组合式白腐真菌反应器处理实际染料废水过程中生态结构和功能解析

组合式白腐真菌反应器处理实际染料废水过程中生态结构和功能解组合式白腐真菌反应器处理实际染料废水过程中生态结构和功能解 析析 摘要 白腐真菌因其极强的降解能力和特殊的代谢类型 其在难 降解有机污染物的降解上发挥着十分重要的作用 但白腐真菌工艺 由于各种因素的影响 其对实际染料废水的综合处理能力难以进一步 提升 并影响到其实际应用价值和效益 本论文主要依托于国家科技 部 863 计划项目 污水的高效微生物处理技术 2006AA06Z331 利 用白腐真菌对难降解有机废水 实际染料废水进行处理技术研究 同时后期在上海染化八厂开展现场中试实验研究 论文的重点研究内 容有以下几个方面 四种白腐真菌菌株产酶 MnP 和 LiP 优化筛选 研究 P C MnP 和 LiP 的固定化载体研究 组合式白腐真菌反 应器的构建及运行参数的确定 组合式白腐真菌反应器用于实际 染料废水的小试及中试研究 本论文的目标是通过白腐真菌菌株优 化 固定化载体筛选 组合式白腐真菌反应器构建及小试和中试研 究 为组合式白腐真菌反应器处理实际染料废水的特性 效能及存在 问题提供一定的科学依据 主要得出如下结论 1 四种白腐真菌菌 株产 MnP 和 LiP 优化筛选研究四种白腐真菌紫芝 G sinense 云芝 C versicolor 韩芝 G lucidumHG 及黄孢原毛平革菌 P C 产 MnP 及 LiP 酶活差异明显 其中以 P C 的两种酶活为最高 其 MnP 和 LiP 酶活 分别于第 5 天和第 6 天达到最大值 225 67U L 和 110 35U L 而 P C 在氮限制培养时要明显高于碳限制培养条件下 通过统计分析软件 spss18 0 分析得知 P C 在氮 碳限制培养条件下 MnP 和 LiP 的酶活 均呈显著性差异 其 p 值均低于 0 05 对应 P C 的起始 pH 介于 4 0 4 5 之间时 P C 产 MnP 及 LiP 的酶活相对较高 而当起始 pH 为 4 5 时两种酶活为最高 当装液量在 500mL L 时对应的 MnP 高于 240U L 和 LiP 高于 110U L 酶活均达到最高值 而孢子的接种量则 以 1 3 106 个 mL 时获得的 MnP 及 LiP 均分别达到 180U L 及 130U L 的最高水平 摇床转速介于 120r min 和 140r min 之间 其所 获得的 MnP 及 LiP 酶活均较高 因此 对于四种白腐真菌而言 以 P C 所 产 MnP 及 LiP 酶活为最高 2 P C 经六种不同的固定化载体固定化 后的产酶情况 P C 经植物废料甘蔗渣和玉米芯固定化后其 MnP 和 LiP 酶活较其它四种载体固定化所获得的酶活高 通过 spss18 0 进行 分析得知 甘蔗渣和玉米芯所产 MnP 与 LiP 酶活与其他四种载体具有 极其显著的差异 其对应的 p 0 0000 01 虽经甘蔗渣固定后的 MnP 酶活要略低于玉米芯组 但甘蔗渣的 LiP 酶活均值要高于玉米芯组 综 合考虑后采用甘蔗渣做为后续小试及中试的固定化载体 固定化载 体甘蔗渣的投加量在 6g L 时其所获得的 MnP 为最高 达 157 1U L 同 时其对应的对 100mg L 活性艳红 X3 B 脱色效果也最佳 至实验结束 时可达 99 6 利用 spss 分析得知 不同的甘蔗渣的投加量对脱色率具 有极其显著的相关性 其相关系数 r 0 373 p 值为 0 000 01 而且该投 加量下甘蔗渣能有效抑制其他杂菌的生长 同时利用 SEM 观察得知 甘蔗渣能较好的作为 P C 生长 附着的载体 3 利用正交优化实验 确定了组合式白腐真菌反应器的多项重要参数 并成功运行了该反应 器利用正交优化实验的直观分析 极差分析及方差分析对前两级白 腐真菌反应器的三项重要参数 T DO 及 pH 进行确定 从方差分析得 知 T DO 和 pH 三因素的 FA 190 37 FB 41 82 Fc 0 8530 也就是对 实际染料废水脱色效果的影响依次为 TDOpH 试验表明 T 为 30 DO 为 5mg L 和 pH 为 5 时所获得的脱色率为最高 构建的组合式白 腐真菌反应器的主体反应器 P C 组合填料反应器在处理实际染料 废水时 其色度和 CODCr 在 0 24h 内降低较为迅速 二者的去除率分 别可达 53 41 和 29 50 据此确定组合式系统的 HRT 为 24h 组合 式白腐真菌反应器的染料废水与培养基的配比为 4 1 时 系统对 CODCr 及 BOD5 的去除效果为最佳 其对 NH3 N 的去除平均可达到 国家一级排放标准即 15mg L 对实际染料废水的色度也达到了国家 排放标准的 50 以下 经检测 出水的生物毒性仅相当于平均浓度为 0 058mg LHgCl2 的毒性 为低毒水平 对应的真菌微生物群落的多样 性指数基本稳定在 5 60 左右 反应器内 P C 始终为优势菌种 其中白 腐真菌 组合填料反应器在运行期间其微生物群落结构基本稳定 对染料废水稀释并不能有效提高系统的 CODCr BOD5 去除率以及 对实际染料废水生物毒性的削减 对系统内微生物群落结构进行解 析发现当该系统采用稀释染料废水时 反应柱内微生物群落多样性指 数波动不大 基本稳定在 5 48 左右 但低温下系统对 CODCr BOD5 