（环境工程专业论文）黄孢原毛平革菌处理硝基苯废水的研究.pdf

声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果， 尽我所知， 在 本学位论文中， 除了 加以标注和致谢的部分外， 不包含其他人己经发 表或公布过的 研究成果， 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。 与我一同工作的同 事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中 作了明确的说明。 研 究 生 签 名 : 禽登魁矽刃年7 月知 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电 子和纸质文档， 可以借阅 或上网公布本学位论文 的部分或全部内容， 可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内 容。 对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研 究 生 签 名 : 主主龙一叫 年 7 月 了 日 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 1绪论 当 今社会环境污染日 益严重， 环境污染对国民 经济和人民的身体健康己 构成 了严重的 威胁。 在环境污染造成的损失中， 水污染又占了很大比 例。 工业废水是 水污染的 重要来源。 化工行业产生的废水在下沙废 水中占了 很大的比 例， 由 于其 废水生化性大都较差，盐度大， 较难处理，因此对化工废水的 处理倍受关注。 硝基苯类化合物是有机化学工业中一个重要分支。 这类化合物广泛存在于石 油化工、 染料、 肥皂、 香料、 制药、 火炸药等工业废水中。 全世界每年排入环境 中的苯胺类和硝基苯类化合物约为1 万t 和3 万t ，随着化工工业的发展， 这类 化学品的需求呈明 显上升趋势， 进入环境的 数量也会增多。 硝基化合物对人类的 毒性较大， 因此， 我国对硝基化合物在废水中的浓度有较高的要求， 严格规定硝 基化合 物的 含量均 不 得超过 s m 留 工 ( g b8 9 7 8 2 1 996) 。 硝基苯困itrobe n z e n e ， n b ) 是高毒性物质，其毒性一般为其它化合物的2030倍，且具有弱致突变性。长 期接 触， 对 人体 及 动 植 物危害 极 大 0 周 . 美国 环 保局已 将其列 入 优先 控制的 污 染 物名单中。 l l 硝基苯类废水的 来源和主要特点 一 般含硝基苯、 硝基苯胺染料 废水主 要来源于染料及染料中间 体生 产 行业， 由各种产品和中间 体结晶的母液， 生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等 组成。 在硝基苯生产领域 ， 硝基苯洗涤废水是硝基苯生产流程中最大的污染源之 一。 硝基 苯洗涤废水中 ， 硝基苯的 含量在2 o 00m 叭 左右， 同时 废水中 含有少量苯、 硝 基酚、 二 硝 基 酚、 硫酸盐 、 硝酸 盐 等 物 质 13 . 其 它以 硝基苯 为原 料的 行 业，废 水中 硝 基苯含量一 般在2 00l o o o m 留 工 之间。 硝基苯化合物化学性质稳定， 苯环容易发生亲电取代， 但是不易发生氧化反 应。 因 而在一般情况下， 利用氧使芳环破裂而达到使硝基苯类化合物分子裂解是 不容易的。 但在合适条件下， 硝基苯类化合物可以 被还原成亚硝基化合物、 偶氮 苯、 氢 化偶 氮苯及 芳 胺等4 ， 进而可改 善它 们的 可生物降 解性能。 对硝基苯类 废 水预处理技术和微生物降解硝基苯类化合物的研究， 近年来已逐渐引起人们的兴 趣，已有不少报道，并已取得一定进展。 1 2硝基苯类废水的治理现状 在目 前的研究中， 对该类化合物的处理方法也多种多样， 归纳起来主要有 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝荃苯废水的研究 三种，即:物理法、 化学法和生物法。 一般来说， 针对水量不大但含高浓度硝基 苯的 废水 ， 首先通过萃取的 方法加以 处理并回收; 而当水量大且硝基苯含量不高 ( 99 % 13 51. m a rwa h a 等人分别 采用黄麻绳、 棉花和小麦作为 p . c hry s osp ori 二生长载体， 在厌氧条件下消化造纸黑液， 以 黄麻绳为载体时， 脱色效果和c oo去除率最佳， 最 优运行参数为温度40 ， 菌丝体负荷340 m g ， p h:5 . 5 ， 葡萄糖浓度1 % ( . 八)， 停留时 间7 2 h ， 固 定 床连续 运 行了 2 1 d 阴. 邹世春等通过对部分降解产物的优- m s 分析， 探讨了各种不同类氯代化合物 可能的降 解机理， 确定了白 腐真菌在水中的 静置培养条件， 探讨在该条件下白 腐 真菌对水中微量抓 代农药的 生 物降解情况及其降 解机理。 实验表明， 白 腐真菌在 含有0. 02% 的葡萄糖、 0 . 0 器的 酒石酸钱和适量无机盐的 培养液中， 于35， 经 5 7d 的静置培养可获得活性良 好的菌丝， 并对氛代农药有最大的降解效率(9 既以 上) 140。 