肉浸青5g l 。蛋白胨1 0g 九，氯化钠5 g l ，琼脂2 0 9 l ，p h1 0 o l1 0 。此培养基用于菌株的纯化。 ( 6 ) 牛肉膏蛋白胨液体培养基：牛肉浸膏5g l ，蛋白胨1 0g l ，氯化钠5 g ，l ，p h1 0 o i i 0 。此培养基用于菌株的富集。 2 2 试验方法 2 2 1 菌种的驷化与筛选 ( 1 ) 将采集到的浮选废水按1 0 9 6 的体积比接种于葡萄糖驯化培养基，3 0 ， 1 2 0 r m i n 摇床培养，1 0 d 为驯化周期，观察生长情况。驯化的同时，逐步减少 葡萄糖含量调高驯化液中黄药的浓度，待驯化培养液中的黄药浓度达到一定时， 用含黄药较高的液体驯化培养基代替葡萄糖驯化培养基，以1 5 d 为一驯化周期。 驯化结束后将驯化液稀释涂布于固体选择培养基平板上，挑取单菌落，在牛肉膏 蛋白胨固体培养基平板上反复划线纯化。1 。 ( 2 ) 将采集到的浮选废水按1 0 的体积比接种于液体驯化培养基，3 0 ， 1 2 0 r r a i n 摇床培养。1 5 d 为一驯化周期，观察生长情况。驯化的同时逐步提高驯 化液中黄药的浓度，驯化结束后将驯化液稀释涂布于固体选择培养基平板上，挑 取单菌落，在牛肉膏蛋白胨固体培养基平板上反复划线纯化1 。 2 2 2 菌株的革兰氏染色 革兰氏染色法是细菌学中很重要的一种鉴别染色法。它可将细菌区剔为革兰 氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类。 广东工业大学工学硕士学位论文 挑取少许经3 0 4 8 小时培养的菌株z n l ，z n 2 ，s 1 菌分别做涂片，经风干、 火焰固定后；滴加结晶紫混合液初染约1 分钟，水洗；再加碘液媒染约1 分钟， 水洗；用9 5 酒精脱色，水洗：最后用番红复染。显微镜下观察，深紫色为革 兰氏染色阳性细菌，红色为革兰氏染色阴性细菌嘲1 。 2 。2 3 菌株的光学显微镜观察 光学显微镜的放大倍数大约为2 0 - - 2 0 0 0 倍，可用来观察菌群和细菌的外部 形态。 挑取少许经3 0 一4 8 小时培养的z n l ，z n 2 ，s 1 菌分别做涂片，经风干后置于 载物台上，光学显微镜观察。 2 2 4 培养条件 液体培养，3 0 c 摇床振荡培养( 1 2 0 r m i n ) ； 平板培养，3 0 恒温培养箱平板倒置培养。 2 2 5 菌液的制备 将纯化的菌株接种至牛肉膏蛋白胨液体培养基中培养4 8 h 过夜，培养液经离 心及清洗，制备成一定浓度( 约l o g 湿菌体九菌悬液) 作为实验用菌液，将其 置于4 冰箱保存。 2 2 6 黄药降解特性影响因素 在菌株降解黄药试验中选取p h 、温度、振荡速度、接种量、底物浓度、n a + 和k + 离子、外加碳源作为其影响因素畸“1 ，并以相同条件下未加菌的培养基作为 空白对照。 ( 1 ) p n 值 黄药初始浓度为l o o m g l ，调节降解菌培养基初始p h 值，置于3 0 1 2 恒温 振荡培养5 d 后取样测定黄药浓度、c o o c r 值。比较初始p h 值对黄药降解率的影 响。 1 4 第二章实验研究方法 ( 2 ) 温度 黄药初始浓度为1 0 0 m g l ，在最佳p h 值下，改变振荡培养器的温度，5 d 后 取样测定黄药浓度，比较不同温度对黄药降解率的影响。 ( 3 ) 振荡速率 黄药初始浓度为1 0 0 m g l ，在最佳p h 值、温度下，改变振荡培养器的转速， 5 d 后取样测定黄药降解率，比较不同转速对黄药降解率的影响。 ( 4 ) 接种量 分别按5 ，1 0 0 , 6 ，2 0 ，3 0 0 , 6 的体积比接种于含黄药1 0 0 m g l 的降解菌培 养基里，调p h 至1 0 0 左右，3 0 ( 2 ，1 2 0 r r a i n ，摇床培养5 d 后取样测定黄药浓 度，比较不同接种量对黄药降解率的影响。 ( 5 ) 底物浓度 在最佳p h 值、温度、转速下，改变黄药浓度，5 d 后取样测定黄药降解率和 c o d 。，值，比较不同装液量对黄药降解率的影响。 ( 6 ) n a + 和c 影响 在含有1 0 0 m g l 的黄药的降解菌培养基中，添加n a + 和k + 离子，按1 0 0 6 的 体积比接入菌株，p i l l 0 0 左右，3 0 c ，1 2 0 r r a i n