（水生生物学专业论文）舟形藻对造纸废水中cod去除效率及其影响因素的研究.pdf

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且s i 元素加入的最适量 为原始浓度的1 0 0 倍 使用木质素磺酸钠对舟形藻进行驯化处理 使舟形藻对木质素产生一定的耐受 性 再用其处理造纸废水 以提高c o d 去除效率 驯化结果表明 舟形藻的最适合 浓度为0 0 6 9 木质素磺酸钠 1 0 0 m l d l m 使用驯化前后的舟形藻分别处理造纸废水 结果表明 驯化前的舟形藻对造纸废水中c o d 的去除率为5 5 1 0 驯化后的舟形藻 去除率为6 1 9 3 比前者高6 8 3 这说明驯化后的舟形藻比驯化前的舟形藻处理 造纸废水中c o d 的能力有一定的提高 d 1 培养基成分可以对未驯化舟形藻在造纸废水中的生长产生一定影响 而对于 驯化过的没有显著影响 此外 未驯化舟形藻的生长受到培养基中多种营养成分是 的影响 而非其中某的单成分物质 根据藻的生长曲线来看 营养物越全面 舟形 藻生长情况越好 另外 由c o d 去除率的测定结果表明 培养基营养物的添加更加 有助于舟形藻对造纸废水c o d 的去除 最后 使用驯化后的舟形藻处理较高c o d 浓 度的造纸废水时 虽然与处理较低c o d 浓度的造纸废水的能力相比有一些降低 但 是仍然有一定效果 关键词 舟形藻 造纸废水 c o d 木质素 d 1 培养基 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t i nc h i n a p a p e r m a k i n gw a s t e w a t e ri sa m a j o rs o u r c go fs u r f a c ew a t e rp o l l u t i o n w h i c ha c c o u n t sf o rt h ed i s c h a r g eo fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e rc o de m i s s i o no f3 5 3 r a n k i n gf i r s ti nt h ec o u n t r y s of a r av a r i e t yo fm e t h o d sa r eu s e di nc o dt r e a t m e n to f p a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r i n c l u d i n gp h y s i c a l c h e m i c a la n db i o l o g i c a lm e t h o d s b u tt h e r e h a v es o m ep r o b l e m ss u c ha st h e h i g hc o s t c o m p l i c a t e do p e r a t i o n s i m p e r f e c t p o s t p r o c e s s i n ga n dl e a d i n gt os e c o n d a r yp o l l u t i o na n do t h e ri s s u e s t h ea l g a et r e a t m e n t t op a p e r m a k i n gw a s t e w a t e rm e t h o di ss i m p l ea n dl o wc o s t b a s e do nt h i s i nt h i ss t u d y n a v i c u l ai ss e l e c t e da st h et r e a t m e n to fc o di np a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r 砀er e s u l t s s h o wt h a ti nf o u rd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fp a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r t h eg r o w t hc u r v e o fn a v i c u l ah a sn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e a n d3d a y sl a t e r t l l eb i o m a s sd i f f e r e n c eo f n a v i e u l ai nd i f f e r e n tw a s t e w a t e rc o n c e n t r a t i o ng r a d i e n ti ss m a l