z h a n g 等用白 腐真 菌在三种设计的反应器中降解含氮染料橙11， 连续流固定 床生物反应器、 间歇加料流化床生物反应器、 连续流流化床生物反应器在长期运 行中表现出高效、 稳 定的降 解效果， 间歇加料流化床生物反应器效果最好 ( 1 0 0 (ha 9 / l 橙1 l l d 中 色 度去除 率达9 7 % ) t4 1 。 1 3 . 5 白 腐真菌技术未 来的 发展方向 和应用前景 研究表明 日 2 司 t3 ， 白 腐真菌是降 解芳香化合物能 力最强的 微生物， 白 腐真菌非 专一性的彻底降 解能力，不仅使其成为各类有毒污染物的克星，而且能在本质 上将它 们消灭，从而 大大提高了 污水治理的效益及质量。 但是， 白 腐真菌本身也 存在一些自 身的 应用限 制， 如何更大程度发挥白 腐真菌的 优势， 为环境保护作出 更大的贡献，以 下几个方面可以成为未来的研究方向: 1 . 培养条件的综合调控 白 腐真菌降 解 机 制的复 杂性， 决定控制及操纵培养条件包括种种参数因 子 至关重要， 为使人类掌 握降 解活动的主动权， 必须强调条件的 完善和优化。 2 . 与其他微生物的联合利用 白 腐真菌并不 是 万能的 ， 它与 众多 微生 物在降 解效应中 各具 特长， 所以 综合 利用的策略更有前途和生命力。 3 . 扫描鉴定更广谱的化学物降解性 硕士论文黄抱原毛平革菌处理 硝墓苯废水的 研究 一些科学家仍致力于白 腐 真菌降 解能 力的 进一步 挖掘， 扩大降 解底物的 范 畴， 并强调揭示更深入的 机制。 4 . 生 物学 领域 研究 白 腐真菌是整个生 态系统的 一部分， 是具有特殊功能的生物类群。 更深入地 揭示其生物学规律是更好驾驭它的前提。 研究方向 发生在两种水平上: 宏观上探 索它与其它 生物类群生 态系 统关 系; 微观上 在细胞与分子水准 上回 答降解 机制 及进行遗传改造。 在环 境意 识增强 ， 绿 色 运 动方 兴未艾的 今天， 环境问 题已 与能 源利 用、 经 济 发展、 人类生存等主题紧密相 连， 环境保护已 是全球的重要基本策略之一。 在这 种大 背景 下， 白 腐 真菌 无 疑是自 然界生 态系统中一 极其宝 贵的 生 物资 源， 是环 境 科学研究的模式对象及环境治 理的有力工具。 与世界各国 对白 腐 真菌研究及利用 的积极与 活跃相比 ， 我国的 状况则显得苍白 与迟缓。 结合我国 环境治 理的 严峻形 势， 开发白 腐真菌及其技术 有积极的 现实意义。 l 4 论文主要研究内 容 本论文在查阅 大量文献基础上选定 用r c菌作为处理硝基苯 废水的 菌 种， 考 察 p. c菌处理硝 基 苯类 废水的 处理 效果， 并且初步探 索关 于降 解 机理方面的内 容。 实验主要包括以 下三方面的内 容: 1 利用浅层静培养方式 研究p. c 菌降 解硝基苯的 影响因 素， 并 确定降 解的 基 本参数， 为后续实验做准备。 2建立白 腐真菌生物膜反 应器， 进行调试优化， 确定最佳运行参数， 考察在 最佳条件下，反应器对于硝基苯的处理效果。 3 对降 解后的出 水进行c 亡 一5 测定， 分析降 解产物。 研究p. c菌对于硝基 苯的降解途径，了解r c菌对混合废水的处理效果. 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 2 实验材料和方法 2. 1 材料 2 . 1 . 1 菌种 实 验 所 用菌种 为 黄 抱原 毛 平 革菌( 月 铂 ” 用 亡 加 te c h 哪0 甲 口 对 别 劝 ) ， 以 下简称 p. c菌， 购自 江苏省农业科学研究院，由 本实验室转接保存。菌种于 4 下冷藏 保存，每 1 2 月转接一次。 2. 1 .2培养基 2. 1 .2.1 固体生长培养基 固体培养基用于菌种的繁殖、扩增和保存。 其成 分刚和主 要制备过 程如下: 1 009新鲜土豆， 洗净、 去皮、 称重， 切成大 拇指大小， 置于烧杯中， 加 入500 . l 水，电炉加热， 搅拌， 80保温半小时， 使土豆内含物浸出 ( 或冷却半 小时，再烧开) ， 单层纱布过滤， 纱布中央垫层棉布。 ( 注意: 在加热过程中水分 会不断蒸发， 可于初始液面位置作一标记， 水分损失较多时 予以 补足， 否则将因 培养基中 水分过少而致随后的 真菌转接失败。 ) 葡 萄 糖1 09， 幻 比 p 伍 1 .59， 琼 脂1 0 9 ， mgs 伍 0. 7 59， 加入 土豆 汁中 溶 解。 一 般ph 值不 用调 节，自 然达到4. 5 左右. 高压蒸汽灭菌锅1 03. 425 kpa( 1 21)下灭菌2 伪 山 n . 2. i j .2液体限氮培养基 液体培养基用于建立 p . c . 菌的降解体系.国内外对白 腐真菌所做的大量研 究表明， 在限制氮源的 情况下， 能够激发白 腐真菌的胞外酶降 解系统， 对污染物 进行有效的生物降解，从而达到去除的目的。 实验中使用的液体限氮培养基成分如下: k h z p 伍 0. 2 叭， m g s 氏7 h20 0. o s g/ l ， c a c bo. 01 叭， 葡萄糖 1 0 幼 ， v bll m g 工 ，酒石酸 按1 .z n 肋o l/ l ， 适量 无机溶液。 以2 伪 卫 m o 比 丁 二酸钠为缓冲液， 0. 4 n ” n 0 f l苯甲 醇代替黎芦醉作为l i p的 激活剂. 