（环境工程专业论文）黄原酸盐高效降解菌的紫外诱变选育及其降解特性的研究.pdf

! 奎三些查兰三兰堡圭兰堡鎏三 x a n t h d t e 。w i t hi t sn l o l e c u l a rf o r m u i ai 的c s s ki sa r io r g a n i cf l o t a t i o nr e a g e n tu s e d f r e q u e n t l yi nz i n cs u l f i d em i n e r a l ( z n s ) f o t a t i o n t h i sp a p e rf i r s ts t u d i e dd o m e s t i c a t i n ga n d s c r e e n i n gh i g h l y - e f f e c t i v e x 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 nw a s t e w a t e ro fr e f m e d z i n cm i n e r a lw h i c hc o n t a i n i n gx a n t h a t e ，t h ev a r i a t i o ns t r a i nh a sb e e no b t a i n e db yt h e t e c h n i q u eo fu v i n d u c e dw h i c hh a st h es p e c i a ld e g e n e r a t i o nf u n c t i o nu n d e rh i g hp ht ot h e x a n t h a t e n 圮nw ee x a m i n e dt h eo 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 et h e m e c h a n i s mo fx a n t h a t eb i o d e g r a d a t i o nb ys t r a i n2 ”1 1 博c 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 o t a t i o n , i l l u m i n a t i o n , h e a v ym e n t a l ，c o n c e n t r a t i o no f d e x t r o s e ，q u a n t i t y o fb a c t e r i a lc o n s o r t i u m , e t c a tl a s tw es t u d i e dt h ee f f e e ta n dm e c h a n i s mo fb i o d e g r a d a t i o n o na c t u a lw a s t e w a t e rb yt h es 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 g f l o t a t i o nw u s t e w a t e rf o rn a n j i n gx i n y a n gm i n ec o m p a n y ab a c t e r i a ls t r a i nl ”w a si 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 dg r o ww i t h x a n t h a t ea st h es o l es o u r c eo fc a r b o na n de n e r gv t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo ft h e m i c r o o r g a n i s md e o x y r i b o n u c l e i ca c i d ( d n a ) f o i mt h et h ) ，m i n ed i a t o m i cb e d i e sb yt h e u l t r a v i o l e tr a yi l l u m i n a t i o n , c r e a t e st h ed u p l i c a t i o nm i s t a k e ，c a u s e st h eg e n em u t a t i o n , u s e u h r a v i o l e t - t r a yi r r a d i a t es t r a i n1 ”f r o mt h eu l t r a v i o l e t r a yi l l u m i n a t i o nt i m ea n dt h el e t h a l i t y e f f e c tc n r v ec o n f i r mt h eh e s ti l l u m i n a t i o nt i m ei s5 0 s a f t e ri n d u c e m e n to b t a i n st h r e ep o s i t i v e m u t a t i o ns t r a i n s ( 岁，3 。