（环境工程专业论文）酵母废水中蛋白质和焦糖色素的厌氧毒性研究.pdf

广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得 的成果和相关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其 他人已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内 容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说 明并致谢。 论文作者签名： f 沙l 口年 l 学位论文使用授权说明 6 月二阳 i 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 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，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 6 届时发布 口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名 汐【d 【，乙 导师签名： 酵母废水中蛋白质和焦糖色素的厌氧毒性研究 摘要 厌氧生物处理技术是处理高浓度有机废水的有效手段，上流式多级厌 氧反应器( 【m a r ) 目前己广泛用于制糖、造纸、淀粉等废水的处理。酵 母废水具有高浓度、高色度的特点，废水中的有机物主要为蛋白质、焦糖 色素、纤维素以及残糖等，其组成和浓度对u m a r 反应器的性能及厌氧颗 粒污泥具有显著影响。本论文研究了酵母废水中蛋白质和焦糖色素对 u m a r 反应器运行的影响。 采用厌氧毒性实验分析了不同浓度蛋白质和焦糖色素对厌氧颗粒污泥 产甲烷的影响。研究表明，蛋白质浓度为2 0 0m g l 、4 0 0m g l 时没有抑制 作用；6 0 0m g l 、8 0 0m g l 时产生轻度抑制；1 0 0 0m g l 时变为中度抑制。 焦糖色素浓度为2 0 0m g l 时没有抑制作用；4 0 0m g l 或6 0 0m g l 时产生 轻度抑制；达到8 0 0m g l 以上则产生中度抑制。活性恢复实验结果表明蛋 白质浓度在4 0 0m g l 之上对厌氧污泥的毒性类型属于代谢毒性；大于2 0 0 m g l 的焦糖色素则属于生理毒性。 采用壳聚糖和交联阳离子淀粉( c c s ) 分别预处理的废水经u m a r 反 应器处理其c o d 去除率平均达到9 1 2 ；用c c s 单独预处理后c o d 去除 率下降到8 6 7 ；用壳聚糖单独预处理后c o d 去除率下降到8 3 1 ；直接 稀释的废水c o d 去除率仅为7 6 2 。容积产气率和物料产气率在c o d 去 除率最高的第1 阶段达到最大值，它们分别为4 6 6m 3 ( m 3 d ) 和o 9 1 r n 3 k g c o d 。在l 4 阶段，厌氧颗粒污泥的粒径分布有明显的差异，直径大 于1 6 5i l l l n 的颗粒污泥占污泥总质量的比例分别为4 3 1 、3 9 4 、3 7 9 和3 4 3 。颗粒污泥的粒径分布也影响其沉降速度，在4 个处理阶段中沉降 速度1 8 5 0m h 的颗粒污泥比例分别为7 2 9 、6 7 2 、6 3 6 和5 9 5 。 关键词：蛋白质焦糖色素厌氧颗粒污泥产甲烷活性相对活性上 流式多级厌氧反应器 i l s t u d yo nt h e a n a e r o b i ct o x i c i t y o fp r o t e i na n d c a r a m e lc o l o rc o n t a i n e di ny e a s tw a s t e 编l t e r a b s t r a c t a n a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n th a se f f e c to nh i 曲c o n c e n t r a t i o no r g a n i c w a a e w m e r a sa ne f f e c t i v ea n a e r o b i cr e a c t o r , u p f l o wm u l t i s t a g ea n a e r o b i c r e a c t o r ( u