l w i t ht h ep r i o rr e l e v a n t s t u d y w ei n f e rt h a tt h el i g n i ni np a p e r m a k i n gw a s t e w a t e rm a yi n h i b i tt h ea l g a lg r o w t h 1 f l l ea d d i t i o no fs ie l e m e n tt a k e sac e r t a i ne x t e n te f f e c to nt h eg r o w t ho fn a v i e u l aa n dt h e c o dr e m o v a le 蚯c i e n c yo fp a p e r r n a k i n gw a s t e w a t e r a n dt h eb e a f i ta m o u n to fs i e l e m e n ta d d e dt ot h ew a s t e w a t e ri slo ot i m e so fo r i g i n a lc o n c e n t r a t i o n w eu s es o d i u ml i g n o s u l p h o n a t et om a k ed o m e s t i c a t i o no nn a v i c u l at op r o d u c ea c e r t a i nt o l e r a n c ea n dt h e nt op r o c e s st h ep a p e r m a k i n gw a s t e w a t e rt oi m p r o v et h e d e g r a d a t i o no fc o di np a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r d o m e s t i c a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e m o s ts u i t a b l ec o n c e n t r a t i o no fn a v i c u l ai s0 0 6 9s o d i u ml i g n o s u l p h o n a t e 10 0 m ld1m b e f o r ea n da f t e rt h ed o m e s t i c a t i o n t h ed e g r a d a t i o n so fc o di np a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r u s i n gn a v i c u l aa r e5 5 1 0 a n d6 1 9 3 t h ed i s p a r i t yi s6 8 3 n l i ss h o w st h a tt h e c a p a c i t yf o rt h ed e g r a d a t i o no fc o di np a p e r m a k i n gw a s t e w a t e ro fn a v i c u l aa f t e r d o m e s t i c a t i o ni sb e r e rt h a nb e f o r e dlm e d i u mc o m p o s i t i o nh a sc e r t a i ni m p a c to nt h eg r o w t ho fn o tb e e nd o m e s t i c a t e d n a v i c u l ab u tn o tt h ed o m e s t i c a t e dn a v i c u l ai nt h ep a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r m o r e o v e r d i f f e r e n tn u t r i e n t so fd1m e d i u ma r ew o r k i n gt o g e t h e rt os t i m u l a t et h eg r o w t ho fa l g a e r a t h e rt h a no n ep a r t i c u l a rc l a s so fs u b s t a n c e s b u ta c c o r d i n gt ot h eg r o w t hc u r v eo f n a v i c u l a t h e r ew i l lb eb e t t e rg r o w t ho fn a v i c u l ai ft h em o r ec o m p r e h e n s i v en u t r i e n t s i na