（环境科学专业论文）聚天门冬氨酸的生物降解性研究.pdf

【 聚天门冬氨酸的生物降解性 iff 究】 ab s t r a c t p o l y a s p a r t i c a c i d ( p a s p ) i s a k i n d o f s c a l e i n h i b i t o r s n e w ly d e v e l o p e d i n r e c e n t y e a r s i n t h i s t h e s i s , t h r e e t e s t m e t h o d s w e r e p e r f o r m e d t o s t u d y t h e b i o d e g r a d a b i l i t y o f p a s p . b e s i d e s t h e b i o d e g r a d a t i o n k i n e t i c e q u a t i o n s o f p a s p w e r e o b t a i n e d , a n d t h e b i o d e g r a d a t i o n m e c h a n i s m s o f p a s p w e r e e x p l o r e d a s w e l l . t h e t h r e e t e s t m e t h o d s t h a t w e r e a d o p t e d w e r e s h a k i n g - b o tt l e i n c u b a t i n g t e s t , o e c d 3 0 1 b t e s t a n d c o n t i n u o u s s i m u l a t e d w a s t e w a t e r t r e a t m e n t t e s t r e s p e c t i v e l y , w h e r e p a s p w a s d e g r a d e d b y a c t i v a t e d s l u d g e m i c r o o r g a n i s m s . s h a k i n g - b o t t l e i n c u b a t i n g t e s t w a s p e r f o r m e d t o e x a m i n e t h e p r i m a r y b i o d e g r a d a b i l i t y o f p a s p u n d e r f a c u l t a t i v e c o n d i t i o n s , w i t h c o d m b e i n g t h e i n d e x o f o r g a n i c s u b s t a n c e c o n t e n t . o e c d 3 0 1 b t e s t w a s u s e d t o m e a s u r e t h e u l t i m a t e b i o d e g r a d a b i l i t y o f p a s p u n d e r a e r o b i c c o n d i t i o n w i t h t h e r e l e a s e o f c 0 2 b e in g t h e i n d e x o f t h e d e g r a d a t i o n o f p a s p . c o n t i n u o u s s i m u l a t e d wa s t e w a t e r t r e a t m e n t t e s t w a s a p p l i e d t o e x a m i n e t h e r e mo v a l r a t e s o f p as p u n d e r b o t h a e r o b i c a n d a n a e r o b i c c o n d i t i o n s . b a s e d o n t h e r e s u l t s , t h e r e m o v a l e f f i c i e n c y o f p a s p i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t s c o u l d b e p r e d i c t e d . mo r e o v e r , t h e p h e n o m e n a o c c u r r e d i n t h e b i o d e g r a d a b i l i t y e x p e r i m e n t s w e r e o b s e r v e d a n d a n a l y z e d . a l l t h e t e s t r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t