m a r ) h a sb e e nw i d e l yu s e df o rs u g a r , p a p e r , s t a r c hw a s t e w a t e r w i t h t h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g hc o n c e n t r a t i o na n dh i g hc h r o m a ，y e a s tw a s t e w a t e r c o n t a i n sp r o t e i n ，c a r a m e lc o l o r , c e l l u l o s e ，r e s i d u a ls u g a r , e ta l ，i t sc o m p o s i t i o n a n dc o n c e n t r a t i o ni n f l u e n c et h ee f f i c i e n c ya n da n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g eo ft h e r e a c t o r t h ei n f l u e n c eo fp r o t e i na n dc a r a m e lc o l o rc o n t a i n e di n y e a s t w a s t e w a t e rt ou m a rh a sb e e ns t u d i e di nt h i sp a p e r a n a e r o b i ct o x i c i t yt e s t sw e r ec a r r i e do u tt os t u d yo nt h ei n f l u e n c eo f d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fp r o t e i na n dc a r a m e lc o l o ro ns p e c i f i cm e t h a n o g e n i c a c t i v i t y ( s m a ) o f a n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e r e s e a r c hs h o w st h a tw h e np r o t e i n c o n c e n t r a t i o ni s2 0 0m g lo r4 0 0m g l ，i th a sn oe f f e c to nt h em e t h a n p r o d u c t i o no f a n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ；w h e nc o n c e n t r a t i o ni s6 0 0m e g lo r8 0 0 m e g l ，i ts l i 曲t l yi n h i b i tt h em e t h a np r o d u c t i o no fa n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ； w h e nc o n c e n t r a t i o nr e a c h s10 0 0m g l ，i tm o d e r a t e l yi n h i b i tt h em e t h a n p r o d u c t i o no fa n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e w h e nc a r a m e lc o l o rc o n c e n t r a t i o ni s i i i 2 0 0m g l ，i th a sn oe f f e c to nt h em e t h a np r o d u c t i o no fa n a e r o b i cg r a n u l a r s l u d g e ；w h e nc o n c e n t r a t i o ni s4 0 0m g lo r6 0 0m g l ，i ts l i g h t l yi n h i b i tt h e m e