d d i t i o n t h ed e g r a d a t i o nr e s u l t so fc o ds h o wt h a tt h ea d d i t i o no fn u t r i e n t sc a nh e l p n a v i c u l ad e g r a d a t i o no fc o di np a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r w h e nu s i n gt h ed o m e s t i c a t e d n a v i c u l ah a n d l i n gh i g hc o n c e n t r a t i o n so fc o di np a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r t h ec a p a c i t y i sl o w e rt h a nh a n d l i n gl o wc o n c e n t r a t i o n so fc o d b u ts t i l lh a sac e r t a i ne f f e c t k e y w o r d s n a v i c u l a p a p e r m a k i n gw a s t e w a t e r c o d d1m e d i u m h 1 2 高浓度有机废水的处理方法 2 1 2 1 物理化学方法 2 1 2 2 化学处理方法 2 1 2 3 生物处理方法 2 1 3 造纸废水的概况 2 1 3 1 造纸废水特点 2 1 3 2 造纸废水处理方法 2 1 3 3 利用藻类处理造纸废水的研究 3 1 3 4 藻类对造纸废水的处理方法 4 1 4 造纸废水中木质素的研究进展 5 1 5 本文研究的目的 内容及意义 7 2 材料与方法 2 1 材料和仪器 9 2 1 1 供试藻种及造纸废水 9 2 1 2 藻类培养基 9 2 1 3 实验试剂 l0 2 1 4 主要实验仪器 1 0 2 2 实验方法 1 o 2 2 1 舟形藻对不同初始c o d 浓度的造纸废水中c o d 去除效果研究 1 0 2 2 2s i 元素对舟形藻在造纸废水中的生长及对其c o d 去除效果的影响 1 l 2 2 3 使用木质素磺酸钠驯化舟形藻 l l 2 2 4 驯化前后的舟形藻对造纸废水c o d 的去除效果 1 1 2 2 5 测定藻类营养物刺激对造纸废水中舟形藻生长的影响 1 l 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 2 6 舟形藻培养基的不同成分对舟形藻在造纸废水中生长的影响及c o d 去除 效果比较 12 2 2 7 驯化成功的舟形藻处理较高浓度的造纸废水 1 2 3 结果与分析 1 3 3 1 舟形藻对不同初始c o d 浓度的造纸废水中c o d 去除效果研究结果 1 3 3 2s i 元素对舟形藻在造纸废水中的生长及对其c o d 去除效果的影响研究结果 1 3 3 3 木质素磺酸钠对舟形藻的驯化结果 1 5 3 4 驯化前后的舟形藻对造纸废水c o d 的去除效果 1 9 3 5 培养基营养物刺激对造纸废水中舟形藻生长的影响 1 9 3 6 舟形藻培养基的不同成分对舟形藻在造纸废水中生长的影响及c o d 去除效果 的比较 2 l 3 7 驯化后的舟形藻处理较高浓度造纸废水实验结果 2 4 4 讨论 参考文献 致谢 2 5 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 1 前言 1 1 高浓度有机废水的污染概况及危害 1 1 1 高浓度有机废水污染概况 当今世界 随着工业技术的快速发展及生产规模的不断扩大 含高浓度有机物 的废水污染源越来越多 其中最主要的污染源之一就是工业废水 它们一般是从造 纸厂 重金属厂 皮革制造厂等部门排放出的 一般可以将工业废水分为以下三个 大类 1 基本不含有害物质且易于生物降解的 典型代表为食品工业排放的废水 2 含有害物质且易于生物降解的 典型代表为部分化学 冶金 及制药业行业排 放的废水 3 含有害物质但不易于生物降解的 典型代表为农药生产和有机化学 合成产生的废水 1 1 高浓度有机废水中含有非常多的纤维素 脂类和碳水化合物等 有机物质 用一般的废水治理方法处理比较困难 达不到净化和经济的双重目的 因此对有机废水的净化处理以及综合利用的研究已逐渐成为国际上的热点研究课 题之一 1 1 2 高浓度有机废水危害 高浓度有机废水具有非常明显的特点 一是有机物的浓度高 c o d 较高 一般 都在2 0 0 0 m g l 以上 甚至可达几十万m g l 相比较而言 b o d 较低 二是成分比 较复杂 含有毒物质的有机废水中的有机物主要是芳香族化合物和杂环化合物 另 外还含有氮化物 硫化物 重金属和其他有毒有机物 三是色度高 有异味 有些 废水还会散发恶臭 对周围的生活环境影响很大 