p a s p c o u l d b e h i g h l y b i o d e g r a d e d , w i t h a c c u m u l a t i v e b i o d e g r a d a t i o n r a t e b e i n g 6 0 % i n a p p r o x i m a t e 2 0 d a y s . t h e r e m o v a l r a t e s o f p a s p i n c o n t i n u o u s s i m u l a t e d wa s t e w a t e r t r e a t m e n t t e s t w e r e n o t g r e a t e r t h a n 3 0 %, w i t h b i o d e g r a d a b i l i t y d i ff e r e n c e s a m o n g d i ff e r e n t p a s p s . d u r i n g t h e p r o c e s s o f b i o d e g r a d a t i o n , t h e b i o m a s s u n d e r w e n t l y s i s , w h i c h r e s u lt e d i n t h e d e c r e a s e o f p h a n d ml s s , a s w e l l a s t h e c o d m i n c r e a s e o f t h e b l a n k g r o u p . a ft e r c o m p a r i n g t h e e v a l u a t i o n s t a n d a r d s o f e x i s t i n g b i o d e g r a d a t i o n e s t i m a t i o n m e t h o d s , t h e e v a l u a t i o n s t a n d a r d s a n d e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s f o r s h a k i n g - b o t t l e i n c u b a t in g t e s t w e r e p r o p o s e d , w h ic h w a s a p p l i c a b l e t o p a s p s a n d a l s o o t h e r i n h i b i t o r s . o r th o g o n a l - d e s i g n e d s h a k i n g - b o t t l e i n c u b a t i n g t e s t s w e r e c o n d u c t e d t o s e e k t h e e f f e c t s o f i m p a c t f a c t o r s o n t h e b io d e g r a d a b i l i t y o f p a s p . a c c o r d i n g t o t h e im p o r ta n c e o f t h e i r i n fl u e n c e o n t h e b i o d e g r a d a b i l i t y o f p a s p , t h e i n fl u e n c i n g s e q u e n c e o f t h e s e i m p a c t f a c t o r s w a s : c o n c e n t r a t i o n t e m p e r a t u r e b i o m a s s . t h e l o w e r t h e c o n c e n t r a t i o n o f p a s p s a m p l e , t h e h i g h e r t h e b i o d e g r a d a t i o n r a t e . b a s e d o n t h e d a t a o f o rt h o g o n a l - d e s i g n e d t e s t s , t h e f i r s t - o r d e r r e a c t i o n k i n e t i c s e q u a t i o n s o f p a s p w e r e e s t a b l i s h e d , t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e t e m p e r a t u r e a n d t h e 聚天门冬氮酸的生物降解性研究 f i r s t - o r d e r r e a c t i o n k i n e t i