t h a np r o d u c t i o no fa n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ；w h e nc o n c e n t r a t i o ni sg r e a t e r t h a n8 0 0m g l ，i tm o d e r a t e l yi n h i b i tt h em e t h a np r o d u c t i o no fa n a e r o b i c g r a n u l a rs l u d g e t h er e s u l to fa c t i v i t yr e s t o r et e s ts h o w st h a tp r o t e i nc o n c e n t r a t i o ng r e a t e rt h a n4 0 0m e t ec o u l dp i o s o nt h ea n a e r o b i cs l u d g e ，a n dt h et y p eo f t o x i c i t yi sm e t a b o l i ct o x i c i t y ；c a r a m e lc o l o rc o n c e n t r a t i o ng r e a t e rt h a n2 0 0m g l c o u l dp i o s o nt h ea n a e r o b i cs l u d g e ，t h et y p eo ft o x i c i t yi sp h y s i o l o g i c a lt o x i c i t y t h ew a s t e w a t e rc o dr e m o v a lr a t ec o u l dr e a c h91 2 t r e a t e db yu m a r , i f p r e t r e a t e db yc h i t o s a na n dc c s ；c o dr e m o v a lr a t e d e c r e a s et o8 6 7 i f p r e t r e a t e dj u s tb yc c s ；c o dr e m o v a lr a t ed e c r e a s et o8 3 1 i fp r e t r e a t e dj u s t b yc h i t o s a n ；c o dr e m o v a lr a t em i n i m u mt o7 6 2 i fn o tb e e np r e t r e a t e d g a s v e l o c i t yo fv o l u m ea n dg a sv e l o c i t yo fm a t e r i a l sr e a c hm a x i m u mi nt h ef i r s t s t a g e ，t h e ya r e4 6 6m 3 ( m 3 d ) a n d0 9 1m 3 k g c o d f r o ms t a g e1t os t a g e4 ，s i z e d i s t r i b u t i o no fa n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ea r ed i f f e r e n t ，d i a m e t e rl a r g e rt h a n1 6 5 m mo fg r a n u l a rs l u d g ea c c o u n t sf o rt h ep r o p o r t i o no ft h et o t a lm a s so fs l u d g e a r e4 3 1 ，3 9 4 ，3 7 9 a n d3 4 3 s i z ed i s t r i b u t i o no f g r a n u l a rs l u d g ea f f e c t s i t ss e t t l i n gv e l o c i t y , i nf o u rp h a s e so ft r e a t m e n t ，t h er a t i o so fg r a n u l a rs l u d g e s e t t l i n gv e l o c i t yo f 18 5 0m ha r e7 2 9 ，6 7 2 ，6 3 6 a n d5 9 5 k e y w o r d s ：p r o t e i n ；c a r a m e lc o l o r ；a n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g e ；s m a ； r a ；u m a r i v 目录 摘要i a b s t r a c t 。