其中无机溶液组分及含量见表2. 1 .2. 2 硕士论文 黄咆原毛平革菌处理硝墓苯废水的研究 表2. 1 2. 2 培养基中无机溶液的组分及含量 ( 以 每升液体培养基计) 组分 含量 lmg 组分 含量 / mg m g s o 。 7 h 2 0 m n s o 。 h 2 0 f e s o ; 7 h 2 0z n s 0 4 c a c 1 2h 3 b 0 3 3 . 0 0 00 . 5 0 00 . 1 0 00 . 1 (x)0 . 0 8 20 . 0 1 0 a i k( 5 04) 2c us0 4 5 玩o c o s o4n a c i 0 . 0 1 00 一 0 1 00 . 0 1 00 . 1 0 01 . 0 0 0 配制好的培养 基 用 稀硫酸调节ph 值至4. 5 左 右， 1 03.425 kpa ( 1 21) 下高 压蒸汽灭菌2 0 m in 备用。 2. 1 3实验仪器设备 b d c 一 180 w 上菱冰箱上海电 冰箱二厂 o l 丫 n 田 u s b h 一型光学显微镜01， m p us0 p t j 时 c o. 1 江 d j p t-1 型托盘天平江苏常熟衡器厂 电子天平北京赛多利斯仪器系统有限公司 d h g-924 0 a型电 热恒温鼓风干燥箱上海精宏实验设备有限公司 721 分光光度计上海航空测量技术研究所 g z 025 型电 热恒温培 养箱南京实验仪器厂 y x q.s g41 .2 80型电 热式手提压力蒸汽消毒器 上海医 用核子仪器厂 s p 一 780 型供氧泵广东中山日 胜电 器制品有限 公司 c a r y 10 o u v /v1 5 紫 外分光光度计美国v er l an公司 phs 一 3 型梢密数显酸度计上海沪新电 子仪器厂 s w-c y-ll 3 超净工作台苏州安泰空气技术有限公司 2. l 4 实验试剂及所需器皿 实验试剂: 葡萄 糖、磷酸二氢钾、丁二酸钠、酒石酸钱、 硫酸镁、 氛化钙、 硫酸亚铁、氛化钠、 抓化钱、 硫酸锌、 硫酸铜、明 矾、 硼酸、钥酸钠、苯甲 醉、 琼脂、 浓硫酸、 氢氧化钠、 维生素b 、乙醇、 重铬酸钾、 硫酸铝钾、 硫酸亚铁按、 硫酸银、硫酸汞、硫酸锰、 硝基苯、苯胺 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 实验器皿: 试管、 烧杯、 培养皿、 锥形瓶、 容量瓶、 量筒、 移液管、比 色皿、 漏斗、 酒精灯、电 炉、 吸耳球、 接种环、 棉塞、 纱布、 软管、 血球记数板、比 色 管、胶头滴管、曝气头、微孔曝气管等。 注: 由 于硝基苯 和苯胺在水中 溶解度均不高， 因 此， 本实验中的硝基苯和苯 胺废水的配置， 均是将硝基苯和苯胺溶于一定量的无水乙醇， 然后再用水稀释到 所需浓度得到的。 2 .2实验技术 2. 2. 1 接种及扩大培养 微生物的接种技术是生物科学研究中的一项最基本的操作技术， 是指是在无 菌环境里， 按照无菌操作的要求， 将某种微生物的纯培养物转移到无菌的培养基 上，使这种微生物能在新的环境里吸取营养而生活，并达到生长繁殖的目的。 4 斜面保存的 菌种转入37恒温培养箱中活化1 2d ， 接种于固体生长培养 基的平板上进行扩增。 接种前先将所需的试管和培养皿及接种环等高温蒸汽灭 菌， 然后在无菌操作台 上将加热融化的土豆培养基倒入试管和培养皿中 分别制成 斜面和平板培养基。 待培养基自 然冷却凝固后即可进行接种。 p. c菌产生大量抱 子， 使用接种环刮取， 在斜面和平板上采用划线法接种。 接种完毕， 将试管和培养皿置于恒温培养箱中， 调节适宜的 温度培养5 6 d， 待整个平板表面布满抱子后，即 可用于制作抱子悬浮液。 2. 2 2抱子悬浮液的 制备及计数 于无菌操作台 上， 用事先灭菌的接种环刮取扩增培养基上的抱子移入装有 无菌水的试管或锥形瓶中，震荡摇匀，即可制得抱子悬浮液。 抱子计数是为了 定量控制接入反应体系的菌量， 从而控制体系的酶量。 综合 大量文献资料， 常规反应体系的接菌量为每 1 0 功 工培养液中加入 l m l浓度为 2 . 5 x l 0 6 个 厄 止的 饱子 悬浮液。 实验中 抱子的 计数 采用显微镜直接计数法 ( 又称总菌计数法) t4n。 方法是 将经过适当稀释的 抱子悬浮液滴在血球计数板的 计数室内，在显微镜下进行计 数。由 于计数室的 容 积是一定的 (0. i nnn 3 ) ， 所以 可以 根据在显微镜下观察到的 抱子数目 来换算成单 位体积内的微生物数目. 2. 3 实验中相关参数的 测定方法 2 3 .1硝基苯的测定 按照还原一 偶氮分 光光度法阅进行测量。 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝墓苯废水的 研究 2 3 .2苯 胺的 侧定 按照n-( 卜 蔡斟乙 二胺偶 氮光 度法阅进行测量。 2 3 3c 0 d的测定 实 验中c o d的 测定使用快 速密闭 催 化消解法4 几 2 3 4 d 0的 测定 白 腐真菌是好氧菌， 溶解氧含量对其降 解效果有很大影响， 需要对反应体系 中的d o 含量进行定量测定， 以 便对降解体系作出及时调整。 特别是在生物反应 器实验中， 要确保反应器内各处溶解氧维持在一定的水平， 为白 腐真菌的正常生 长及高效、彻底的降 解染料废水提供必要的 溶解氧。 