c s c o n s t a n t s w a s d e s c r i b e d b y t h e a r r h e n i u s e q u a t i o n . t o d e s c r i b e t h e b i o d e g r a d a t i o n p r o c e s s o f p a s p , mi c h a e l i s 一me n t e n e q u a t i o n w a s a l s o e s t a b l i s h e d . f i n a l l y , t h e t h e s i s i n v e s t ig a t e d t h e b i o d e g r a d a t i o n m e c h a n i s m o f p a s p t h r o u g h g p c a n d g c - ms a n a l y s i s . t h e a n a l y t i c a l r e s u l t s c o n f i r m e d t h a t t h e l o n g c h a i n s o f p a s p c o u ld b e b r o k e n a n d t u r n e d i n t o s h o rt c h a i n s a n d o t h e r s i m p l e m o l e c u l e s , p a rt l y t r a n s f o r m e d i n t o c o z u n d e r t h e a c t i o n o f m i c r o o r g a n i s m. k e y w o r d s : p o ly a s p a r t i c a c i d ( p a s p ) , b i o d e g r a d a b i l i t y , s h a k i n g - b o tt l e i n c u b a t i n g t e s t , b io d e g r a d a t i o n k i n e t i c s 聚天门冬氨rik 的生物降解性研究l 第一章 课题综述 1 . 1 聚天门冬氨酸 ( p o l y s a p a r t i c a c i d , p a s p ) 的用途、性质及研究现状 工业用水占城市用水的8 0 %以上， 其中冷却用水随行业不同约占6 0 -9 0 %, 这部分冷却水除少数采用直流水外， 大部分采用的是循环水。 循环水在系统运行 过 程中， 由 于 水分 蒸发， 其中 存在的 各 种溶 解 性 金 属 离子 如c 扩 + 、 m g t + 的 浓 度 不断增加， 最终会和水中 的s o , , - , c o 一等结合 形成水 垢。 生 成的 水垢 沉积在循 环水系统的 传热面上， 使水流阻力增大，流量减少，降 低了设备的冷却效率d i 影响了循环水系统的功能。 为了控制水垢的产生， 使循环水的水质保持稳定， 最 常用的方法是向水中添加阻垢剂。 阻垢剂的发展经历了从无机盐， 聚合电解质， 天然高分子物质到合成有机物 的阶段2 1 。 二十世纪七十年代以 来， 最常用的为有机酸类和高聚物类阻垢分散剂， 其中有机嶙酸化合物性能 稳定， 适应性强， 但是不能有效抑制磷酸钙垢和锌垢3 1 而且分子中所含的磷进入环境后易引起水体富营养化， 己被越来越多的地区限制 使用。 高 聚物 类阻 垢剂 如聚丙烯酸型， 聚马来酸型， 磺基酸型 等川 ， 阻 垢效果良 好 ， 对c 扩 + 、 m g t + , f e , c 了 + 具 有 较强 的 鳌 合 能 力 5 不 但 对 碳 酸 钙 垢 有良 好 的抑制作用， 亦可以有效地抑制磷酸钙垢， 铁垢和锌垢， 不足之处是生物降解性 较差， 进入环境后易于在其中积累。 在环境保护法规臼趋严厉的今犬， 低磷， 无 毒、 可降解的环境友好型阻垢剂的研制开发已成为主流方 一 向。目前国内外研究开 发 最多的 此类阻 垢剂为聚 环氧唬拍酸和聚 天门 冬 氨酸6 1 聚天门冬氨酸是天门冬氮酸的聚合物， 天然存在于软体动物的甲壳中， 早在 1 8 5 0 年便首次 被人工合成 ， 。 从二十世纪九十 年代开 始， 许多国 家尤其是美国、 德国、 日木等的化学公司进行了大量有关聚天门冬氨酸合成与应用方面的研究和 报道( 8 1 。它的用途极为广泛，在水处理方面用量最大。作为新型的绿色阻垢剂， 聚天门冬氨酸的制备原料可从自 然界中获取， 制造工艺清洁， 利用后能被微生物 降解为对环境无害的最终产物9 1 。不同合成条件下聚天门冬氨酸产品的分子结 构、分子量、性能和外观等等都有所差异，其各种属性简介如表 1 - 1 : 作为阻垢剂使用的聚天门冬氨酸类物质相对分子量范围在3 0 0 0 - 4 0 0 0 ，主要 包括聚天门 冬氨酸及其 钠盐或酉 en ( 1 5 1a ， 使用时配制成水溶液， 从外观上 看为红棕 色粘稠液体。聚天门冬氨酸热稳定性好，超过2 0 0 才会发生明显的热失重，因 此可应用于高温水系统。 