i i i 第一章绪论。l 1 1 酵母废水概述。1 1 1 1 我国酵母工业废水的污染现状1 1 1 2 酵母废水的来源、特点及危害1 1 1 3 国内外治理酵母废水的研究现状2 1 2 废水的厌氧生物处理概述5 1 2 1 废水的厌氧生物处理机理5 1 2 2 厌氧生物处理技术的优点和不足。：7 1 2 3 上流式多级厌氧反应器( u m a r ) 的结构、原理与特性8 1 3 厌氧消化过程中的影响因素9 1 3 1 废水中成分对厌氧消化的影响1 0 1 3 2 其他因素对厌氧消化的影响。“ 1 4 本课题的研究意义及主要内容1 2 1 4 。l 研究意义1 2 1a 2 研究内容1 2 第二章酵母废水水质与厌氧生物可降解性分析1 3 2 1 前言1 3 2 2 实验材料1 3 2 2 1 实验废水1 3 2 2 2 接种污泥13 2 2 3 超滤膜和微滤膜1 3 2 2 4 主要实验试剂13 2 3 实验方法1 4 2 3 1 废水分析项目及方法1 4 2 - 3 2 废水厌氧生物可降解性的测定分析。1 4 2 3 3 废水中有机物分子量分布的测定1 6 2 3 4g c m s 分析条件16 2 4 结果与讨论1 6 2 4 1 酵母废水水质1 6 2 4 2 废水厌氧生物可降解性17 2 4 3 废水中有机物分子量分布。2 0 2 5 本章小结2 3 第三章蛋白质和焦糖色素的厌氧毒性研究2 4 3 1 前言2 4 3 2 实验材料与装置2 4 3 2 1 实验废水2 4 3 2 2 接种污泥2 4 3 2 3 蛋白质与焦糖色素2 4 3 2 4 主要实验试剂2 5 3 2 5 实验装置2 5 v 3 3 实验方法2 5 3 3 1 标准曲线的绘制2 5 3 3 2 蛋白质的制备2 7 3 3 3 蛋白质浓度对厌氧污泥产甲烷的影响2 8 3 3 4 焦糖色素浓度对厌氧污泥产甲烷的影响3 0 3 4 结果与讨论3 0 3 4 1 蛋白质的产甲烷毒性3 0 3 4 2 焦糖色素的产甲烷毒性3 4 3 4 3 蛋白质和焦糖色素的毒性抑制机理3 9 3 5 本章小结4 0 第四章预处理去除酵母废水中蛋白质和焦糖色素的研究4 2 4 1 前言4 2 4 2 实验材料4 2 4 2 1 实验废水4 2 4 2 2 壳聚糖与交联阳离子淀粉4 2 4 2 3 主要实验试剂4 2 4 3 实验方法4 3 4 3 1 废水分析项目及方法4 3 4 3 2 壳聚糖絮凝蛋白质影响因素及效果4 3 4 3 3c c s 吸附焦糖色素影响因素及效果。4 4 4 4 结果与讨论。4 5 4 4 1 壳聚糖絮凝单因素实验结果分析4 5 4 4 2 壳聚糖絮凝正交实验结果分析4 8 4 4 3c c s 吸附单因素实验结果分析4 9 4 4 4c c s 吸附正交实验结果分析5 3 4 5 本章小结5 4 第五章酵母废水中蛋白质和焦糖色素对u m a r 反应器运行的影响。5 6 5 1 前言5 6 5 2 实验材料与仪器5 6 5 2 1 实验废水。5 6 5 2 2 接种污泥5 6 5 2 3 主要实验试剂一5 6 5 2 4 实验装置5 7 5 3 实验方法5 7 5 3 1 废水分析项目及方法5 7 5 3 2u m a r 反应器运行条件5 8 5 4 结果与讨论5 8 5 4 1c o d 去除率和氨氮浓度在各阶段的变化一5 8 5 4 2 出水v f a 和p h 在各阶段的变化6 0 5 4 3 反应器容积产气率和物料产气率在各阶段的变化6 1 5 4 4 蛋白质和焦糖色素浓度在各阶段的变化。6 2 5 4 5 厌氧颗粒污泥在各阶段的粒径分布6 3 5 4 6 厌氧颗粒污泥沉降速度在各阶段的变化6 4 5 4 7 酵母废水出水水质与颗粒污泥微生物特性6 6 v i 5 5 本章小结6 7 第六章结论与展望6 9 6 1 结论6 9 6 2 后续工作建议7 0 参考文献7 1 致谢7 5 攻读学位期间发表论文情况7 6 v i l 酵母废水中蛋白质和焦糖色素的厌氧毒性研究 1 1 酵母废水概述 第一章绪论 1 1 1 我国酵母工业废水的污染现状 酵母是人类应用比较早的，也是应用最为广泛的微生物，现已被用于食品、酿酒、 医药等领域。