四是具有强酸或强碱性 这是因 为高浓度有机废水中酸 碱类物质含量很高 2 高浓度有机废水主要危害有 一是 需氧性危害 在高浓度有机废水中存在生物降解作用 使受纳水体缺氧甚至厌氧 导致多数水生物死亡 从而产生恶臭 继而引起水质乃至环境的恶化 二是感观性 污染 水体由于被高浓度有机废水污染从而失去使用价值 水体附近居民的日常生 活都会受到恶劣的影响 三是致毒性危害 超高浓度有机废水中含有大量有毒物质 并且这些物质会在自然环境中不断累积 储存 通过食物链最后进入人体 人类健 康受到严重的危害 2 j 1 2 高浓度有机废水的处理方法 1 2 1 物理化学方法 物理化学处理技术是指在处理过程中将废水中的污染物通过相转移的变化以 达到净化水质的目的 2 1 主要包括化学氧化 吸附法 混凝法 萃取法 电化学法 以及焚烧法等 1 2 2 化学处理方法 化学处理技术是运用化学原理和化学作用使废水中的有害成分转化为无害物 质 从而达到净化废水目的的方法 包括臭氧氧化法 f e n t o n 氧化法 电化学氧化 法等 2 j 1 2 3 生物处理方法 利用微生物氧化 降解 吸附废水中的有机物污染物 将这些物质作为自身的 营养物或者能源加以利用 使废水得以净化 这就是一般有机废水处理系统中最重 要的过程之一 即生物处理方法 好氧生物氧化 兼氧生物降解及厌氧消化降解等 技术得到广泛应用 生物处理技术的优点是经济可行 处理能力强 易于调控以及 无二次污染等 这些方法被各国使用 已越来越受到国内外研究者的重视 1 3 造纸废水的概况 1 3 1 造纸废水特点 高浓度有机废水的主要组成部分即是造纸废水 它是一种典型的高污染 高耗 氧 难降解的有机废水 浓度高 色度深 含纤维悬浮物多 c o d 含量高 3 j 在我 国 造纸废水的排放量居全国第三位 是主要的地表水污染源 在全国工业废水污 染物排放量中 c o d 排放量居全国第一位 占到的3 5 3 1 4 1 我国的造纸行业中造 纸原料大多使用草类 而且造纸企业数量多 中小规模的居多 造纸技术较为落后 因此污染状况十分严重 因此对造纸废水净化处理 降低c o d 等指标的研究具有很 大的经济和实用价值 1 3 2 造纸废水处理方法 造纸废水是水污染的主要污染源 c o d 的含量很高 众所周知 在造纸过程中 会产生大量的环境污染物 其废水含有大量木质素及其衍生物 远远达不到排放标 准 造纸废水色度高 c o d 和b o d 高 p h 值不稳定 另外还有含固体悬浮物 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 氯化物 硫酸盐等 另外 这些物质还会产生氯化木质素和氯化苯酚等有可能致癌 的物质 截至到目前 已有多种方法被用来降解处理造纸废水中的c o d 例如好氧生 物处理技术中的序批式活性污泥法 s b r p 循环式活性污泥法 c a s t 6 1 厌氧消 化法中的上流式厌氧污泥床 u a s b 厌氧流化床 a f b 以及厌氧 好氧处理工艺等 3 其中厌氧 好氧工艺处理效果最好 厌氧工艺处于其次 由于造纸废水中大量的木质素的存在 使得微生物降解作用难以有效进行 可 生化性不高 从而使上述生物污水处理方法的应用受到很大的限制 研究发现 真 菌对木质素又很强的降解能力 利用真菌来处理造纸废水 有机物被降解地较为彻 底 而且这些真菌能够忍受高浓度有毒污染物 其中 自腐菌对纸浆漂白废水具有 明显的脱色和降低c o d 的效果 可以使水体的可生化性得到很大的提高 唐刚等 7 1 采用间歇处理法 使用真菌降解造纸废水中的木质素 在p h 6 5 时造纸黑液c o d 的去除率高达8 8 7 木质素去除率达到7 2 3 y 0 n gl u l i a n h ey a h 等瞵j 采用固 定化白腐菌对焦化废水进行生物降解 实验结果表明 在进行六天之后 此类真菌 对酚类化合物以及c o d 的去除率分别为8 7 0 5 和7 2 0 9 与非固定化的白腐菌处 理废水相比 固定化白腐菌的去除率明显提高 但是 白腐菌的生长需要添加高浓 度的葡萄糖 这样将使造纸废水中有机物的比重大大增加 进而使应用过程中受到 限制 故此方法具有一定的局限性p 1 1 3 3 利用藻类处理造纸废水的研究 藻类在进行光合作用和呼吸作用的过程中 能够利用本身特有的生化作用 使 废水中的有机物分解成简单的物质 并吸收其中的c h o s p 等元素作为养料 如果有其他微生物存在于污水中时 藻类光合作用产生并释放出的0 2 会增加水中的 溶解氧 有利于好氧微生物的生长 而微生物代谢过程中产生的c 0 2 又是藻类主 要的碳来源 能促进其光合作用 提高对污水的净化能力 l2 利用藻类处理有机废 水 操作简单 方便 经济 高效 如果将有机废水作一定的前期预处理 它们都 将可以作为养殖藻类的营养源 如此一来既除了营养源又净化了污水 还可将得到 的藻类可收集 用作饲料 肥料等 甚至能提取其中有价值的天然产物 已有研究证明 藻类具有多重优点 如易分离 易于获得 耐污性强 温度适 应性宽 4 3 0 c 对光照要求不高 沉降性能好等 与传统方法相比 