它的阻垢性能优越， 对磷酸钙垢、 硫酸钙垢、 硫酸钡垢 等都有优异的阻垢性能。对碳酸钙垢的阻垢效果最佳， 用量 0 . 2 m g / l时，对 3 0 0 m g / l的c a z 十 的阻垢率就达到8 8 %,阻 垢率达 1 0 0 %时的 投加浓度仅为 2 .o m g / l , 因 此 可以 用于 高 钙 离 子 浓 度 水 系 统 16 j 聚 天 门 冬 氨 酸 既 可以 单 独 使 用 ， 也可以和氧化淀粉、 钨酸盐、苯甲酸钠、 锌盐、 含磷阻垢剂等进行复配，以降低 【 聚天门冬氨酸的生物降解性研究】 成本， 提高阻垢缓蚀效率【 17 1 表 1 - 1聚天门冬氨酸的属性 t a b l e . l 一 1 t h e p r o p e rt i e s o f p o ly a s p a rt ic a c i d s d形式 说明: 大然存在的聚天门冬氨酸分子结构均为 则 包括。 和d 两种形式 1 0 1 分 布很宽， 为一千至 数十万曰 。 形式 形式， 而人工合成的聚天门冬氨酸分子结构 分子结构 易 溶于水， 具有鳌合和分散作用， 可鳌合钙、 镁、 铜、 铁等多种金属离子， 耐高 温， 热稳定 性好，无生物毒性。 分子量一性 作为阻垢剂用于冷却水、锅炉用水的处理; 用于脱盐、脱糖回收、反渗透等过程的水处理; 用作洗涤剂、护肤品、肥料、杀虫剂、除草剂、 鲜花保鲜营养液的添加剂 1 1 ; 用作钻井液降粘剂 1 12 1 . 用作缓蚀剂，对碳钢、 铜、铝均有缓蚀作用、还可解决油田中的c 0 2 腐蚀问题; 用途合成路线 在我国，聚天门冬氨酸的利用还处于刚刚起步的阶段。 就生产方面来说， 合 成方法不够成熟， 不清楚各种合成条件对产品性能的影响， 产品分子结构与性能 之间的关系 也不确定 p a l ， 对其有关性质， 如生物降解性的研究也没 有系统的 报 导 1 6 1 。 这些原因制约了聚天门冬氨酸的大规模生产与使用，为了 寻找对环境更 _ 聚 天 门 冬 氨 酸 的 生 物 降 解 性 研 究 】 为友好的聚天门冬氨酸类缓蚀阻垢剂， 就必须对聚天门冬氨酸类物质进行彻底的 研究。 研究内容包括: 比较各种聚天门 冬氨酸类物质的生物降解性差异， 筛选出 生物降解性能优越的品种， 研究其生物降解性能与结构组成的关系， 探讨其降解 机理，提出合理建议，用以指导其工业生产。 1 . 2 生物降解性的一般研究方法 1 . 2 . 1 生物降解性概述 生物降解性是指通过微生物的新陈代谢作用使某一物质改变其原有化学和 物理性质的性质，可以用该物质被微生物所分解或消耗的难易和快慢程度来表 示。在生物降解过程中常伴随着基质的损失，h 2 o和 c 0 2 的生成，0 2 的消耗， 能量的释放和微生物量的增加。 生物降解性试验就是通过测定生物降解过程中这 些 物理量的 变化来衡量被测物的生 物降 解性 1 1 9 1 。 有机物， 特别是人工合成有 机 物的生物降解性是其重要性质之一， 这一性质可以反映该有机物在历经生产， 使 用并进入环境中后的滞留情况。 充分了解一种物质的生物降解性， 有助于引导其 生产和处置向着有利于环境保护的方向发展。 根据被测物质在试验当中的降解程度，生物降解划分为以下两个层次: ( 1 )初级生物降解:被测物质在微生物作用下，发生结构变化，但不一定能达 到完全矿化。 (2) 最终生物降解:被测物质被微生物完全利用，并最终被转化为二氧化碳、 水、 矿物盐及微生物的细胞组分 2 0 1 1 . 2 . 2 生物降解性的测定方法 根据生物降解性测定方法的测试原理， 现有的生物降解性测定方法大致上可 归 纳为如下几类2 1 1- 3 2 1 ， 见表1 - 2 a 1 . 2 . 3 生物降解性的影响因素 影响有机物生物降解性的因素很多，特别是由于具生命活性的微生物的参 与， 使得反应的过程和结果难以预测， 从而导致用各种测试方法对同一物质得出 的结论有所差别， 甚至截然不同。 常见的影响有机物生物降解性测定结果的因素 有如下 几种2 2 1- (3 3 1 ， 如表1 - 3 e 一 般来讲， 在同样的试验条件之下， 微生物的浓度越高， 对同一物质的生物 降解程度就越高，与此相对应的试验现象是降解过程的适应期和降解时间缩短， 被测物质的降解率增加。 微生物的来源也很重要， 采自 不同地点和时间的微生物 在种群结构和活性方面都会有所不同，这一影响有时会使试验结果出现反常现 象， 如随着微生物浓度的增加， 被测物质的降 解率却有所下降3 4 1 【 聚天门冬氨酸的生物降解性研究】 表1 - 2生物降解性测定方法的分类 t a b l e . 1 - 2 t h e c a t e g o r i z i n g o f b i o d e g r a d a t i o n e s t i m a t i o n m e t h o d s 分类 依据 有机 物的 去除 率 生物降解性的测试方法 c o d去除率法:常用的为c o d 3 6 ， 方法为取待测物溶液接种一定量 微生物混合 培养，测起始c o d和第3 0 天的c o d ，求出其去除率，以 此判断待测物的生物降 解性。 