我国主要利用废糖蜜作为生长碳源，将氯化钠、硫酸镁、磷酸铵等作为营 养盐生产酵母n 1 。由于酵母无法完全利用废糖蜜中的有机物，残余有机物以及生长代谢 过程中产生的新有机物均进入废水中，产生大量高浓度的有机废水。据调查，国内不同 酵母生产企业、不同规模的工艺系统废水产生量差异很大，每生产lt 酵母，废水排放 量在6 0 - 1 3 0t 之间乜1 ，其中，酵母废水的污染主要来源于酵母发酵过程中离心分离及过 滤装置排放的高浓度废水。仅按生产1t 酵母排放6 0t 废水估计，全国酵母废水排放量 在1 2 0 0 万t 以上。一个年产1 万t 干酵母的工厂每年排放的污水相当于1 2 万人口排放 出生活污水的污染负荷。目前大部分企业未将中水回用于生产工艺，主要原因可能是中 水中的物质影响发酵效率，且产生杂菌污染等问题。随着酵母工业的迅速发展，酵母废 水的污染问题严重制约了酵母企业的可持续发展。 1 1 2 酵母废水的来源、特点及危害 酵母生产的主要原料分两大类，即淀粉质原料和糖厂制糖后的废糖蜜。淀粉质原料 包括薯干、玉米等，废糖蜜包括甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。目前国内大多数酵母厂都是以废 糖蜜为原料生产酵母口1 ，废糖蜜经处理后进行发酵生产酵母，经分离、洗涤后干燥后得 酵母成品。酵母生产流程及废水产生点如图1 1 所示。 加水加水加水加水 lill 糖蜜一糖蜜处理一糖蜜一种子发酵一分离一商品发酵一分离一洗涤一真空转鼓一干燥一酵母成品 l il ji 废水l废水2废水3 废水4废水5 图1 1 酵母生产流程与废水产生位点 f i g 1 1p r o c e s s e so fy e a s tp r o d u c ta n d s i t e so fw a s t e w a t e r 酵母生产排放的废水是污染严重、处理难度较大的工业废水之一。表1 1 列出了酵 母综合废水的水质特点。由表中可以看出，废水c o d 、b o d 5 浓度较高，属于高浓度有 l 广西大习蝇炙士学位论文酵母废水中蛋白质和焦糖色素的厌氧葺 性研究 机废水。废水色度高，呈深褐色，主要由较高含量的黑色素、酚类以及焦糖色素等物质 引起的，直接排入水体会妨碍日光在水中的透射，不利于水生植物及藻类的光合作用， 降低了水中的溶解氧浓度。废水中的有机物主要为酵母蛋白质、纤维素、胶体物质，以 及未能利用的营养成分，如残糖等h 1 ，这些物质都是难以降解的。在生产酵母过程中需 要向废糖蜜中加入 c r c d n i p b 鲫。 1 3 1 4 有机物 废水中的有机物质容易被颗粒污泥吸附而在厌氧反应器中积累至高浓度；其在细胞 膜表面积累会造成细胞膜肿胀和渗漏，扰乱离子梯度，最终导致细胞溶解啪3 。常见的有 毒有机物质有：氯酚、含氮芳烃化合物和长链脂肪酸等。 氯酚类化合物对大多数微生物都是有毒的，它会中断质子的跨膜传递，干扰细胞的 能量转换例。含氮芳烃化合物主要包括硝基苯、硝基酚、芳香胺、氨基苯酚等。它们的 毒性是通过与酶的特殊化学作用或者是干扰代谢途径产生的。硝基芳香化合物对产甲烷 菌的毒性非常大，而芳香胺类化合物对产甲烷菌的毒性比较小，这可能是前者比后者疏 水性更低的原因。由于产甲烷菌的细胞壁与革兰氏阳性菌很相似，长链脂肪酸会吸附在 其细胞膜或细胞壁上，干扰其运输或防御功能，从而导致抑制作用。 1 3 2 其他因素对厌氧消化的影晌 温度对厌氧消化反应的影响是多方面的，升高温度能降低液体粘度，使污泥具有较 好的沉降性；同时升高温度也能降低气体的溶解度，使废水中溶解有较少的h 2 、c h 4 、 n h 3 等，从而降低了出水的c o d 浓度；温度对生物化学反应最重要的影响体现在通过 对酶活性的影响进而对微生物的生长速率与对基质的代谢速率产生影响。一般认为，产 甲烷菌的温度范围是5 , - - 6 0 c ，在3 5 ( 2 和5 3 c 左右可以分别获得较高的消化效率，温度在 4 0 - - 4 5 * ( 2 范围内，厌氧消化效率较低。各种产甲烷菌的适宜温度范围不一致，而且最适 的温度范围较小。 厌氧微生物的生长、代谢与p h 值有密切联系，不同的微生物要求不同的p h 值， 过高或过低对微生物都是不利的侧! 