，4 。) ，t h es t r a i n1 “c a nd e g r a d ex a n t h a t e sa n dt h eb i o d e g r a d a t i o nr a t e s w a s3 0 4 ，b u tt h es t r a i n2 ”d e g e n e r a t i o nr a t ew e r eh i g h e s t ，h a da c h i e v e d7 8 1 ，w h i c hi s o v e r4 7 7 h i g h e rt h a nt h a t s i m u l t a n e o u s l yt h ep r e p o n d e r a n ts t r a i n2 8c u l t i v a t e1 5 ht oe n t e r t h el o g a r i t h mv e g e t a lp e r i o d ，a f t e r1l ht h em y c e l i u ma r r i v e dt h eb i g g e s tg r o w t hq u a n t i t y ，o d h a da c h i e v e d0 5 8 1 ，e x p l a i n e ds t r a i n2 ”f o rt h eh e s ts u p e r i o r i t ys t r a i n , t h ex a n t h a t e d e g e n e r a t i o ng r e a t l ye n h a n c e d n 蛇c o l o n yo f1 8a n d2 8a r eb e t t l eg r e e no nt h es o l i dc u l t u r e m e d i u mo fb e e fe x t r a c t b e c a u s et h eb a c t e r i a ls t r a i n sl 。a n d2 8a r ea b l et o p r o d u c e w a t e r s o l u b i l i t yp i g m e n t t h es t r a i n sa r eg r a m r e a c t i o n - n e g a t i v e ，r o da n dn o n f l a g e l l a 。 n 虻e x a m i n a t i o no f c e l lg r o w t ha n dd e g r a d a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f s t r a i n2 ”w a sc o n d u c t e d i nt h ef u r t h e rs t u d i e s t h er e s u i ts h o w e dt h a tt h es t r a i n2 ”c a nh i g h l yd e g r a d ex a n t h a t e sa n dt h e b i o d e g r a d a t i o nr a t e sw e r ea b o v e 7 8 1 i np hi s1 0 0d e f i n i t ev a l u e s t h eo p t i m u m t e m p e r a t u r ea n ds h a k i n gs p e e do fx a n t h a t ed e g r a d i n ga r e3 0 a n d1 2 0 r m i n , u n d e rt h e i l l u m i n a t i o n a n dt h eb a c t e r i a lc o n s o r t i u mi si 0 ( v o l u m ep e r c e n t ) a n dw h e nt h ec o n c e n t r a t i o n o fx a n t h a t ei s1 0 0 m g l 6 6 2 o fc o d ow e r er e m o v e d , 8 2 1 o fx a n t h a t ew e r er e m o v e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei o n so fz 、p b 2 + b o t hr e s t r a i nt h eb i o d e g r a d a t i o no n n x a n t h a t e , a n dt h el a t t e rs t r o n g e r a d d i n gt h eg l u c o s ea tt h ec o n c e n t r a t i o no fo 2 9 lc o u l d g r e a t l ye n h a n c ed e g r a d i n ge f f i c i e n c y u l t r a v i o l e ts p e e 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 ns h o w e dt h a ts t r a i n sb i o d e g r a d e d x a n t h a t et on e wc o d c rs u b s t a n c e s k e yw o r d s ：x a n t h d t e s ；f l o t a t i o nw a s t e w a t e r ；u l t r a v i o l e lr a ym u t a t i o n ；m u l a n t ；b i o d e g r a d a t i o n n l 独创性声明 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间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： 曲够 钐望洋 加i 年j 蝴昌 第章绪论 第一章绪论 1 1 本研究课题的来源、目的及意义 1 1 1 课题来源 本论文研究内容是下述两个项目的一部分： ( 1 ) 国家自然科学基金项目“硫化矿浮选废水净化与回用的工艺研究”，批 准号：5 0 2 7 4 0 3 4 ，2 0 0 2 年1 2 月- 2 0 0 5 年1 2 月； ( 2 ) 厂校合作项目“南京栖霞山锌阳矿业有限公司选矿废水净化回用与排 放的进一步研究”，2 0 0 3 年1 2 月一2 0 0 6 年6 月。 