t o c去除率法:方法原理基本同c o d去除率，但测试花费相对昂贵。 d o c去除率法:方法原理基本同c o d去除率 连续活性污泥法: 根据实际的污水处理装置运行原理， 测试有机物通过模拟的连 续或半连续污水处理装置后的去除率，以 此判断其生物降解性。 利用分析方法如气相色谱 ( g c ) 、高效液相色谱 ( h p l c ) , 薄膜色谱 法 ( t l c ) 渗透凝胶色谱法 ( g p c ) 、红外分光法等测定受试物浓度的减少， 一 般用来检测受 试物的初级降解或研究其降解机理。 b o d 5 法:五日 生化需氧量， 相当于比较容易被微生物分解的有机物量。 b o d z u 法: 二十日生化需氧量， 相当于有机物进入环境中后经微生物长 期作用可 耗氧 量 被分解的量。 微生 物及 其活 it 测定基质耗氧曲线法: 把微生物对基质的生化呼吸线与其内源呼吸线相比较， 作 为基质生物降解性的 评价依据。 。 综合指标b o d s 1 c o d c r , b o d ( t o c 法等。 c o : 释放量法:以 一定量被测物质经微生物降 解后生成的 c o z 量和其理论 c 0 2 释放量做比较，求得该物质的最终降解率。 c h a 释放量法:原 理同上， 一般用干有机物的厌氧生物降解。 测试释放出的气体产生的气压的方法。 直接测定微生物的 数量法: 方法有显微镜计数法， 活菌计数法， 测定挥发性悬浮 固体 ( v s s )法。 - a t p 法: 通过测定有机物生物降解过程中微生物能量-a t p含量的变化， 来表 征有机物的生物降解性。 测定脱氢酶 ( d h a)活性法:脱氢酶的活性反映了活性微生物量及其对有机物 的代谢能力，通常用于特殊菌种降解有机物的试验。 d n a或 r n a法:有机物降解时，生物群体的d n a或 r n a总量将发生变化， 据此可评价受试物的生物降解性。 【 聚天门冬氮酸的生物降解性研j 门 表 i - 3生物降解性测定中的影响因素 t a b l e , 1 - 3 t h e i m p a c t f a c t o r s o f th e b i o d e g r a d a t i o n e s t i m a t i o n 被测物质的化 学和物理性质 微生物的性质 i 分子结构，分子量的大小， 在水中的溶解性， 挥发性， 是否附着在反应器壁上，是否因泛起泡沫而导致物质损失， 对微生物的毒性; 浓度， 来源， 活性， 种群结构， 对被测物质的适应情况，是否经驯化: ik ll 试环境条件 被测物质浓度， 。 介质的状态， 如无机盐含量， 有无其它物质共存有无共代谢情况存在 反应容器的体积，形状， 反应温度， 介质中 溶解氧d o , p h 值 实验周b, 分析方法和试 验参数的选择 微生物与样品的混合程度; c o d , b o d , c 0 2 以及其它 在生物降解性试验中， 微生物的来源通常有如下几个途径， 根据试验的不同 目的，可选用不同来源的微生物: ( 1 )来自自 然环境:空气、土壤、水体、生物体; ( 2 )来自 污水处理场的活性污泥，回流污泥或剩余污泥; ( 3 )实验室中培养驯化出对特定物质有着高效降解能力的特殊微生物种类; ( 4 )其它:如下水道、垃圾场、化粪池、遭受污染的淤泥等受到人类活动影响 的环境区域。 其它重要因素还包括被测物质浓度，反应温度，介质中溶解氧浓度， p h值 等，众多因素互相影响，共同发挥了生物降解的作用。 l . 2 . 4 国内外研究聚天门冬氨酸生物降解性的常用试验方法 进行聚天门冬氨酸人工合成的主要目的是替代原有不可生物降解的物质， 因 此， 其生物降解性的研究是一个重要课题。 国外很多研究机构和化学公司都曾 经 对 聚天门 冬 氨酸 做 过 这方 面的 研 究。 美国 的b a y e r 公司 应 用o e c d 301b13试 验 t 聚天门冬氨酸的生物降解性研究l 研究了本公司合成的聚天门冬氨酸的生物降解性;日本的 a k e s h i n a k a t 。 等人应 用o e c d 3 0 1 c试验和t o c去除率试验对聚天门冬氨酸的生物降解性和其分子 结构之间的关系进行了 研究3 6 . a l f o r d 等人应用s c a s . t l c 、 吸附试验研究了 聚天门 冬氨酸的生物降解性和各种吸附材料对聚天门 冬氨酸的吸附; k e n j i t a b a t a 等人以自 然界的河流水为微生物来源， 应用b o d试验法和g p c分析法研究了聚 天门冬氨酸的生物降解性， 并从河水中分离出了一株能够降解聚天门冬氨酸的菌 种3 7 我国的 魏刚3 8 等人曾 经用o e c d 3 0 1 b 试验比 较了 聚天门 冬氨酸和其它几种 阻垢剂生物降解性的差别。 这些研究大多是采用已有的试验方法， 从不同的角度来考察p a s p的生物降 解性， 在很多试验中都观察到了p a s p 超过8 0 %的降解率， 表明p a s p 属于易生 物降解的物质。 国外己经对p a s p的生物降解性做了比较全面的研究， 而在我国， 对于这方面的研究开展得还不多。 