表现在：p h 值的变化引起微生物体表面的电荷变 化，进而影响微生物对营养物质的吸收；p h 值对培养基中有机化合物的离子化作用产 生影响，从而对微生物有间接影响；酶只有在最适p h 值下才能发挥最大活性；过高或 过低的p h 值都能降低微生物对高温的抵抗能力。 在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，它通过影响产气量处理效率来影响厌 氧消化效率。当有机负荷过大时，甲烷细菌受到的酸抑制就越明显，气化速率大幅降低， 有机物的去除率也随之大幅降低；反之，当有机容积负荷较小时，有机物的去除率就相 对较高。若有机负荷过低，则反应器容积将增大，从而增加投资和运行费用。 1 l 广西大学硕士掌位论文醇母废水中蛋白质和焦糖色素的厌氧毒性研究 厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系，性状良好的污泥能保证厌 氧消化的效率。在一定范围内，活性污泥浓度越高，厌氧消化的效率也越高，但到了一 定程度后，效率的提高并不明显。 厌氧环境要求发酵液有低的氧化还原电位，其值应为负值，引起氧化还原电位升高 的最主要和直接的原因是氧的溶入口u 。产甲烷菌初始繁殖的环境条件是氧化还原电位不 能高于0 3 v 。在厌氧消化全过程中，不产甲烷阶段氧化还原电位为0 1 0 1 v ，而在产 甲烷阶段，氧化还原电位须控制在0 3 5 一- 0 3 v ( 中温消化) 与o 6 0 5 6 v ( 高温消化) 。 1 4 本课题的研究意义及主要内容 1 4 1 研究意义 通过研究酵母废水的厌氧可降解性，其结果可作为设计酵母废水处理工艺的理论基 础；对酵母废水中蛋白质和焦糖色素厌氧毒性的研究，能寻找出酵母废水中含量高，不 利于厌氧降解的有机物质；采用预处理的办法去除酵母废水中蛋白质和焦糖色素，能有 效提高酵母废水在u m a r 反应器中的处理效率，为食品工业处理酵母废水提供新方式。 同时，本文研究的理论和运用的方法可以指导和推广到其他高浓度、难降解的有机 废水，为废水处理领域开辟新的方法和思路。 1 4 2 研究内容 本研究拟采用u m a r ( u p f l o wm u l t i - s t a g ea n a e r o b i cr e a c t o r ) 反应器处理酵母废水， 探讨酵母废水中蛋白质和焦糖色素对u m a r 反应器处理效率和运行效果的影响。主要 研究内容如下： ( 1 ) 测定酵母废水水质；分析酵母废水的厌氧生物可降解性。 ( 2 ) 蛋白质和焦糖色素的厌氧毒性研究，考察不同蛋白质和焦糖色素浓度的厌氧颗 粒污泥产甲烷毒性。 ( 3 ) 预处理酵母废水中蛋白质和焦糖色素的方法研究和效果分析。 ( 4 ) 酵母废水中蛋白质和焦糖色素对u m a r 反应器处理效率和运行效果的影响研 究。 1 2 广西大掌硕士掌位论文酵母废水中垂皂质和焦糖色素的厌氧毒性研究 2 1 前言 第二章酵母废水水质与厌氧生物可降解性分析 废水所含的污染物质千差万别，可用分析和检测的方法对污水中的污染物质做出定 性、定量的检测以反映污水的水质。有机物的生物可降解性是指通过微生物的活动使有 机物分解稳定的特性，实际上表示的是有机物可被微生物降解的程度，即其结构和物理 化学特性改变的程度。本章通过酵母废水的水质分析及其厌氧生物可降解性分析，其结 果可反映废水的污染程度和厌氧可降解程度，对后续实验的设计有一定的指导意义。 2 2 实验材料 2 2 1 实验废水 本实验的废水来自广东江门某酵母厂发酵液离心分离和酵母洗涤分离工序产生废 水的混合液，该厂以废糖蜜为原料生产酵母。 2 2 2 接种污泥 接种颗粒污泥取自实验室内经葡萄糖模拟废水驯化3 个月后的u m a r ( u p f l o w m u l t i s t a g ea n a e r o b i cr e a c t o r ) 反应器底部，u m a r 反应器中的接种污泥来自南宁蒲庙 造纸厂厌氧工段i c 反应器的底泥。接种颗粒污泥特征如下：沉降速率4 5 3m h ，s s4 1 6 g r l ，v s s s s8 3 ，含水率9 1 ，粒径2 4 衄，形态为椭圆形或扁球形。 2 2 3 超滤膜和微滤膜 超滤膜采用赛普( 无锡) 膜科技发展有限公司生产的平板超滤膜，截留分子量分别 为3 0k 、l ok 、3k 和lkd a l t o n 。微滤膜选用同公司生产的o 4 5 岬微滤膜。 2 2 4 主要实验试剂 重铬酸钾、硫酸银、硫酸亚铁铵、浓硫酸、过硫酸钾、钼酸铵、酒石酸氧锑钾、抗 坏血酸、硝酸钾、盐酸、氢氧化钠、磷酸、碘化钾、碘化汞、酒石酸钾钠、氢氧化钾、 氯化钡、硝酸银、碳酸钠、氯化铵( 以上均为分析纯) 。 