实验中d o使用850a 型数显自 动d o测定仪测定。 2. 3. 5 禅 的 测定 实验中ph 值使用p h s 一 3 型精密数显酸度计测定. 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝荃笨废水的研究 3浅层静培养实验 白 腐真菌降 解过程中 会受多种因素的影响， 不仅受菌种特性的影响， 同时也 会受到 外 界的 诸多 因 素 的 影响， 如p h ， 进 料 浓 度， 外 加碳 源， 培养的 方 式， 供 氧量， 温度， 营养源， 酶激活剂等。因此， 在正式实验之前必须确定r c 菌的最 佳处理条件， 国内 外关于p. c菌降解的研究很多， 对于其生长特性和降解影响因 素的 研究己 有大 量 文献 报 道。 实验挑取温度、 ph 值、 进样浓度几个主要影响因 素进行考察。 实验中白 腐真 菌降 解特性的基本参数选择采用浅层静培养方式来研究。 3. 1 浅层静培养的 方法 由 于白 腐真菌属好氧菌，在白 腐真菌降 解底物的过程中， 伪 的供给无疑备 受关注. 有文献 报 道14 卜 闷 9 ， 动培养对真菌对底物的降 解有较大扰动。 而浅 层静 培养较之动培养， 一方面避免了对降解体系的不当 扰动， 另一方面因为整个降解 体系与空气有相对较大的接触面，满足了体系在降 解过程中对 伍的需求， 本实 验应用该方法进行反应器运行前的参数确定。 浅层静培养体系的建立方法是:在 1 0 0 . 工锥形瓶中加入1 0 功 工的液体限氮 培养基， 按照常规 接菌量定量加入p. c 菌抱子悬浮液， 在适宜 温度下于恒温培养 箱中静置培养sd以 上， 待菌体充分生长，进入次生代谢阶段，酶活达到较高水 平后即可加入硝基苯进行降解。 值得注意的是， 在浅层静培养实验中， 不能晃动锥形瓶或者搅动菌丝体，以 免菌丝裹成团， 难以 舒展开， 减小了与空气的接触面积，影响降解效果。 3. 2 浅层静培养过程中 真菌理化性状的研究 在浅层静培养过程中， 观察真菌理化性状的 变化情况。 可以 看到， 抱子悬浮 液接入培养液 1 刁d内，静培养体系中即出现白 色菌膜，随之逐渐增厚，最终扩 展成遍及液面的 菌垫。 培养初期，菌体变化不大;中期开始生长，菌团变大， 菌 垫增厚; 后期， 菌 体由 原来的白 色转为暗白 色。 到4 、 s d 时， 真菌逐渐培养成熟. 可以用来进行后续实验。 3 j温度对p. c菌降 解硝基苯废水的影响 p. c菌作为一种微生物，温度因素对于其生长具有重要影响，研究表明p. c 菌的最佳生长温度是 37， 但是在实际生产中， 保持高温要额外增加费 用。因 此， 有必要了解p. c 菌在中低温的条件下的降解情况， 为将来应用于工业生产积 累数据。 本实 验的 温度设 计梯度是24 、 26、 28 、 30， 实验条件为p h = 4 .5 ， 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 硝基苯进样浓度为8 0ingi l 。 1 门 ， 即 - 班 占对爹 竺/ 尹少 蔚 一 盖 竺 了 雄 今 了 华 “ 二 犷 ， 二 犷 二 1 抢 二 二 二歹 01 224拐6072 图3 3 . i p. c菌在不同 温度下对于硝基苯的降解情况 从图3. 3 . 1 可以 看出，随着时间的 进行， 去除 率均呈现上升的 趋势。 但不同 的温度条件下， 去除 率的变化情况不同。 在 1 2h 时， 温度为24、26、 28 和30的去除率分别为67.3 %、 723 %、 71.9 % 和67.3 % 。而在48h时， 分别为 8 3 . 9 %、9 4 . 9 %、8 3 . 6 %和 8 81 %. 由 此可以看出， p. c菌在t = 2 6 降解效果降解效果最佳，经过6 0h的降解， 硝基苯去除 率可以 达到95% ，而当t = 2 4 ， 降 解效果有所下降， 去除率不到90%， 虽然在t 七 3 0 的条件下，去除率最终也达到了95% 左右，但是由于本实验着眼 于将白 腐真菌技术应用于实际工程，因此后续反应选用 26作为 p. c菌生物膜 反应器的反应温度。 3. 4 p h对p. c 菌降 解 硝 基苯废 水的 影响 白 腐 真菌对酸 碱 度的 偏好表现在嗜酸 性， 一 般 认为 其适宜生 长的ph 值范围 约在4 5 之间。 实验中 选取了p h = 2 . 5 ， 4. 5 ， 7 三 个点， 考察在t = 26， 硝基苯 进样 浓度 为80m g 飞的条件下， p. c菌对于硝基苯的降解情况。 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝基笨废水的研究 仰即 二 一洲一j洲 / .声 即加因翻相 硬路菠米 脚那刀 .j.刁.月. a0句 0， 22436相的祖 时 间八 图3. 4. i r c 菌 在 不同ph下 对硝荃苯的 降 解 情况 从图 可以 看出 ， 随 着时 间 的 进行， 去除率基本呈上升的 趋势。 但不同的p h 值变化的 情况有所不同。 在1 2h时， p h = 2 .5 、 p h 井 4 .5 和p h = 7 .0的 去除 率分别为 59.2 % 、57.3 % 和72.6 % 。 但随着时间的进行，在2 4h 时，相应的去除率分别为 53.5 % 、 84.2 % 和80 .4 % ， 随 后 都 趋于 稳 定 提高. 