1 . 3 木课题的研究目的、方法和内容 本课题受中国石化上海石油化工股份有限公司科技开发公司的委托， 主要目 的为研究该公司开发的聚天门冬氨酸样品的生物降解性能， 提出一种评价此类物 质生物降解性的标准方法。 研究内容包括: ( 1 ) 用不同生物降解性试验方法考察 p a s p的生物降解性;( 2 )对p a s p进行生物降解动力学研究，得出其降解动力 学方程;( 3 )对p a s p的生物降解机理做初步探讨。 鉴于聚天门冬氨酸类物质本身的性质即: 易溶于水， 对微生物的活动无抑制 作用， 根据研究目的， 本课题选用了如下三种试验方法来综合评价聚天门冬氨酸 的生物降解性。 ( 1 ) 摇床试验法 采用摇床培养试验， 摸索样品浓度、 微生物浓度、 培养温度、培养时间、 样 品量与微生物量之比等条件因素对聚天门冬氨酸的降解速度， 程度的影响; 观察 在培养过程中溶液的性质如p h值、 污泥浓度、 电 位的变化; 提出 一种实用、 快 速、 有效的评价聚天门冬氨酸类物质生物降解性的方法; 对几种不同的聚天门冬 氨酸样品进行生物降解性的比较，得出比较结果。 ( 2 ) o e c d 3 0 1 b试验法 应用o e c d 3 0 1 b试验法， 考察聚天门冬氨酸样品在该试验条件下的生物降 解速度， 程度; 将结果与摇床试验法的结果进行对照， 比较聚天门冬氨酸在两种 试验体系中生物降 解性的 差异， 并比 较摇床试验法和o e c d 3 0 1 b 试验法在评价 聚天门冬氨酸类物质生物降解性方面各自的适用性。 ( 3 )连续运行的模拟污水处理法 【 聚天门冬氨酸的生物降解性研究l 观察聚天门冬氨酸在连续运行的模拟污水处理装置中的去除效果， 推断其在 普通污水处理厂中的去除情况。 本着微生物在各试验中应尽量保持一致， 以保证试验具有重复性的原则， 本 试验中微生物的来源均为污水处理厂回流活性污泥。 聚天门冬氨酸生物降解动力学的研究方法为: 通过正交试验设计来寻求聚天 门冬氨酸的最佳降解条件， 并得出聚天门冬氨酸的降解动力学方程。 聚天门冬氨 酸的降解机理探讨则通过凝胶渗透色谱试验 ( g p c ) 及气相色谱一质谱 ( g c - ms )联用分析来实现。 【 聚天门冬氨酸的生物降解性研究】 第二章 聚天门冬氨酸生物降解性试验方法 2 . 1 试验材料、仪器与分析手段 2 . 1 . 1 试验材料与试剂 ( 1 ) 聚天门冬氨酸:中国石化上海石油化工股份有限公司科技开发公司提供 ( 3 0 0/ , 4 0 % 水溶液) ，共 1 1 种。由 于生产工艺的不同， 各样品之间略有差 异，从外观上观察，表现为溶液颜色深浅不同。 ( 2 ) 营养盐溶液 ( 水溶液) : 表2 - 1营养盐及其组分 t a b l e .2 - 1 t h e n u t r i me n t a l c o mp o n e n t s 营养盐名称溶液组分 磷酸盐缓冲液k h 2 p o 4 : 8 . 5 0 g / l , k 2 h p 0 4 ;2 1 . 7 5 醉 na 2 h p 0 4 : 2 6 . 6 0 g / l , n h 4 c i:1 . 7 0 g / l 氯化钙溶液c a c 1 2 : 2 7 . 5 0 g 几 硫酸镁溶液 mg s 认:1 1 . 0 0 g / l 抓化铁溶液 f e c 13 : 0 .1 5 g / l ( 1 0 0 0 m l 溶 液中加一 滴 h c l ，以防止沉锭产生) 。 硫酸钱溶液 ( n h 4 ) 2 s o 4 : 4 0 . 0 0 g / l ( 3 ) 接种物:上海曲阳污水处理厂活性污泥。经曝气 4 8 小时后静置沉淀2小 时，弃去上清液，备用。 ( 4 ) 试验所需其它化学药品:均为分析纯。 2 . 1 . 2试验仪器 ( 1 ) d s h z -3 0 0 多用途水浴恒温振荡器，江苏太仓市实验设备厂; ( 2 ) v a r i o e l i i i 型元素分析仪，e l e t n e n t a r 公司; ( 3 ) g c - ms 测定仪， f in n i g a n v o y a g e r 气相色谱 一质谱联用仪; ( 4 ) g p c测定仪， h p i 1 0 0 凝胶色谱仪; ( 5 ) p h s - 2 5 指 针型酸度计， 上 海宇隆仪 器有限 公司; ( 6 ) 8 1 -2 型恒温磁力搅拌器，上海司乐仪器厂; ( 7 ) h l 一i 恒流泵，上海沪西分析仪器厂; ( 8 ) ws 7 0 -1 型红外线快速干燥器，上海浦东跃欣科学仪器厂 ( 9 ) 1 0 0 0 w 电炉，丹阳群益五金电器厂; ( 1 0 ) h h 一s型水浴锅，巩义市英峪予华仪器厂; 【 聚天门冬氨酸的生物降解性研究】 ( 1 1 )普通养鱼曝气泵。 2 . 1 . 3 试验指标及分析手段 根据不同的试验 目的，选用不同的试验指标及分析测试手段，见表 2 - 2 . 