生物毒性及脱色率的去除效果较常温下要低 反应 器内微生物群落多样性指数也较常温下低 其平均值为 5 20 而随着系 统的运行 在低温工况后期其多样性指数呈上升趋势 说明系统运行后 期有其他菌的侵染 它们并不是优势种 同 DGGE 图谱分析结果相一 致 DGGE 测序结果显示 三种工况下 Neosartoryafischeri Sordariamacrospora Penicilliumchrysogenum 及 P C 四种菌均存在 而其他几种菌均较少 不属于优势种 4 组合式白 腐真菌反应器用于实际染料废水的中试研究现场中试研究得知 表明 该组合系统对 NH3 N CODCr 及 BOD5 均有良好的去除效果 该组 合系统对可生化性差的实际染料废水仍然具有一定的生化降解能力 同时该组合系统对实际染料废水的生物毒性物质也有良好的去除效 果 出水毒性检测表明其对应的 HgCl2 平均浓度已降至 0 08mg L 属 于低毒水平 本论文通过对白腐真菌菌株的优化 黄孢原毛平革菌 产酶固定化载体的筛选 组合式白腐真菌反应器工艺技术参数选择 及应用该反应器进行的小试及中试等方面的研究结果 为该组合式白 腐真菌反应器处理染料废水并保障其稳定 高效运行提供了可靠的 依据 具有一定的理论意义和应用价值 关键词 黄孢原毛平革 菌固定化载体组合式白腐真菌反应器工艺参数优化染料废水小试与 中试处理生态结构与功能解析 学位授予单位 华东师范大学 学位级别 博士 学位授予年份 2011 分类号 X703 目录 摘要 6 9Abstract9 15 第一章绪论 15 351 1 研究背景 15 191 1 1 白腐真菌处理染料废水体系的染菌问题 171 1 2 白腐真菌 反应器应用于实际染料废水处理中的问题 17 191 2 课题来源与研究 内容 19 201 2 1 课题来源 191 2 2 研究内容 19 201 3 国内外研究现状 20 321 3 1 白腐真菌对染料废水的降解机制研究 20 211 3 2 白腐真菌 产酶条件优化研究 21 241 3 3 白腐真菌反应器开发研究 24 281 3 4 辅助基质用作白腐真菌碳源的研究 28 301 3 5 白腐真菌生物膜分子 生态学研究进展 30 311 3 6 白腐真菌处理难降解有机废水解毒效应 研究 31 321 4 研究目的与意义 32 341 4 1 研究目的 32 331 4 2 研究 意义 33 341 5 研究技术路线及方法 34 35 第二章四种白腐真菌菌株 筛选及产酶条件优化研究 35 492 1 前言 352 2 研究目的与内容 35 362 2 1 研究目的 352 2 2 研究内容 35 362 3 材料与方法 36 382 3 1 实验材料 36 372 3 2 实验方法 37 382 4 结果与分析 38 482 4 1 营养 限制培养基中 P C 菌 MnP 和 LiP 酶活分析研究 38 402 4 2 四种白腐 真菌 MnP LiP 酶活分析及比较 40 422 4 3P C 菌产酶条件优化研究 42 482 5 本章小结 48 49 第三章黄孢原毛平革菌固定化载体研究 49 643 1 前言 493 2 研究目的与内容 49 503 2 1 研究目的 493 2 2 研究内 容 49 503 3 材料及方法 50 513 4 结果与分析 51 623 4 1P C 在固定化 载体中的附着及产酶情况 51 583 4 2 甘蔗渣投加量对 P C 酶活和处 理活性艳红 X3 B 的影响研究 58 603 4 3 摇瓶体系内经甘蔗渣固定化 后的染菌情况及扫描电镜观察 60 623 5 本章小结 62 64 第四章组合 式白腐真菌工艺系统的构建及运行参数优化研究 64 1034 1 前言 644 2 研究目的与内容 64 654 2 1 研究目的 64 654 2 2 研究内容 654 3 材料与方法 65 724 3 1 实验材料 65 674 3 2 实验方法 67 724 4 结果与分析 72 1004 4 1T DO 及 pH 值的正交实验 72 754 4 2HRT 调控实验 75 764 4 3 染料废水 培养基配比实验 76 884 4 4 染料废 水初始浓度实验 88 944 4 5 低温条件实验 94 1004 5 本章小结 100 103 第五章组合式白腐真菌反应器处理实际染料废水的微生物群落 结构研究 103 1165 1 前言 1035 2 研究目的与内容 103 1045 2 1 研究 目的 1035 2 2 研究内容 103 1045 3 材料与方法 104 1055 3 1 实验材 料与装置 1045 3 2 实验方法 104 1055 4 不同工况下 P C 组合填料 反应器内真菌群落结构变化 105 1145 4 1 染料废水 培养基配比对 真菌群落结构的影响 105 1085 4 2 染料废水初始浓度对真菌群落结 构的影响 108 1115 4 3 低温对真菌群落结构的影响 111 1145 5 本章 小结 114 116 第六章组合式白腐真菌反应器处理实际染料废水现场 中试研究 116 1266 1 前言 1166 2 研究目的与内容 116 1176 2 1 研究 目的 1166 2 2 研究内容 116 1176 3 材料及方法 117 1196 3 1 实验材 料 117 1186 3 2 实验方法 118 1196 4 结果与