但p h =4.5时 的 去除 率 始终 大于 其他p h 值的 去除 率. 由 此可以 得出 ， 在p h = 4 .5的 条件下， 处理效果最 佳， 这与 文献中p. c 菌适 宜于在 偏酸 性条件下生 长的 报道一 致。 另 外， 在图 上可以 看出 在p h = 7 的 条件下， 硝基苯的去除率与最佳条件下的去除率接近， 可以理解为白 腐真菌对于中性环境 有一定的 耐 受性。 p h = 2 .5时 处理效果不 好， 酸度过高 会抑制p. c菌生 长， 从而 影响去除效果。 因 此， 为了 达到 最佳的 处 理效果， 后续实验中ph 确定为4. 5 . 3. 5 进样浓度温度对p. c菌降 解硝基苯废水的影响 白 腐真菌可以 利用硝基苯作为 碳源， 维持其正常的新陈代谢。 但是由 于硝基 苯本身具有毒性， 在浓度超过一定的范围后， 就会对p. c菌的生长产生抑制， 表 现为降 解反应变慢， 甚至停止，影响对硝基苯废水的处理。 实验考察了p. c菌在五种不同的进样浓度(4 o m g 工 、80 m 留 工 、1 2 o m 留 工 、 200m留 毛 和4 0 0 m 留 飞 ) 对硝基 苯的去除 情况， 实验条件为 t 旨 2 6 ， ph叫.5. 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 100即 的70eo印叨 硬哥傲米 加 11 / 1 11， zd，1/厂 尸 庵- - - - - - - 一 十- - - - - 一 - - - 一 刁 0， 2243e拐的社 时 间八 图3. 5. i r c菌对不同 浓度硝基苯的去除情况 由图3 :51 可以 看出，随着时间的进行，p. c菌对不同浓度的硝基苯的去除 率均呈上升趋势。 但不同 浓度的去除率变化有所不同。 p. c 菌对于浓 度12 0mgi l 和加om叭 的 硝基苯溶 液降 解情况比 较接 近， 通过 2 4 h 的 降 解， 去除 率 基本上都超过了90% ， 并且启 动速度很 快。 而对于s omg 几 和4 0m叭 的 硝基苯溶 液， 特别 是40m g 见 ， 虽然最后的 去除 率也能 够达到90%以 上， 但是启动速度相对较慢， 这主要是由 于伴随着浓度的增大，自由基和硝基苯 底物接触的 几率越来越大，因 此，降解速率增快， 而在低浓度的 条件下， 只 c菌 启动整个木质素降解体系比 较缓慢， 起到降解木质素作用的各种过氧化物酶以 及 葬芦醇等物质在低浓度硝基苯范围内分泌受到抑制， 而反应一旦启动则能迅速降 解。 但是，当 进样浓度为4 0 0 m g 几后， 去除 率急 剧 下降， 甚至停止， 基本 上维 持在 30%一4 0 % 之间。这说明， 虽然白 腐真菌由 于特殊的胞外酶降解系统， 可 以降低底物毒性对于微生物的影响， 从而提高进水负 荷， 但是， 当 进样浓度超过 白 腐真菌可以 承受的范围时，由 于生物毒性的作用， 影响p. c菌的 细胞代谢， 从 而影响酶系统，抑制降解。 3. 本章小结 1 . 在浅层静培养过程中， 观察真菌理化性状的变化情况。可以 看到， 抱子悬浮 液接入培养液1 3d 内， 静培养体系中即出现白 色菌膜，随 之逐渐增厚， 最终 扩展成遍及液面的 菌垫。 培养初期， 菌体变化不大; 中期开始生长， 菌团变大， 菌垫增厚: 后期， 菌体由 原来的白 色转为暗白 色。 真菌培养成熟时间为4 s d 。 2 . 温度对 p. c菌降解硝基苯废水有很大的影响。通过实验可以看出，p. c菌在 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 t = 2 6 降 解效 果降 解效果 最佳， 经 过6 0h的 降 解， 硝 基苯去除 率可以 达到95 % ， 而当t = 2 4 ， 降 解 效果 有 所下降， 去除 率不到90% ，虽 然在t = 3 0 的 条 件下， 去除 率最终也达到了95% 左右， 但是由 于本实验着眼于将白 腐真菌技术应用 于实际 工程，因 此最佳的反 应温度为26。 3 . 通 过 实 验 确 定p h 对p. c 菌降 解 硝 基 苯 废 水的 影 响 ， 得出 在p h = 4 .5的 条 件 下， 处理 效果 最 佳， 因 此最 佳叫确定为4. 5. 4.进 样浓 度对p 心菌降 解硝 基苯 废水 也 有很大的 影 响. 通过实 验可以 得出 ， 在 进样 浓 度为10 卜 2 0 0mg 工时 ， 去除 率都 可 达到95 % ， 因 此， 确定 最 佳的 进样 浓度 为1 仪 卜 z o om叭 。 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 4 浸没式生物滤池反应器去除硝基苯废水的研究 生物膜是一种生长在固 定介质表面上， 由 好氧微生物及其吸附、 截留的 有机 物和无机物所组成的粘膜.在处理废水时， 废水流过生物膜， 借助于生物膜中微 生 物的 作用， 在有氧存 在条 件下 ， 氧化废水中的 有机物质1 50 。 生物处理按微生物在构筑物中的 存在方式可分为两类: 活性污泥法和生物膜 法。 