1 3 醇母废水中蛋白质和焦糖色素的厌牵汨参性研究 2 3 实验方法 2 3 1 废水分析项目及方法 酵母废水属于食品工业产生的废水，故在水质分析中不仅测定了c o d c ，、b o d 5 、 p h 等常规指标，同时考虑到水中含有的氮磷等营养元素以及挥发性有机酸等。由于废 水颜色深，悬浮物多，因此色度、浊度、s s 也是重要的指标。具体的分析项目、方法 和仪器见表2 1 。 表2 - 1 分析项目，方法和仪器 t a b l e2 - 1a n a l y s i si t e m s ，m e t h o d sa n da p p a r a t u s 2 3 2 废水厌氧生物可降解性的测定分析 实验采用普通血清瓶培养法，装置如图2 1 。 血清 筒 图2 - 1 废水厌氧可降解性实验装置图 f i g 2 - 1t h ee x p e r i m e n td e v i c ef o rt h ea n a e r o b i cb i o d e g r a b i l i t ye x a m i n a t i o no f w a s t e w a t e r 选用5 0 0m l 血清瓶模拟厌氧反应系统，在血清瓶中加入经蒸馏水稀释过c o d 约为 1 4 鹤 母废水中蛋白质和焦糖色素的厌晕一| 性研究 9 0 0 0m g l 的酵母废水4 0 0m l ，再按1 8g v s s l 加入厌氧污泥，用1 0m o l l 的n a o h 调节p h 至7 0 。向上述混合液中通氮气3r a i n 以除去部分溶解氧，迅速用橡胶塞将瓶口 密封，按图2 - 1 将血清瓶和碱液吸收瓶用玻璃导管相连接，置于3 5 * ( 2 恒温水浴锅中开始 实验。用同样的方法安装一个空白对照实验反应系统( 以蒸馏水取代血清瓶中的废水， 其他条件完全相同) 。采用排水法测量c h 4 气体产量。在厌氧微生物作用下废水中有机 物降解所产生的c 0 2 和c i - h 气体由玻璃导管引入碱液吸收瓶中，c 0 2 被碱液吸收，c h 4 的体积正好是碱液被c i - h 排挤而流入量筒的体积，通过读取量筒内液体体积，可知c h 4 气体产量。实验过程中每天轻微振荡血清瓶数次，使废水与污泥充分接触。同一时间点 每日记录产气量，每日用针筒取水样1m l 测其c o d 值，再将原废水稀释到测定的c o d 值，取lm l 用针筒注入血清瓶，保持瓶中废水体积不变，取完后用凡士林涂抹在橡胶 塞针孔处密封。反应结束时，取水样上清液测定c o d 、v f a 、p h 等指标。 实验结束后，根据试验结果与空白试验结果对数据加以修正，即修正结果= 试验结 果一空白试验结果。用下列公式( 2 1 2 7 ) 计算相关指标数值。 甲烷产率= c h 西4 矿x 1 0 0 0 ( m g c o d c h l ) ( 2 - 1 ) 甲烷转化率( m ) = 尝1 0 0 ( 2 - 2 ) 酸化率( = 需1 0 0 ( 2 3 ) 残余v f a 百分率( a ) = 等1 0 0 ( 2 - 4 ) 残余c o d 百分率( c o d ) = 罴x 1 0 0 ( 2 5 ) 相应的c o d 去除率( e ) = 1 0 0 - - c o d ( 2 6 ) 废水的厌氧生物可降解性( b d ) = v f a + e ( 2 7 ) 式中：c 卜甲烷换算系数，取4 1 8m l g c o d c h ； c h 4 测定终点累积的甲烷产量，m l ； v 一反应器中液体的有效体积，l ： c o d c r t 以c o d 值计算的累积甲烷产量： c o d o - 一废水在时间t = 0 时的c o d 值； c o d a c i 厂已被酸化的c o d 值( c o d a c i d = c o d c + c o d v f a ) ； c o d m _ 最终废水的v f a 值( 以c o d 计，换算系数为 6 4m g c o d m m o l v f a ) 。 广西大尊昀页士学位论文酵母废水中蛋白质和焦糖色素的厌每事性研j e , 2 3 3 废水中有机物分子量分布的测定 ( 1 ) 滤膜和水样的预处理 超滤膜在使用前用超纯水过滤，直至出水的u v 2 “和超纯水相一致，然后浸泡在超 纯水中放入冰箱冷藏待用。 