1 1 2 研究目的 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净化处理进行 的研究，以硫化矿浮选中最常用的有机浮选药剂黄原酸盐( 分子式为r o c s s m e ， 简称黄药) 为代表作为研究的目标污染物。黄药是有色金属硫化矿物( 如p b s ， z n s 、f e s ：) 浮选生产中最为有效的捕收剂“，。黄药为淡黄色粉末、常因含有杂质 而颜色较深，比重为1 3 l7 。半衰期为4 天，具有恶臭，嗅觉值为0 0 5 m g l ， 即使浮选废水中残存量极少，也可使水质发臭，并严重影响附近水域的生态平衡， 当c 。= 5 m g l ，在3 天内可杀死大部分鱼类w 。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m 。然而对含黄药浮选废水迄 今仍未有切实可行的处理技术，尤其该公司的浮选废水成分相当复杂、p h 值高 达1 1 6 。虽然有关于生物法处理含黄药浮选废水的报道，但此类菌种均是在酸 性或中性条件下才对目标污染物有一定的降解能力，很有必要对黄原酸盐在高p h 下的生物降解特性进行一下研究。 本课题的研究目的是：在自然条件下驯化、分离、筛选出一株黄药高效降解 菌，然后利用紫外诱变技术诱变此菌株选育出在高p h 对黄药有特殊降解功能的 菌株，研究黄原酸盐高效诱变降解菌的生物降解特性，并得出最佳工艺参数，为 拓宽南京栖霞山锌阳矿业有限公司浮选废水净化处理技术路线提供试验数据。 广东工业大学t 学硕十学位论文 1 1 3 研究意义 在本课题的早期研究中，我们课题组己经对该废水的净化处理方法进行了研 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w 。但经过多年的应用，由于药剂不断积累，回 水c o d e ，值由原来的3 0 0 m g l 左右升至5 0 06 0 0 m g l ，最高时达到8 0 0 1 0 0 0 m g l ，而且废水中的c o o c ，物质较2 0 0 1 年废水净化回用系统刚建成时有了很 大变化，变得更稳定、更顽固、更不易分解和降解、回水的副作用也明显增强。 现有的净化处理工艺，无论是混凝沉淀、活性炭吸附、化学氧化，都是考虑废水 的物化降解特性，没有研究有机浮选药剂的生化降解特性。 为了改进废水净化效果，降低废水c o d c ，值，有必要对浮选废水中有机浮选药 剂的生化降解特性作一下研究，拓宽废水净化技术路线，并为浮选废水生物净化 提供理论基础支持。我们课题组的张萍师姐做了关于“一株黄原酸盐生物降解菌 的特性研究”，筛选出一株黄原酸盐降解菌，经鉴定为铜绿假单胞菌，实验表明： 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 ，的去除率达到8 4 7 m 。但该菌株降解黄药的最佳p h 为8 0 ，而实际废水的p h 高达1 1 6 ，远远未 能达到实际应用的程度。我们的研究将为用生物法处理南京栖霞山锌阳矿业有限 公司的高p h 浮选废水，提供高效优势菌株和黄药降解特性，在理论研究和实际 应用上有较大意义。 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。 与废水的化学和物化处理法相比，生物法则是经济有效，可被广泛接受的环 保处理方法，不仅价廉，而且无二次污染，符合可持续发展的需要”。但传统的 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，这种方法已不能满足当今工业废水 处理的需要。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念 去除效果。在含难降解污染物的工业废水处理中，尤其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 2 第章绪论 此筛选和驯化黄药高效降解菌，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。 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，从而实现有价会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一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m 。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( o a f ) 等， 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( c a f ) 等m ”，。现在，浮选不仅用在选矿上，而且广泛应用于圃液 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m - 。 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t 矿用水约3 5 m ，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 于破碎作业中的沈矿、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 。 广东t 业大学1 = 学硕十学位论文 表1 - 1 选矿各作业生产用水量( t d ) ( t a b 1 1w a t e r a m o u n t u s e d i n d i f f e r e n ts t a g e s o f f l o t a ：t i o n p r o c e s s ) 表1 - 2 选矿各作业生产废水量( t d ) ( t a b 1 2t h e w a s t e w a t e ra m o u n tp r o d u c e di nf l o t a t i o np r o c e s s ) 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、有机和无机活化荆、抑制剂、分散 剂和絮凝剂m ，。