利用藻类 处理造纸废水简单 方便 经济 高效 可操作性非常好 根据本实验室之前的实 验结果 硅藻中的舟形藻和小环藻对造纸废水c o d 的去除效率相对较高 其中舟形 藻的处理效果最好 川 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 3 4 藻类对造纸废水的处理方法 利用藻类处理废水的方法可以追溯到上个世纪五十年代 1 4 1 j o s e p hv 等 l5 对海 洋藻类的数量进行一些分析 来判断排到水体中过量的营养物质 与此同时 发现 了藻类能够减少污水中的c o d 浓度 利用藻类处理废水 不仅不会破坏环境 藻 类还可以重复利用 尤其是在某些干旱地区 1 6 1 基于以上优点 对于藻类的研究和 应用受到越来越多的关注 1 氧化塘方法 藻类等低等植物和菌类共生的废水处理系统即是氧化塘 将污水中的有机物作为营养底物来进行生长繁殖等生命活动 这类方法是利用藻类 来处理废水最具代表性的方法 氧化塘具有能源消耗少 运转管理方便等优点 一 般作为废水的二级或三级处理构筑物而使用 在使用过程中 c o d 化学需氧量 以及b o d 5 都会得到显著降低 木质素和s s 也会得到有效去除 1 7 j i g n a c i o 等 l8 采用高效藻类氧化塘 h r a p s 处理猪场废水 实验取得了非常 好的处理效果 c o d 以及t k n 的平均去除率达到了7 6 1 1 和8 8 士6 徐亚东等 1 采用了造纸废水人工湿地塘床处理系统 其过程为先用物化方法对造纸废水中的木 质素进行预处理 之后进入氧化塘系统 再进入到芦苇人工湿地系统深度处理 造 纸废水中的c o d b o d 5 等特征污染物指标都可以得到较高的去除效率 2 藻菌结合的处理方法 为了提高对造纸废水的处理效果 用藻处理废水 的时候 一般情况下会按照不同的藻种而加入相应的菌种 另外 水体的净化程度 也可以由藻类与菌种之间的种群变化作为标志 2 0 1 藻菌结合处理方法与氧化塘二 者原理基本相同 只是添加了某些菌种 提高处理效果稳定性和显著性 如高效藻 类塘 它主要是通过植物和异养细菌两类生物之间在生理功能上产生协同作用对污 染物进行降解 从而达到净化污水的目的 2 1 1 影响高效藻类塘系统的最主要因素是 太阳辐射 温度 p h 等l 2 2 高效藻类塘中常见的藻种有 栅藻 小环藻 小球藻 衣藻和裸藻等 藻类的不同种类主要是由营养物的种类和浓度 温度以及搅拌的速 度和方式等因素决定的 藻类种类出现与分布主要受到气候条件等因素的影响 比 如硅藻生长旺盛期大多在春秋两季 而绿藻则在夏季的时候占优势1 2 l j g o n z a l e zc 等 2 3 使用绿藻和分离自活性污泥中菌类的混合系统 用c o d 初始浓 度为2 0 0 0 m g l 的有机废水作为底物 在这个系统中c o d 的去除率达到7 5 的时候 就会形成稳定的生物膜 然后在将这个生物膜去处理废水 虽然结果表明c o d 的去 除效率不高 然而从经济角度考虑 这种藻菌结合的方法仍具有进一步研究的价值 m a t t am e 2 4 使用了裸藻 衣藻 颤藻属和菱形藻属等几种藻与特定的细菌相结 合 以降低其中废水中的c o d 实验在一年之内连续操作进行 实验结果表明 c o d 4 的去除率在夏季较高 为6 1 1 1 而在秋季略低 为5 3 2 3 3 藻类单独处理的方法 与前两种方法相比 将藻类单独应用于废水的处 理 操作更加简单方便 经济可行 而且藻类所需的生长条件更易得到满足 更加 重要的是藻类对造纸废水中的c o d 色度等污染物指标具有有效的去除效果 此外 也可以用藻类代替真菌来去除造纸废水中的色度 2 5 3 0 j i n y o u n ga n 等 3 l 将绿藻置 于经产酸发酵的膜生物反应器 m b r 预处理的猪场废水中来处理猪场废水 结果 表明藻生长的很好 并且能够产生碳氢化合物等产物 利用糖蜜废液最为底物来培 养螺旋藻 当废水c o d 在5 0 0 3 3 0 0m g l 时 c o d 的去除率约为7 5 p 引 l e e 等p 副 将几种藻类的组合加入到牛皮纸造纸废水中 在室温 自然或人工光照的条件下培 养5 0 天 发现这类混合藻种对废水的色度去除率高达5 0 8 0 d i l e k 等 j 4 j 将混合藻 种加入到纤维纸浆造纸废水中进行实验 周期为3 0 天 实验结果表明 废水的色度 降低至原色度的8 0 e s r a 等 3 5 也用混合藻种 含硅藻 绿藻等 对牛皮纸造纸废 水进行处理 结果c o d 浓度的去除率在5 8 左右 1 4 造纸废水中木质素的研究进展 木质素的去除效果差是目前处理造纸废水中c o d 时存在的主要问题m j 造纸废 水中含有大量的木质素 导致废水的可生化性降低 继而使造纸废水中c o d 的去除 效率差且经济成本高1 3 副 早在十九世纪 人们就发现了木质素 可是直至今日木质素的结构还未被完全 的掌握1 3 9 枷l 经过对木质素结构的长久以来的探究 得出木质素存在于木质组织中 通过形成交织网来硬化细胞壁 