与 活 性 污 泥 法 相比 ， 生 物 膜 法 具 有 许 多 优点 151 书 2 ， 包 括 : (l ) 水 力 停留 时 间 短， 反 应器体积小， 运行管 理方便 灵活; (2 ) 对毒性物质和冲击负 荷具 有较强的 抵抗性; (3 ) 提供了 在同 一反应 器中同时固 定不同 微生 物的 可能 性; (4)污 泥沉降 性能好， 避免了污泥膨胀问 题。 生物膜法主要包括: 生物滤池、生物接触氧化、 生物转盘、生物流化床等。 其中， 生物转盘必须配备小功率低转数马达， 且运行期的管理维护较为复杂; 生 物流化床则要求预先对真菌与载体实 现固定化， 此后方可进行投菌， 而已 有的固 定化技术一个明显的缺陷是成本过高， 这直接限制了将来应用白 腐真菌处理硝基 苯废水的实际工程应用。 相对于其他的方法， 生物接触氧化具有以 下的 优点: 水 力条件好， 填料表面全为生物膜所布满， 有利于维护生物膜的净化功能。 对冲击负 荷有较强的适应能力， 污泥量少， 不产生污泥膨胀危害。 易维护管理。 因 此， 综合 各方面因素考虑，决定采用生物接触氧化即浸没式生物滤池。 4. 1 反应器装置及方法 4. l i反应器装置 生物滤池为有机玻璃材质， 有效容积为3l;所用载体为i cmx l cmx lcm的 海绵， 使用前用溅的 稀硫酸浸泡3 0min， 再用5 % 的稀碱液浸泡30m in， 最后用乙 醉浸泡3 0min，再用去离子水漂净，烘干待用。载体捆绑均匀悬挂于反应器中。 曝气采用微孔曝气。 反应器如图 41 . 1 所示: 硕士论文黄抱原毛平革苗处理硝墓苯废水的研究 图4 . 1 . i p . c 菌浸没式生物滤池反应器 4. l 2菌种 实 验所用菌种为 黄抱原毛 平革菌 印加” 阳 加etec hr ” 0 胡 or 蜜u 功 ) ，以 下简称 p. c菌， 购自 江苏省农业科学研究院，由本实验室转接保存。 菌种于 4 下冷藏 保存，每1 2 月转接一次。 4. 1 3培养基 固体培养基配方如前所述。 液体限氮培养基配方如前所述。 4 2反应的启动 将配好的 p . c . 菌抱子悬浮液与已 灭菌的3 00伽l 液体限氮培养基混合均匀， 然 后加入到反应器中， 控制反应器温度在26， 将曝 气档调至低档， 观察p . c . 菌生 长及载体挂膜情况，并直接从载体上挑取菌膜高倍物镜( 40 x ) 镜检。 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝墓苯废水的研究 反应器接入菌种和培养基后， zd已明显观察到载体表面有白 色的菌膜， 并且 结合紧密， 不易挑取。 继续培养到3d， 菌膜增厚， 镜检显示菌膜中存在大量粗细 一致的丝状菌， 丝状菌的 桶孔型隔膜证实该菌丝为担子菌。 培养4d后，向 反应器中 加入一定浓度的 硝基苯溶液启动降 解过程，调节曝 气量 进行高 强度曝 气， 同 时 对反 应器内 的州值及d o值定 期 进 行测定，以 保证 反应器的正常运行。( 注:以 下反应器运行方式均为间歇式。 ) 4. 3 系统调试优化 前期所进行的实验采用浅层静培养方式得出了p. c菌去除硝基苯的基本参 数， 而生物膜反应器运行时需要控制的 参数更加复杂， 因此实际运行前首先在得 出的基本工艺参数基础上对反应器系统进行优化调试。 4 3 .1外加碳源的影响 己 有 研究 指出 53 冈， 一 些难生物降 解的芳香 化合物， 可以 通过建立适当的 代 谢系统对其降 解， 共代谢是一种重要的 代谢途径， 一些难降 解的芳香化合物在共 代谢系统中能够被降解， 共代谢的其中一种方式就是加入一些易被代谢的底物如 初级待代谢底物葡萄糖， 主要是提供电 子源和生长能源; 在实际工程应用中， 我们希望p. c菌在反应器中挂膜生长后， 能够尽可能多 次的处理硝基苯废水， 但是由于实验采用的是间歇进水， 在重复进料实验过程中， 由于要将处理过的废水倒出， 重新进样。 在这个过程中， 体系中的营养物也将随 之而流失。 而碳源作为白 腐真菌共代谢的底物是必不可少的， 为了保持菌丝体和 降 解酶的 活力， 使得后续处理能够继续保持在一个较高水平， 必须补充一定量的 碳源. 参阅文献， 在众多碳源中，以 葡萄糖效果最好， 实验中以 葡萄糖作为外加 碳源， 进行了加入不同 浓度葡萄糖的对比实验， 考察外加碳源对p. c菌重复降解 硝基苯的影响。 硝基苯进样浓 度为 200 m g/ l ， 硝基苯加入反应器降解一定时间 后就全部排 出， 换上新的 一批，如此重复进料数批， 考察每批硝基苯的的重复降 解情况。 实 验条件为t 七 2 6 ， p 十4 .5 ， 硝基 苯进样浓度200mgi l . 总共作了 四 组对 比 实 验， 加入葡萄 搪浓度分别为0 叭 ， 0. 5 9/1 ， 1 叭 和z g/ l . 考察每批硝基苯进 料3d的去除率，总共考察了5 批。 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝基苯废水的研究 表4. 3. 1 外加碳源对重复进料的影响实验 9 7 . 7 6 9 . 5 5 1 . 2 9 6 . 2 8 5 . 7 6 7 . 3 4 6 9 5 . 5 92 .3 8 4 . 7 8 4 . 1 7 8 . 6 94 .4 9 0 . 6 8 6 . 7 8 0 . 9 7 58 由 表4. 3 . 1 看出， 外加碳源的 浓度对p . c . 菌重复降 解过程中 具有重要影响。 在 前两批废水的处理中， 葡萄糖的 加入与否对降解效果的 影响不大， 但是在其后的 批次中，影响逐渐显现，不加葡萄糖的体系第三批去除率只有48. 