表2 - 2试验指标及分析手段 t a b l e .2 - 2 e x p e r i m e n t a l i n d e x e s a n d a n a l y s is m e t h o d s 试验指标分析手段 高锰 酸钾指数c o d m 标准高 锰酸钾指数测定法 ( 酸性法) 3 9 c od s ,快速重铬酸钾法 t oc本试验用样品中碳元素含量代替， 由中国科学院上海有机化学研 究所测定。 聚大门冬氨酸分子量 渗透凝胶色谱法 ( g p c ) ，由复旦大学高分子科学系测定 聚天门冬氨酸降解产物 气相色谱一质谱 g c -ms ) 分析法，由复h 大学分析测试中心 测定 p h值 p h计 污泥浓度 ( m l s s ) 重量法:1 0 5 0c卜 烘干至恒重 挥 发 性 固 体 浓 度 ( ml vs s ) 重量法:马福炉中5 5 0 下灼烧至恒重 2 . 2 摇床试验法对聚天门冬氨酸生物降解性的研究 2 . 2 . 1 试验原理 可生物降解性物质的水溶液在有一定数量与种类的微生物存在时， 因微生物 对该种物质的分解转化作用， 其 c o d ( 用高 锰酸钾指数表征) 值会随时间逐渐降 低，c o d值降低的程度与速度可用来反映物质的可生物降解性。本实验是在兼 性条件和固定温度下， 对被测物质与微生物的混合液进行连续培养， 并定期测定 混合液的c o d值，最后将所得数据进行分析整理，参照可生物降解性评价标准 对被测物质的可生物降解性做出评价。 2 . 2 . 2 试验方法 ( 1 ) 将待测的聚天门冬氨酸用蒸馏水配成一定浓度的溶液，使得其高锰酸钾指 数在1 0 - 2 0 m g / i 之间， 每升该溶液中 添加营养盐: c a c 1 2 溶液1 m l , m g s 0 4 溶液 i m i ， ( n h 4 ) 2 s o 4 溶液1 m l , f e c 1 3 溶液4 m l , 磷酸盐缓冲液2 m l ， 接种物若千。 另取等量蒸馏水代替待测物质溶液， 添加等量营养盐及接种物， 做空白对照 实验。 【 聚天门冬氨酸的生物降解性研究】 ( 2 ) 将配好的上述混合液分装于 i o o m l 锥形瓶中， 每瓶 5 0 m l混合液， 用棉花 塞封口， 外罩双层隔水纸， 扎紧后置于水浴恒温振荡器内， 在一定温度和转速条 件下培养。 空白组操作同上。 ( 3 ) 每隔若干天取出一组锥形瓶( 一样品 瓶与一空白 瓶) ， 将混合液用定性滤纸 过滤后， 分别测定滤出液的高锰酸钾指数， 用样品的高锰酸钾指数减去空白的高 锰酸钾指数，即得到净高锰酸钾指数，整个实验周期应控制在2 83 0 天。 2 .2 .3 数据处理 利用每次得到的高锰酸钾指数净值计算出被测聚天门冬氨酸的降解率， 以时 间为横坐标， 降解率为纵坐标作图， 得出被测物质的降解率曲线， 并参照生物降 解性评价标准来评价该物质的可生物降解性。 降解率计算公式: 第 n 天 降 解 率 。 。( % ) 一 (卜 月p ( c o d , 鑫 ) x 1 0 0 %r o . p( 七口u m n) 式中:p ( c o d m ) , p ( c o d m 0 ) 分 别为 第。 天 和 初 始时 样品 滤 液的 净高 锰酸 钾指 数 。 2 . 3 o e c d 3 0 1 b试验法对聚天门冬氨酸生物降解性的研究 2 . 3 . 1 试验原理 o e c d 3 0 1 b试验法， 又称mo d i f i e d s t u r m t e s t ， 由经济合作与发展组织提出， 是当前比较通用的一种生物降解性测试方法。 基本原理为测定受试有机化合物在 生物降解试验过程中释放出的c o : 量，并与其理论 c 0 2 释放量相比较，以此计 算求得样品的生物降解性。该方法以受试物的最终降解产物 c o : 为参数，得到 的是有机物的最终生物降 解率3 5 2 .3 .2 试验方法 样品含碳量由中科院上海有机化学研究所测定。使用的仪器为e l e m e n t a r 公 司v a r i o e l ii i 型元素分析仪。样品完全降解的理论c 0 2 释放量计算公式如下: _m, . 理论c o , 释放量=样品量x 含碳量x 斌尸 八 组 c 式中 m c 0 2 为c 0 2 分子量， m c 为c元素分子量。 聚天门冬氨酸样品在试验中释放的c o : 量测定方法如下: 在样品反应瓶中加入4 m l f e c 1 3 溶液， i m l ( n h 4 ) 2 s o 4 溶液， 2 m l磷酸盐缓冲液 为 1 0 - 2 0 m g ， 接种物适量，不超过 l o m g , i m l m g s 0 4 溶液，1 m l c a c l 2 溶液， ，被测聚天门冬氨酸样品适量，通常 加入蒸馏水使混合液最终体积达到 1 聚天门冬氨酸的生物降解性研究】 i o o o m l 。以5 0 一1 0 0 m l / m i n 的速度通入去除掉c o : 的空气， 并用磁力搅拌器搅 拌混合液使混合均匀。 样品反应瓶中生成的c 0 2 经由b a ( o h ) 2 吸收液吸收后， 反应生成b a c o 3 沉淀， 用标准盐酸溶液滴定剩余的b a ( o h ) : 并计算出c o : 的 产生量。