微滤膜置于超纯水中加热煮沸，待水量蒸发一半时弃去剩余沸水，再次加入超纯水， 继续加热，重复3 次后，浸泡在超纯水中放入冰箱冷藏待用乜筋。 水样先用滤纸过滤，滤后水样保存在试剂瓶中放入冰箱备用。 ( 2 ) 分子量分布的测定 试验采用两个磁力搅拌超滤器平行过滤的方法对水样进行过滤，水样先用0 4 5p m 微滤膜过滤，再用氮气在最大压力不超过4 7 5a t m 的情况下，将水样依次挤过截留分子 量为3 0k 、1 0k 、3k 和1kd a l t o n 的超滤膜，最后对所得水样进行u v 2 5 4 的测定。各个 分子量区间的u v 2 5 4 用差减法得到。 2 3 4g c m s 分析条件 ( 1 ) g c 条件：d b 5 毛细管柱( 3 0r e x 0 2 5m i n x 0 2 5 “m ) ，氦气流速为1 0m l m i n ， 进样口温度2 5 0 c ，升温程序为5 0 。c 保留5m i n ，8 * c m i n 升温至3 0 0 * ( 2 ，样品采用微量 进样器进样l l 。 ( 2 ) m s 条件：e i 源；电离电压7 0e v ；离子源温度2 0 0 。c ；扫描范围5 0 - - , 3 0 0a m u ； 倍增管电压2 0 0 0v ；谱图检索为w i l e y 和n i s t 谱库。 2 4 结果与讨论 2 4 1 酵母废水水质 经测定，广东江门某酵母厂废水水质如表2 - 2 所示。从表中可以看出，该废水虽属 发酵液离心分离和酵母洗涤分离两段工艺混合液，但与表1 1 中酵母综合废水指标相比， 其c o d c ，、b o d 5 值要高很多，属于高浓度有机废水。在酵母生产过程中需加入k h 2 p 0 4 、 ( n h 4 ) 2 s 0 4 等营养物质，导致废水中t n 、t p 、s 0 4 2 - 浓度比较高，在处理的后段需采 用脱氮除磷工艺。废糖蜜中的焦糖色素是废水色度高的主要原因，这也是酵母废水处理 的难点之一。 1 6 广西大学硕士掌位论文翻 母废水中蛋白质和焦糖色素的厌牵 性研究 在废水处理中，b o d 5 c o d c ，值反映了有机污染物进行快速好氧生物降解的能力， 用b o d 5 c o d c r 值作为评判废水中有机物好氧生物降解性的标准如下嘲：b o d d c o d c r o 2 5 时，属于难生物降解范围；0 2 5 b o d d c o d c r 0 4 时，属于易生物降解范围。此废水b o d s c o d c ，为0 2 8 ，虽然可以用好氧生 物降解的方法，但也很接近难生物降解范围，因此采用好氧法处理效率不高，无法达到 满意的处理效果。 有研究显示v f a 作为厌氧可降解性指标的可行性：发现用b o d d c o d c ，间接表示 厌氧生物可降解性在理论上是可行的，但用v c o d c ，作为厌氧生物学指标更科学合 理。通过测定不同水质水样的c o d 、v f a 、b o d 5 ，把v f a c o d c ，和b o d 5 c o d c ，分作 两个样本，用f 检验的方法检验两样本的相关性，结果显示两样本无显著区别m 1 。结合 实测的数据及b o d 5 c o d c ，数值界限制定了v f m c o d c ，的数值界限：当v f a c o d c ， 0 3 5 时，属于难生物降解范围；0 3 5 v f a c o d c ， o 4 5 时，属于易生物降解范围。本实验废水其v f a c o d c ，达到o 4 2 ，已经接近 了易降解的范围，显示其厌氧生物降解性比好氧生物降解性强，同时如能对废水进行预 处理提高其可生化性，将v f a c o d c r 值提高到o 4 5 以上，则处理效率会有明显提高。 以上仅根据水质指标对废水厌氧可降解性做初步判断，如要详细、科学地做出判断， 还需采用普通血清瓶培养法测定废水的厌氧生物可降解性。 2 4 2 废水厌氧生物可降解性 废水中用强氧化剂测定的c o d 并不能全部被微生物降解，在厌氧条件下能够被厌 氧微生物消耗的c o d 称作“可生物降解的c o d ( b i o d e g r a d a b l ec o d ) ”，即c o d b d 。这 是指在厌氧过程中能够作为底物被细菌利用的c o d ，因此也叫做“底物c o d ”。在废水 全部c o d 中，可降解c o d 所占百分比称作废水的“生物可降解性 ( b i o d e g r a d a b i l i t y ) ， 记作“c o d a