6 % ， 加0 . 5 9 /l 葡萄糖的体系第四 批去除率也仅为4 6 % 。 而葡萄糖浓度为1 9 /l和2 9 /l的体系能够 重复脱色至少5 批，且能够保持一个较高的去除率， 分析主要是由 于伴随着重复 进样， 菌丝体和酶不断流失， 酶活性降低，降解能力下降， 此时加入碳源，碳源 可以作为白 腐真菌酶系统的能源物质， 进行底质共代谢， 并且碳源可以增加酶活 力，进而保证了处理效果。 但当葡萄糖投加量 超过1 9 /l 时， 体系的处理效果也不会再有明显的增加。 因 为 葡萄糖投加量 过多， 会造成“ 葡萄糖效应” ( g l ucoseef f ect) :微生 物利 用了大量的易于降 解的 底物葡萄糖， 对其他较难降解底物的能力就会下降， 即葡 萄糖抑制和排斥了 对其他底物的 利用。 4 3 .2最佳停留时间的 研究 生物降解废水过程中， 增加微生物与降解底物的接触时间， 必然可以提高去 除率， 白 腐真菌也是一 样。 但是在实际废水处理工程中， 处理时间的增加就意味 着运行成本的上升， 因 此， 我们必须确定一个最佳停留时间， 来保证处理效果和 运行成本二者的 平衡.因 此， 我们需要考察r c 菌生物膜反应器在最佳运行条件 下硝基苯的降解情况和c o d 去除情况。 硝基苯进样浓度为1 2 o m 留 l ， t = 2 6 ， p h = 4 .5 。 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝基笨废水的研究 曰、省、su 翻种瀚翻潮呵溯 8e0的叨 硬哥缝带 劲0 01 2二 月 洲 时 间而 拐eo刀 图 4. 3. 2 p. c 菌生 物反应器对1 2 0m叭的 硝基苯溶 液处理情况 由图4. 3 .2可以 看出，反应体系的降 解效果较为理想， 开始阶段降 解速率保 持在一个较高的 速率， 2 4 h 时， 去除率就超过了80%， 4 8h后就基本保持在95% 左右了， 前期较快的去除效果， 除去白 腐真菌超强的降解能力以外， 填料和菌体 的吸附作用也是造成前期降解比较快的原因之一。 48h 后去除率趋于稳定， 基本 维持在一个较高的水平， 体系中c o d去除效果明显， 2 4h的去除率就接近6 0 % ， 但随后趋于稳定，最终的去除率为 67%，其原因可能是，随着底物的减少，菌 体的 代谢活动减慢、 酶活力降 低， 以 及酶系与底物接触的机会减少而酶促反应减 慢等原因所致。 因此综合考虑硝基苯的降解情况和c o d去除情况，决定选择p. c菌处理的 停留时间为48h. 4 3 3溶解氧对p. c菌降 解硝基苯废水的影响研究 溶解氧浓度对于白 腐真菌的降解反应有着重要影响。 白 腐真菌降解污染物主 要是依靠木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶， 这两种酶在有氧条件下， 受白 腐真 菌自 身产生的过氧化氢激活， 使酶中的三价铁氧化， 从而启动这些过氧化物酶的 催化循环。 先是使木质素 解聚， 生成许多有高度活性的反应中间体， 最终导致木 质素结构中 各种键断裂， 解聚成小分子的化合物， 再经过彻底氧化， 降解为c 伍 和玩0。 但是考虑到水中一般会有一定量的溶解氧， 如果这些氧气足以满足白 腐真菌 的反应所需， 那么外加曝气就是一种浪费，即使非曝气状况下， 降解受到一定影 响， 但是降解结果相比于曝气条件下没有太大的降 低， 非曝气也是一种选择. 在 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝墓苯废水的研究 工业应用中， 可以 做到节约成本的 效果。 因 此， 设计 对比 实 验， 分为曝 气和非曝 气， 硝基苯进样浓度 1 2 0mg/ l ， 实 验 条件为t 旨 2 6 ， p h 叫.5 ， 进水c o d 阵 3 3 0 0id留 l . 40 硬铸盏稍 01 0二 0 幼 时 间八 4050的 图4. 3. l l p c 菌在两种条件下对硝基苯的降解情况 ， 00 曰 】 的加eo阴和即匆100 次、哥淡半 时 间八 图4. 3. 3 .2p. c菌在两种条件下对于c o d的去除情况 由图4. 3. 3. 1 可以 看出， 非曝气条件下4 8h后， 硝基苯去除率仅为6 0 % 左右， 与曝气状况下相差极大， 推断主要是由于只 c菌在降解的初始阶段， 可以 利用溶 液中的溶解氧进行启动反应，降解一部分的硝基苯， 但是随着反应的进行， 氧气 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝墓苯废水的研究 被消耗殆尽，降解反应逐渐变慢甚至停止，去除率表现为趋向于一个定值. 由图4. 3 3 2可以看出， 在非曝气条件下， c o d的去除率只能达到30%左右， 而在曝气的条件下， 可以 达到60% 左右，分析认为， 曝气条件下， p. c菌的降解 活动比较活跃，大量硝基苯被降解或转化，因此，c o d值不断降低，而在非曝 气的条件下，降解缓慢甚至停滞，c o d变化相应的也就不大。 通过对比 实验可以 得出结论， 曝气对于r c菌的降解具有重要影响， 为了在 实际降解中 达到一个良 好的降 解效果， 还是应该采取外加曝气的 方法。 4. 