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，存在于选矿厂的各种料流中，另外，金属硫化矿在 浮选过程中其金属离子和s 2 。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。 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。丁基黄药药的浓度范围从微量( 小于0 1 i n g l ) 到i 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 4 第一章绪论 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 o 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 力元。公司各种废水水质的测定结果见表卜3 。 表卜3 各种废水水质的测定结果( m g l ) ! ! ! ! ：! ：! ! ! ! 竖! 坠婴坚堡! ! 塑璺! 型! ! g 翌! 型 水样p b 溢流水z n 溢流水s 溢流水z n 尾水尾矿水 1 3 浮选废水中污染物质的毒性及回用后的影响 从选厂排出废水中的大多数物质的毒性数据是很广泛的，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，黄药有较大的危害。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，对中枢神经系统具 广东t 业大学丁学硕十学位论文 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，当有松醇油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4 ，部分浮选药剂对鱼 和水蚤的毒性作用示于表1 - 5 。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6 。 表1 - 4 浮选药剂对于鱼类的毒性临界值和作用强弱( r a g l ) ( t a b 1 - 2t h et o x i c i t yc r i t i c a lc o s ta n df i l 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 ) ( m g l ) 表卜5 浮选药剂对鱼类及水蚤的毒性作用( m g l 1 ( 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 t m i a )( m g l ) 6 第一章绪论 表1 - 6 浮选药剂排放的参考标准 ( t a b ! - 4t h e r 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，由于重会属的毒性和其长期存在性， 排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，当土壤中会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 和人体造成极大的危害。例如同本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、硫的选别指标都有影响，其中对铅的选 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 选矿泡、冒、滴、漏现象管理造成困难，难以维持正常生产 1 4 有机浮选药剂一黄原酸盐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，即通过物理、化学、生物等方法将废水彻底净化，达到国家排放标准，即 7 广东t 业大学- = 学硕士学位论文 黄药小于0 0 5 m g l ，c o o c ，值小于1 0 0m g l “”。 含黄药浮选废水污染治理目前常采用的方法有：化学沉淀法、氧化法、沉淀 一氧化联合法、酸化法、离子交换吸附法和生物法。 1 4 1 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应生成稳定的沉淀，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，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、亚铁离子和镍离子，但是黄药与f e 2 + 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 2 + 作为黄药的沉淀荆能起到很好的效果。 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m “- 。当黄药的浓度为1 2 5 m g l ，h ：o ：投药量为2 0 m g l ，f e ”浓度为2 0m g l ，处理时间为6 m i n ，初始p h = 4 0 时，黄药去除率达 到9 9 5 ，c o d c ，去除率为8 7 5 。此种方法适用于酸性废水中才对黄药有较好的 去除效果。 1 4 3 沉淀一强氧化剂氧化法 沉淀一强氧化剂氧化法是向废水中加入可以与黄药发生沉淀反应的化学药 剂，再加入氧化剂氧化剩余部分。这方面的研究比较成熟，如朱潜力、翁建浩等 用硫酸亚铁沉淀，漂白粉氧化“，。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，该 8 第章绪论 盐溶度积常数为o 8 x1 0 2 ，试验证明8 0 的黄药可通过沉淀分离出去，但一般 经沉淀后的废水各项指示均达不到国家排放标准，剩余部分在通气条件下用漂白 粉氧化，生成不溶于水的双黄药经过滤除之方能达标。 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。