用样品反应瓶中释放的c o : 量减去空白 反应瓶中释放的c o : 量即得样 品的c o : 实际产生量。 空白反应瓶中不加被测样品，此外与样品反应瓶相同。 试验周期均为2 8 - 3 0 天。 一争 口 一 1 . 0 02 瓶) 图2 - 1 o e c d 3 0 1 b试验装置示意图 f i o u r e . 2 - 1 f l o w c h a rt o f o e c d 3 0 i b t e s t 前 吸收瓶 ( n a o h , i o n ) 2 -c o 2 吸收指示瓶 ( b a ( o h ) 2 溶 液， 0 .0 2 5 n ) 4 .样品反 应瓶 4 * .空白 反 应瓶 5 .c o 2 吸收 瓶 ( b a ( o h ) 2 ， 0 .0 2 5 n) 6 .水封瓶 缓冲瓶 ( 空 ( 蒸馏水) 试验运行过程当中，如在图 2 - 1 所示的2号瓶中观察到白色沉淀 ( c o :与 b a ( o h ) : 反应生成) ，则表明c o : 前吸收瓶中的n a o h吸收液已 达饱和， 须及时 更换，一般侮3 -4 天更换一次。 2 . 3 . 3数据处理 聚天门冬氨酸样品的生物降解率计算公式如下: 降解率 ( %)=c 0 2 实际 产生 量 ( m g ) c 0 2 理 论产生 量 ( m g ) x1 0 0 % 利用每次得到的被测聚天门冬氨酸的降解率， 以时间为横坐标， 累计降解率 为纵坐标作图， 得出被测物质的降解率曲线，并参照o e c d 3 0 1 e规定的生物降 解性评价标准来评价其生物降解性。 o e c d 3 0 1 b生物降解性的基本评价标准:1 0日累计降解率大于 1 0 %且2 8 日累计降解率大于6 0 %的为易降解物质。 2 . 4 连续运行的模拟污水处理装置对聚天门冬氨酸生物降解性的研究 2 . 4 . 1 试验原理与试验目的 利用污水处理厂活性污泥法的工作原理， 并参照国际标准i s 0 4 8 8 7 半连 t 聚天门冬氨酸的生物降解性研丁 月 续活性污泥法对水中有机化合物固有好气生物降解能力的评价4 0 1 ，分别设计了 两个小型连续运行的模拟污水处理装置( 一为好氧， 一为厌氧， 材料均为有机玻 璃) 。测定一定浓度的聚天门冬氨酸溶液通过装置经活性污泥降解处理前后的 c o d m 。 变化值，得出其去除率，以此推断聚天门冬氨酸在普通污水处理厂中的 处理效果。 2 .4 .2 数据处理与试验装置 同时取试验装置的进水与出水， 分别经定性滤纸过滤后， 测定其高锰酸钾指 数。并按照下式计算聚天门冬氨酸溶液流经试验装置后的去除率: 聚天门冬氨酸去除率 ( %)=p ( c o d , ) - p ( c o d , 00 ) x 1 0 0 % p ( c o d s , ) 式中:n (cod,)为进水高锰酸钾指数，p (cod.-)为出水高锰酸钾指数。 根据得到的聚天门冬氨酸去除率， 绘制图表， 分析其降解规律。 试验装置见 图2 - 2 2 - 3 0 1 雌水 出 水 图2 - 2连续运行模拟污水处理装置示意图 ( 好氧) f i g u r e . 2 - 2 f l o w c h a rt o f a e r o b i c c o n t i n u o u s w a s t e w a t e r t r e a t m e n t e x p e r i m e n t 1 .进水 池( p a s p溶液) 2 ，恒流泵 3 .曝气池 ( 活性污泥及搅拌 装置， 有效体积3 7 0 m l ) 4沉淀池 图2 - 3连续运行模拟污水处理装置示意图 ( 厌氧) r i g u r e 进水池( p a s p .2 - 3 f l o w c h a r t o f a n a e r o b i c c o n t i n u o u s w a s t e w a t e r t r e a t me n t e x p e r i m e n t 溶液 ) 2.-is 流泵 3 . 厌 氧反 应池 ( 厌 氧活性 污泥及搅拌装置， 有效体积2 8 0 m l ) 聚天门冬氨胶的生物降 解性研究 第三章 聚天门冬氨酸的生物降解性试验结果 3 . 1 摇床试验法 进行摇床试验的前提是 p a s p水溶液的浓度与其产生的c o d , 。 之间存在着 比例关系。 图3 - 1 所示的试验结果证实了以c o d , 。 的降解率来表征p a s p的降解 情况具有可行性: 14 4 9 x9 7 6 2 之留u签qo叼 p a s p浓度 ( m g / l ) 图3 - 1 p a s p的浓度与c o d , 之间的关系 f ig u r e . 3 - 1 t h e r e l a t io n s h i p b e t w e e n p a s p c o n c e n t r a t i o n a n d t h e c o d n u 可见p a s p 水溶液的浓度与其产生的c o d , 。 之间存在着良 好的线性关系， 该线性回归曲 线的扩值为0 .9 7 6 2 。由该曲 线的 斜率可知每毫克p a s p产生大约 0 .