木质素是世界上第二位最丰富的有机物 在木本植 物中占到2 5 木质素是一类由聚合的芳香醇构成的物质 一般认为其基本结构单 元为苯丙烷 共有愈创木基丙烷 紫丁香基丙烷和对羟基苯丙烷等3 种基本结构 如图1 所示 4 1 4 3 这些结构单元之间通过醚键和碳一碳键连接形成具有三维体型结 构的天然酚类非结晶性的复杂的无规三维网状聚合物 木质素是一大的分子网络 通常都以木质素中若干结构单元 各结构单元的比例及相互间的连接方式加以说 明 要严格确定它的结构式十分困难 图2 为一段木质素的结构 其中 1 4 代表 分别醚键d o 4 c t o 4 的连接方式 而 2 3 5 6 分别代表碳一碳键b 一5 5 5 b 1 5 5 的连接方式 木质素结构主体间主要的键型示意图如图2 所示p 木质素的含量仅次于纤维素 每年全世界由植物生长可产生大约1 5 0 0 亿吨的木 质素 从制浆造纸工业的蒸煮废液中能得到木质素副产品约5 0 0 0 万吨 j 木质素作 为一种极富有工业价值的有机原料 至今尚未的到充分的利用 工业用木质素主要 5 来源于造纸废液 然而 超过9 5 的木质素仍以造纸废水的形式直接排放到水体环 境中 造成了极大的资源浪费和严重的水体和土壤污染 造纸废水中除含有大量木 质素及其衍生物外 还含有大量的污染物 且难被降解 木质素进行磺化反应 生 成木质素磺酸盐等物质 与糖类等一起约占总有机污染物的8 0 4 5 唐刚等 7 通过逐渐降低造纸废水的p h 值达到弱酸性并逐步提高废水中的木质 素含量来驯化活性污泥 得到大量不同种类的水生真菌 将含木质素的造纸废水直 接加入到反应器 采用间歇处理法 利用真菌降解木质素 在p h 为6 5 时 对5 0 造 纸黑液的c o d 去除率达8 8 7 木质素去除率达7 2 3 在此过程中 碳源是需要的 g r a h a m 等 3 3 舢 验证了藻类利用细胞内降解作用分解木质素 而非细胞外的吸 附 但是其具体过程的研究尚处于起步阶段 c x i a o 等 4 7 1 认为 木质素有可能在一 定程度上抑制藻类对造纸废水的净化处理作用 由此我们可以推测木质素在藻类处 理造纸废水的过程中担任了重要角色 值得深入探究 h 舶 h o c c c1 4 1 0 奇弘p c e b t x 摊击 愈刨木基结构囊盯香基结梅 飞沪c 卜c 对羟苯基结构 图1 1 木质素的3 种基本结构单元 f i g1 1b a s i cs t r u c t u r a lu n i t so fl i g n i n 6 图1 2 一段木质素的结构 括号里序号代表各种连接方式 f i g1 2 a p a r to ft h es t r u c t u r eo fl i g n i n t h es e r i a ln u m b e r si nt h eb r a c k e tr e p r e s e n t t h ev a r i o u sc o n n e c t i o nt y p e s 1 5 本文研究的目的 内容及意义 迄今为止 造纸工业废水中c o d 的处理问题仍然是世界各国普遍关注的环境 污染问题 高浓度的c o d 存在于造纸废水中 是水体污染的主要污染源 截至目前 应用于造纸废水中c o d 的处理多种方法中 效果最好的是厌氧 好氧工艺 其次是厌 氧工艺 但由于造纸废水中存在木质素 使得微生物可生化性不高 上述生物污水 处理方法的应用受到很大的限制 在对造纸废水净化的研究中发现 固定化白腐菌 对废水的处理能力最好 悬浮态白腐菌的处理能力次之 但存在一个关键问题 即 白腐菌的生长需要添加高浓度的葡萄糖 这增加了造纸废水中有机物的比重 进而使 应用过程中受到限制 故此方法具有一定的局限性p 川j 全球范围内生态环境重要性日益突出 对水体污染物的治理变得越来越重要 传统的一 二级处理技术容易引起受纳水体的富营养化 物理或化学行深度处理方 法的费用又太高 利用藻类来净化污水这一资源化生物工程技术还未经受广泛的实 践以及实际运行的经济评价 但是随着研究的不断深入和科学技术的发展 此类技 术将日益完善 前途更加广阔 国内外对于利用藻类处理造纸废水的研究还很少见 这正是本文的研究意义所 7 在 本文选取了处理后占优势的硅藻来进行一系列的实验 主要研究了舟形藻对不 同c o d 浓度的造纸废水的处理 及其中c o d 的去除效率 s i 元素对舟形藻在造纸 废水中的生长及对其c o d 去除效率的影响 用木质素磺酸钠驯化舟形藻 并用驯 化完成的舟形藻加入造纸废水中进行处理 并用驯化前后的舟形藻对造纸废水中 c o d 的去除效率进行比较 另外 测定藻类营养物刺激对造纸废水中舟形藻生长的 影响 舟形藻培养基的不同成分对舟形藻在造纸废水中生长的影响及c o d 去除效 率比较等 本文的研究成果为造纸废水的藻类处理工艺的进一步深入研究奠定了基 础 8 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 材料与方法 由之前对于氧化塘中的藻类在处理造纸废水前后各种类优势度变化的研究结 