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，未被交换的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摊 放标准，即使在碱性条件下效果依然很好。但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m ，。 1 4 5 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m t 。据文献报道，p h 值对黄药分解 的影响很大，p h 在l 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m ，取得了良好的效果，黄药可以达标排放。 但是南京栖霞山锌阳矿业有限公司的浮选废水高达1 1 6 ，需加入大量酸来降低 p h 值，成本太高。 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i j f 国内尚无此类应用，国外例如开本政府曾在1 9 7 7 年投资1 0 0 亿同元兴建了松尾 9 广东t 业大学工学硕士学位论文 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 取得了明显效果m 。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 ) 。 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 研究了硫醇类捕收剂：2 ，2 ，6 ，6 一四甲基一1 一 氧化亚胺一4 黄原酸钾( k t i 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“。 我们课题组( 张萍的硕士毕业论文) 以黄原酸盐( r o c s s n a ) 为目标污染物， 通过筛选纯化南京某矿山硫化矿浮选废水中的微生物，获得了一株高效降解高浓 度黄药且极易生长的菌株，初步鉴定为铜绿假单胞菌属( p s e u d o m o n a s a e r u g i n o s a ) ，菌株降解黄药的最佳条件为：p h 为8 0 ，温度为3 04 c ，振荡速率 1 2 0 r m i n 。菌株极易生长，停滞期短，在黄药浓度为3 0 0 m g l 培养1 3 5 h 后达到 最大的细胞产量，o d 值为0 5 7 9 ，黄药降解率达到9 8 6 7 ，但该菌株降解黄药 的最佳p h 为8 0 ，而实际废水的p h 高达1 1 6 ，这些实验还处在试验研究阶段， 菌种降解的目标污染物和降解的条件各不相同，离实际应用还有一定距离，我们 拟在这方面做更进一步理论研究，为实际应用提供依据。 1 5 主要研究内容和思路设计 从江苏南京栖霞山锌阳矿业有限公司现场取回的锌精矿溢流废水中的微生 物作为菌源，在自然条件下( p h = 7 0 ) 驯化出一株黄药高效降解菌，然后利用 紫外诱变技术诱变此菌株选育出一株在高p h 下高效降解黄原酸盐的优势菌种， 同时研究黄原酸盐降解菌的降解特性，并将该菌运用于实际废水的处理，以降低 废水的c o d 。值，改进废水净化效果。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 5 1 黄药降解菌的驯化筛选 在自然条件下( p h = 7 o ) 筛选纯化江苏南京栖霞山锌阳矿业有限公司锌精 矿溢流废水中的微生物，选取黄药降解能力最强的菌株进行后续实验。 1 0 第一章绪论 1 5 2 紫外诱变黄药高效降解菌株 利用紫外诱变技术诱变此菌株，选育出在p h 为1 0 0 下降解黄原酸盐的优势 菌株。 1 5 3 黄药降解特性实验 在p h 值为1 0 0 的条件下，以温度、培养的振荡速度( 溶解氧) 、太阳光照、 重金属离子、接种量作为影响因素，找到优势菌株的最适生长条件和获得黄药最 佳降解率的条件。 1 5 4 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，初步探讨了菌株降解黄药的机理。 1 6 本研究的特色与创新之处 从所查阅文献来看，到目前为止，对于在中性和酸性条件下黄药的生物降解 方法有一定的实验室研究，但对利用紫外诱变技术选育出在高p h 下对黄药有高 效降解作用的菌株来处理有机浮选药剂黄药废水的研究在国内外还没有相关报 道。本课题是针对南京栖霞山铅锌银矿的选矿废水中的有机浮选药剂黄药在紫外 诱变技术条件下进行生化降解的研究，可更深入理解黄药在高p h 下的生物降解 过程的实质，为改进废水净化效果提供理论基础。 广东工业大学t 学硕+ 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 试验所用菌种采自江苏南京栖霞山锌阳矿业有限公司现场取回的锌精矿溢 流废水中的微生物。 菌种的来源一般有两种方式。一种是采自活性污泥，因为活性污泥中含有多 种多样的的微生物，在其中有筛选出降解目标污染物菌种的可能性。另一种是采 自长期受目标污染物污染的土壤或水体中，其中可能有已经适应并降解目标污染 物的微生物菌群存在。本实验采用了后一种方式，因为黄药在生活中应用范围不 广，只在选矿中应用较多，从长期受黄药污染的水体中筛选出降解黄药的菌株可 能性更大。 2 1 2 培养基 所有培养基配制后，于1 5 m p a 压力下湿热灭菌2 0 分钟，固体培养基灭菌后 冷却至5 5 后倒平板。 ( 1 ) 以黄药为唯一碳源的无机盐中性培养基：k z h p 仉1 6 9 ，k h z p 0 4 0 4 9 ，m g s o , 0 0 6 9 ，c a c l ：l i n g ，n i - l c l1 o g ，黄药5 0 3 0 0 r a g ，定容至l 升，p h 值约为7 0 ，无 需再调节，此培养基用于出发菌株的驯化。 ( 2 ) 以黄药为唯一碳源的无机盐碱性培养基：n a h c o ，8 o g ，n 如c 0 3 3 2 o g ，m g s 0 4 0 0 6 9 ，c a c l 。