4反应器运行实验 反应器经过优化调试之后，在最佳反应条件 t 旨 2 6 ，p h 叫.5 ，进水 c 0 d = 360 0mgl 工 ， 微孔曝气， 外 加葡萄 糖1 叭， 进样浓度为1 2 0m留 毛 ， 考 察p. c 菌降解硝基苯废水的情况。 1: 5070e0印相ao匆100 0， 2口 月 3e 时 间八 招60找 图4 .4 r c 菌 在 最 优 条 件 下 对12 0 m 目 工的 硝 基 苯降 解 情 况 从图4. 4 可以 看出，在经过调试优化过程后，反应器各方面都达到了 最佳。 随着时间的进行， 硝基苯的去除率呈不断上升的趋势，在2 4 h 时，p. c菌处理硝 基苯去除率就可达到90%，之后呈稳定上升的趋势。 4. 5 硝基苯降 解过程的 研究 4. 5 .1降解过程中的 产物研究 关于硝基苯的微生物降 解， 国内 外进行了 大量的 研究， 对于其降 解途径和机 制都有了比较详细的叙述。 对于硝基苯而言， 由 于硝基的吸电 子性使得苯环上的电子云密度下降， 从而 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝荃苯废水的研究 仰的 产， 声 产 目70的匆相习加100 哭铃逝米 .， 6 封犯 时 间/h 叨拐 图4. 5. 3. i p . c 菌对4 0 口 9 / l 苯胺降 解情况 5的即知 心. eo即相翻匆相。 次、铃菠米 .1 624犯 时 间八 功朋 图4. 5. 3. 2 p . c 菌对1 2 如9 /l苯胺降解情况 硕士论文 黄抱原毛平革菌处理硝基笨废水的研究 一 一 4 如9 /l 一. 一 1 2 腼只 几 加 硬铃菠诩 24 时 间八 图4. 5 .3.3 c od去除率的变化情况 由以上三图可以 看出， p. c菌对于苯胺的降解效果不佳， c o d去除率和苯胺 的去除率都比较低。白 腐真菌降解污染物的机理是以玩0 2 为初始底物，进行催 化氧化，产生木质素过氧化物酶 l 评和锰过氧化物酶 m l 企，从而达到降解污染 物的目 的。 其中非酚类芳香族化合物依赖于l i p ，而酚类、胺类及染料等依赖于 m n p 。 所以 分析降 解效果不佳可能是由 于反应系统中 缺乏m n ，使得锰过氧化物 酶mll p 的含量较低， 从而导致降解效果不好。 4. 5. 4添加m。 对p. c 菌降 解苯胺的影响研究 白 腐真菌伽址 忱 rot丘 in g i ) 具 有较强的降 解 难降 解有机物的能力 ， 其降 解过程 主要依赖胞外木质 素降 解酶系:木质素 过氧化物酶( l i p 习 、 锰过氧化物伪 众 田 8) 、 漆 酶q e s) 以 及产生 过 氧化 氢的 氧化酶。 研究表明， 虽然白 腐菌所合成的 木质素降 解酶系对底物的 氧化是高度非特异 性的， 但m l l p 和l 沪 酶对于不同结构底物的降解能力存在差异一般认为， l i p 主要 降 解非酚 类化合物， 而 k 肠 田 主要降 解酚类及胺类等化 合物。 而m n p 的出 现与 n 匕 2 卡 浓度有很大关系. p. c 菌对单一苯胺的降解效果不好，可能就是因为由于液体培 养基中的 k 臼 量太少， 而导致产生的 m 血 企 不足， 所以 造成处理效果不好。 设计实验考察液体培养基mn 量变化后对于处理效果的影响，实验条件为 p h 叫.5 ， t 2 6 ， 进水c o d = 2 4 0 0 m 目 1 . 进样浓度为1 2 0m留 工 ，m 矛 斗 浓度分 别 2 5 m 留 工 ， 5 0 m 创 l ， 1 0 0m留 l . 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝墓苯废水的研究 厂 声 一 二 一_ - j 丫 片叮.沪 60相 硬并菠半 时 间八 图4. 5. 4. 1不同浓度枷: 对p . c 菌降解苯胺的影响 一一一一 一一 份 一. 舀行 一一一一一 j 40 硬哥菠米 夕 ， 。 4犷 时 间八 图4. 5 .4 2不同 浓 度m hz + 对c o d去除的 影响 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝荃苯废水的 研究 润的 的知即阴们翻 次、铃菠米 加100 0.， 6 24故相姗 时 间八 图4. 5 .4.3原始培养基下p. c菌对于苯胺的降解情况 加 硬哥菠水 0， 2料”胡的 时 间/h 图4. 5. 4. 3原始培养基下p. c菌对于c o d的去除情况 由 图4. 5 .4. 1 和图4. 5 .4. 2 可以 看出， 相对于原始培 养基条件下，入 伍 2 十 浓 度提 高 后， 苯 胺 去 除 率 显 著 提 高 ， 当枷补 浓 度 为5 0m目 1 时 ， 4 8h后 的 去 除 率 达 到 了 97%， 而原始培养 基下， 4 8h后， 去除 率仅为3 0. 5 % . 分析认为， 随 着m 扩 十 浓 度 增加， m l 企量增多， 苯 胺大量降 解， 而在原 始培养基条件下，由 于n 比 2 十 浓度 很 低， 产生的m n p 很少， 苯胺的降 解也很少。 但是在图 上也看到， 当n 份 2 十 浓度高 到一定程度后，再提高 浓度，去除率反而下降。说明m 矛 + 浓度有一个最佳值， 硕士论文黄抱原毛平革菌处理硝荃苯废水的研究 并 非 越 高 越 好。 从 图4. 5 .