果可知 绿藻和和硅藻占优势 3 3 j 因此本文选取了处理后占优势的硅藻来进行一系列 的实验 主要研究了舟形藻对不同c o d 浓度的造纸废水的处理 及其中c o d 的去除 效率 s i 元素对舟形藻在造纸废水中的生长及对其c o d 去除效率的影响 逐步提高 木质素磺酸钠含量来驯化舟形藻 使舟形藻对木质素产生一定的耐受性 再用其处 理造纸废水 期望提高其在废水中的生长能力 以提高c o d 去除效率 并用驯化完 成的舟形藻加入造纸废水中进行处理 并用驯化前后的舟形藻对造纸废水中c o d 的 去除效率进行比较 另外 测定藻类营养物刺激对造纸废水中舟形藻生长的影响 舟形藻培养基的不同成分对舟形藻在造纸废水中生长的影响及c o d 去除效率比较 等 2 1 材料和仪器 2 1 1 供试藻种及造纸废水 实验藻种为舟形藻 n a v i c u l ai n c e r t a 隶属于硅藻属 培养基为d 1 培养基 此藻种培养基配方来自于中科院武汉水生生物研究所 在 2 0 a 2 2 4 h 光照 光强2 0 0 附 s 条件下培养 实验所使用的造纸废水由河南新乡某造纸厂提供 2 1 2 藻类培养基 d 1 培养基 用于培养舟形藻 n a n 0 3 1 2 0 m g k 2 h p 0 4 3 h 2 0 4 0 m g m g s 0 4 7 h 2 0 2 m g c a c l 2 2 h 2 0 2 0 m g n a 2 s i 0 3 9 h 2 0 1 0 0 m g kh2p04 80mg n a c l 1 0 m g f e r r i cc i t r a c t 柠檬酸铁 l m l s o i le x t r a c t 2 0 m l a 5s o l u t i o n i m l 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l 8 d i s t i l l e dw a t e r 9 9 6 m i l a 5s o l u t i o n 配方 h 3 8 0 3 0 2 8 6 9 m n c l 2 4 h 2 0 o 1 8 1g z n s 0 4 7 h 2 0 0 0 2 2 9 c u s 0 4 5 h 2 0 7 9 m g n h 4 6 m 0 7 0 2 4 4 h 2 0 3 9 m g d i s t i l l e dw a t e r 10 0 m l s o i le x t r a c t 壤提取液 配制方法 取花园土0 5 蚝 未施过b e 放在烧杯或者 三角瓶中 在其中加入1 0 0 0 m l 蒸馏水 用透气塞封住瓶口 在沸水中加热两个小 时 然后再冷却数小时 并进行无菌过滤 提取上清液 将已经过灭菌的蒸馏水加 入上清液中 直至总体积达到1 0 0 0 m l 土壤提取液保存在4 0 c 冰箱内备用 2 1 3 实验试剂 培养基中使用的试剂均为国产分析纯 2 1 4 主要实验仪器 n i k o ne 6 0 0 多功能生物显微镜 s a r t o i 洳sb p l1 0 s 电子分析天平 h e a l f o i 配e 生物安全柜 l r h 2 5 0 gi i 微电脑控制光照培养箱 鼢 z 智能型人工气候箱 l o v i b o n d 公司的p c c h e c k i t c o dv a r i o 及t u b et e s tl r 0 1 5 0 0 m g l 2 2 实验方法 2 2 1 舟形藻对不同初始c o d 浓度的造纸废水中c o d 去除效果研究 基于实验室之前的实验 为了探索造纸废水废水中影响藻生长的因素 实验选 取了处于对数期的舟形藻藻液 用d 1 培养基稀释至2 x 1 0 6 c e l l m l 以l 1 0 0 的比 例接种于造纸废水中培养 将废水稀释了三个梯度 即原浓度 1 倍 2 倍 3 倍 4 倍四组进行接种实验 放在人工气候箱 2 0 光强2 0 0 p e m 2 s 一 光暗比为1 2 1 2 中持续培养18 天 并分别在接种后的七天之内每天进行取样 使用p c c h e c l i t c o d v a r i o 和t u b et e s tl r 0 1 5 0 0 m g l 进行c o d 的测定 采用显微直接计数法进行藻细 1 0 胞计数 并观察舟形藻的生长状况 2 2 2s i 元素对舟形藻在造纸废水中的生长及对其c o d 去除效果的影响 为研究s i 元素对舟形藻的生长及其对造纸废水c o d 去除的影响 在废水中加 入不同浓度的s i 元素 测定舟形藻生长情况及c o d 变化 实验将处于对数期的舟 形藻藻液用d l 培养基稀释至1 0 6 c e l l m l 取l m l 藻液接种于1 0 0 m lc o d 浓度为 1 0 0 0 m g l 的造纸废水中 并在废水中加入n a e s i 0 3 溶液 最终使s i 元素的浓度增 大至原浓度的1 0 1 0 2 1 0 3 倍 空白对照不加s i 元素 将这四组放在人工气候箱 2 