l i n g ，n i l 。c 1 1 o g ，黄药l o o m g ，定容至l 升，p h 值约为1 0 0 ，此培 养基用于诱变菌株的驯化。 ( 3 ) 以黄药为唯一碳源的无机盐中性琼脂固体培养基：在以黄药为唯一碳源 的无机盐中性培养基v e ) j n ) , 琼脂即可( 1 8g l ) ，p h 值约为7 0 ，此培养基用于出 发菌株的分离纯化。 ( 4 ) 以黄药为唯一碳源的无机盐碱性琼脂固体培养基：在以黄药为唯一碳源 的无机盐碱性培养基中加入琼脂即可( 1 8g l ) ，p h 值约为1 0 0 ，此培养基用于 1 2 第二章试验研究方法 诱变菌株的分离纯化。 ( 5 ) 黄药降解菌培养基：在上述液体培养基的基础上添加葡萄糖o 2 9 l ， 黄药浓度为1 0 0 m g l ，p h - - 7 0 和p h = 1 0 0 两种，此培养基均用于黄药的降解试 验。 ( 6 ) 牛肉膏蛋白胨固体培养基：牛肉浸膏5g l ，蛋白胨1 0g l ，氯化钠 5g l ，琼脂2 0 9 l ，p h = 7 0 和p h ：1 0 0 两种。p h = 7 0 的培养基用于出发菌 株的纯化，p h = 1 0 0 的培养基用于诱变菌株的纯化。 ( 7 ) 富集培养基：牛肉浸膏5 9 l ，蛋白胨1 0 9 l ，氯化钠5 9 l ，p h = 7 0 和p h = 1 0 0 两种。p n = 7 0 的培养基用于出发菌株的富集，p h = 1 0 0 的培养基 用于诱变菌株的富集。 2 1 3 试验仪器 表2 1 主要试验仪器设备 ( t a b l e2 11 1 砖m a i ni n s t r u m e n t s ) 广东t 业大学t 学硕十学位论文 2 2 试验方法 2 2 1 菌种的驯化、分离和纯化 将锌精矿溢流废水按1 0 体积比接种于以黄药为唯一碳源的无机盐中性培 养基中，3 0 c ，1 2 5 r r a i n 摇床培养，以一周为一驯化周期，观察生长情况。驯化 的同时逐步提高驯化液中黄药的浓度，当培养基出现浑浊时，将驯化液稀释涂布 于以黄药为唯一碳源的无机盐中性琼脂固体培养基上，挑取单菌落，在牛肉膏蛋 白胨固体培养基上反复划线纯化1 。 2 2 2 菌悬液的制备 将纯化的菌株接种至富集培养基中培养l d ，培养液经离心及清洗，制备成 一定浓度( 约0 5 9 湿菌体r i l l 菌悬液) 作为实验用菌液，将其置于4 冰箱保存。 把此种培养液作为降解试验的接种菌液，降解特性试验中菌体的接种量为 l o ( 体积比) 。 2 2 3 培养条件 液体培养基，3 0 摇床振荡培养( 1 2 0 r m i n ) 固体培养基，3 0 c 恒温培养箱平板倒置培养 2 2 4 紫外诱变筛选出来的菌种 ( 1 ) 准备工作：在暗室中安装1 8 w 紫外灯管( 本实验室的超净工作台里 有紫外灯，并且具有很好通风、灭菌、稳压等良好的紫外诱变条件， 并配有电磁搅拌器和一块黑布) 。照射前先打开紫外灯，预热2 0 3 0 分钟； ( 2 ) 照射处理：取4 m l 菌悬液放在9 c m 的培养皿中，再将培养皿平放在 离紫外灯管2 8 c m ( 垂直距离) 处。照射处理的同时打开电磁搅拌器。 照射时间为1 0 9 5 s ，照射一定时间后，立刻置于黑暗环境中培养； 1 4 第二章试验研究方法 ( 3 ) 紫外线照射后的菌悬液经稀释涂布在适宜的以黄药为唯一碳源的无 机盐碱性琼脂固体培养基( p h = 1 0 o ) 上培养； ( 4 ) 筛选试验：经诱变获得的菌株在培养箱中培养后，移入富集培养基 ( p h = 1 0 ) 培养后，再移入模拟废水中进行驯化，选取对黄药降解性 能最佳的菌株。重新在以黄药为唯一碳源的无机盐碱性琼脂固体培 养基( p h = 1 0 0 ) 推平板，重复以上筛选步骤，直至获得高性能突 变菌株。 2 2 5 菌株革兰氏染色 革兰氏染色法是细菌学中很重要的一种鉴别染色法。它可将细菌区别为革兰 氏阳性菌和革兰氏阴性菌两大类。 挑取少许经1 8 2 4 小时培养的大肠杆菌、黄药降解菌1 。和2 4 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，水沈；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一。 2 2 6 菌株降解黄药的影响因素 在菌株的紫外诱变过程中p h 为1 1 0 以上时诱变不出菌株，p h = 1 0 0 时能 诱变出优势菌株，因而在整个降解特性实验中，p h 值取定值1 0 0 。以温度、振 荡速率、太阳光照、重金属离子、外加碳源、接种量作为影响因素m 。，。整个过 程以出发菌株l o 作为空白对照测定黄药降解率。 ( 1 ) 温度 黄药初始浓度为1 0 0 m g l 。在p h = 1 0 0 下，改变恒温振荡器的温度， 7 2 后取样测定黄药降解率，比较不同温度对黄药降解率的影响。 ( 2 ) 振荡速率 黄药初始浓度为1 0 0 m g l ，在p h = 1 0 0 、最佳温度条件下，改变恒温 振荡器的转速，7 2 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。 广东工业大学丁学硕+ 学位论文 ( 3 ) 接种量 黄药初始浓度为1 0 0 m g l ，在p h = 1 0 0 、最佳温度、最佳振荡速率条 件下，隔不定时间取样测定黄药溶液的c o d e r 降解率，比较不同的接种量 对黄药溶液c o d c ，降解率的影响。 ( 4 ) 太阳光照 黄药初始浓度为1 0 0 m g l ，在p h = 1 0 0 、最佳温度、最佳振荡速率、 最适接种量条件下，分别在有自然太阳光照( 有太阳的晴朗的夏天，摇床 的盖子敞开) 与无光照( 阴天，摇床的盖子盖好) 情况下摇床培养7 2 h ， 比较有无自然太阳光照对黄药降解率的影响。 ( 5 ) 重金属离子 黄药初始浓度为1 0 0 m g l ，在p n = 1 0 0 下、最佳温度、最佳振荡速率、 最佳接种量、有太阳光照条件下摇床培养7