0 c 光强2 0 0 1 r e m a s 光暗比1 2 1 2 中持续培养数天 并分别于接种后的第 0 1 3 7 1 1 天取样 使用p c c n e c r a r c o dv a r i o 和t u b et e s tl r 0 15 0 0 m g l 进 行c o d 的测定 采用显微直接计数法进行藻细胞计数 并观察舟形藻的生长状况 2 2 3 使用木质素磺酸钠驯化舟形藻 将l m l 培养至对数期的舟形藻藻液接种于1 0 0 m ld 1 培养基中 其中含有0 0 3 9 木质素磺酸钠 这个量相当于c o d 为1 0 0 0 m g l 左右的造纸废水 然后每隔一定时间 使用显微计数法测定藻细胞生长情况 培养至对数期后 再取其中l m l 藻液转接进 入新的1 0 0m ld 1 培养基中 其中含有0 0 4 9 木质素磺酸钠 并进行藻细胞计数 如 此反复 木质素磺酸钠添加量依次为0 0 5 9 0 0 7 9 o 1 9 和0 2 9 实验设置对照组 连续转接的过程中加入l m l 藻类培养基 不加入木质素磺酸钠 为了确定具体范围 实验使用在含0 0 5 9 木质素磺酸钠的d 1 培养基中生长的舟形藻转接进入含0 0 6 9 木质 素磺酸钠的10 0 m ld1 培养基中进行上述实验 并将其继续转接进入含0 0 7 9 木质素 磺酸钠的1 0 0 m ld 1 培养基中 进行显微计数 绘制生长曲线 根据实验数据 选择 最适合舟形藻生长的木质素磺酸钠浓度 并用在此浓度下生长的藻去处理造纸废 水 测定其c o d 去除效果 2 2 4 驯化前后的舟形藻对造纸废水c o d 的去除效果 分别将l m l 培养至对数期的驯化过和未驯化的舟形藻藻液接种于1 0 0 m l 造纸废 水中 放在人工气候箱中持续培养1 0 天 并分别于接种后的第0 2 4 6 1 0 天取 样 使用p c c r m c k i t c o dv a r i o 和t u b et e s tl r o 1 5 0 0 m g l 进行c o d 的测定 其中 空白对照不加入藻液 阴性对照为向1 0 0 m l 造纸废水中加入相应的藻类培养基l m l 实验结果如图9 2 2 5 测定藻类营养物刺激对造纸废水中舟形藻生长的影响 为研究舟形藻培养基的营养成分是否对其在造纸废水中的生长情况有影响 从 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i 而影响其对c o d 的降解能力 实验取造纸废水1 0 0 m l 加入l m l 初始浓度约为 1 0 x 1 0 5 的舟形藻藻液 分别为驯化和未驯化的舟形藻 然后加入不同浓度的d l 培养基成分 实验设置五组 分别为正常浓度的1 倍 1 5 倍 2 5 倍和5 倍 对照组 不加入任何培养基成分 实验结果如图1 0 1 1 2 2 6 舟形藻培养基的不同成分对舟形藻在造纸废水中生长的影响及c o d 去除 效果比较 为研究舟形藻培养基的不同成分对舟形藻在造纸废水中生长的影响及c o d 去 除效果 根据d 1 培养基的配方 实验将舟形藻培养基成分分成三组 a 氮源 n a n 0 3 b 碳源 f e r r i cc i t r a c t f e c 6 h 5 0 7 c 无机盐 k 2 h p 0 4 3 h 2 0 m g s 0 4 7 h 2 0 c a c l 2 3 h 2 0 n a 2 s i 0 3 9 h 2 0 k i 1 2 p 0 4 n a c i m n s 0 4 4 i 1 2 0 s o i le x t r a c t a 5s o l u t i o n 将这三组按照下列组合 分别加入含有舟形藻 使用0 0 6 9 木质素磺酸 钠驯化后的藻 的造纸废水中 实验设置三个平行 测定藻细胞数和c o d 值 1 a b 2 a c 3 b c 4 a 5 b 6 c 7 a b c 8 a b c 使用0 0 4 9 木质素磺酸钠驯化后的藻 加入之前藻初始浓度约为2 2 x 1 07 c e l l s m l 得到的实 验结果如图1 2 然后 实验有将舟形藻培养基成分分成两组 a n a n 0 3 b k 2 h p 0 4 3 h 2 0 m g s 0 4 7 h 2 0 c a c l 2 3 h 2 0 n a 2 s i 0 3 9 h 2 0 k h 2 p 0 4 n a c l m n s 0 4 4 1 1 2 0 s o i le x t r a c t a 5s o l u t i o n f e r r i cc i t r a c t f e c 6 h 5 0 7 将这两组按照下列组合 1 a b 2 a 3 b 4 全无 分别加入含有舟形藻 使用至0 0 6 9 木质素磺酸钠驯 化后 的造纸废水中 实验设置三个平行 测定藻细胞数和c o d 值 加入之前藻初 始浓度约为1 7 x 1 0 1 c e l l s m l 得到的实验结果如图1 3 2 2 7 驯化成功的舟形藻处理较高浓度的造纸废水 为研究驯