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文檔簡(jiǎn)介
1、高鹽廢水屬于極難處理的廢水之一,這些廢水中除了含有大量的無(wú)機(jī)鹽離子(Na+、Cl-、SO42-、Ca2+等離子),還含有高濃度的有機(jī)污染物。目前,含鹽有機(jī)廢水的處理方式主要包括:物化法和生物法。由于此類廢水中的有機(jī)污染物含量高,一般物理、化學(xué)處理方法效果差且能耗大、成本高,而生物處理法具有經(jīng)濟(jì)、高效、無(wú)害等優(yōu)點(diǎn),是首選的處理方法,但常規(guī)生物法無(wú)法滿足處理要求。大量研究結(jié)果表明,污泥經(jīng)過(guò)馴化后在一定鹽度范圍內(nèi)可以對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行有效地
2、去除,但所馴化的耐鹽微生物能夠耐受的鹽度范圍有限,而且污泥馴化周期長(zhǎng)。因此,在含高鹽廢水的生化處理中,直接利用生長(zhǎng)在高鹽環(huán)境中的嗜鹽菌是一種快速有效的方法。與此同時(shí),實(shí)際高鹽廢水水質(zhì)不穩(wěn)定,鹽度波動(dòng)大,鹽度的驟增驟減都會(huì)引起生物系統(tǒng)的失效,這也是現(xiàn)今亟需解決的難題之一。
因而本論文研究以一株中度嗜鹽菌Halomonassp.STSY-3為研究對(duì)象,用NaCl模擬實(shí)際廢水鹽度波動(dòng),采用搖瓶實(shí)驗(yàn)?zāi)MSBR反應(yīng)器,利用Monod方程
3、、Haldane模型研究菌株在高鹽廢水鹽度變化下的菌體生長(zhǎng)及有機(jī)物降解過(guò)程,建立了該菌株在不同鹽度下的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、有機(jī)物降解模型。同時(shí),以鹽度對(duì)菌體生長(zhǎng)、有機(jī)物降解能力的影響為根據(jù)對(duì)STSY-3的生長(zhǎng)進(jìn)行分區(qū),并通過(guò)電子掃描電鏡、流式細(xì)胞儀等檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)際廢水中鹽度波動(dòng)下的有機(jī)物生物降解具有實(shí)際意義。主要研究成果如下:
(1)中度嗜鹽菌Halomonassp.STSY-3屬于鹽單胞菌,桿菌、革蘭氏陰性菌。適宜
4、的生長(zhǎng)鹽度范圍為2%~9%,其中最適生長(zhǎng)鹽度為7%。STSY-3在最適生長(zhǎng)鹽度(7%,以NaCl計(jì))下取得最大生長(zhǎng)量OD600為2.56,在0%和34%鹽度下OD600僅分別為0.47和0.06。
(2)中度嗜鹽菌Halomonassp.STSY-3的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律以培養(yǎng)基組分中葡萄糖為限制性基質(zhì)利用Monod方程進(jìn)行擬合,并對(duì)不同鹽度下菌體的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)KS、μnax進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明:中度嗜鹽菌STSY-3生長(zhǎng)動(dòng)
5、力學(xué)規(guī)律與Monod方程匹配良好,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算值基本符合,在最適鹽度下,菌體細(xì)胞與葡萄糖親和力最好,飽和常數(shù)KS=0.0082g/L,最大比生長(zhǎng)速率μmax=2.257h-1;比較模型參數(shù)KS、μmax,根據(jù)鹽度對(duì)中度嗜鹽菌STSY-3生長(zhǎng)的影響程度,STSY-3的生長(zhǎng)存在三個(gè)明顯分區(qū):最適鹽度區(qū)(鹽度2%~9%)、嗜鹽過(guò)渡區(qū)(鹽度9%~20%)及生長(zhǎng)抑制區(qū)(鹽度≤2%或≥20%)
(3)實(shí)驗(yàn)研究了苯酚對(duì)菌體的抑制
6、作用以及鹽度對(duì)苯酚降解的影響,并利用Haldane方程對(duì)中度嗜鹽菌Halomonassp.STSY-3在苯酚降解過(guò)程中的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型、苯酚降解動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著苯酚濃度逐漸增大,苯酚對(duì)菌體生長(zhǎng)的促進(jìn)逐漸轉(zhuǎn)為抑制,當(dāng)培養(yǎng)基中苯酚濃度降低時(shí)(<60mg/L),苯酚可作為碳源,對(duì)菌體生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用,當(dāng)苯酚濃度較高時(shí)(>300mg/L),苯酚對(duì)菌體生長(zhǎng)抑制作用明顯;中度嗜鹽菌STSY-3對(duì)苯酚的降解作用受鹽度影響明顯
7、,在最適鹽度7%下,菌株對(duì)苯酚的降解率最高,120小時(shí)內(nèi)可達(dá)到50%左右,苯酚降解率隨著鹽度升高而降低,當(dāng)鹽度<2%或>20%時(shí),菌株對(duì)苯酚基本不降解;中度嗜鹽菌STSY-3在苯酚降解過(guò)程中的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型、苯酚降解動(dòng)力學(xué)模型規(guī)律與Haldane方程匹配良好,比較分析不同鹽度下的模型參數(shù)KS、μmax、Ki,根據(jù)鹽度對(duì)中度嗜鹽菌STSY-3生長(zhǎng)的影響程度,STSY-3的生長(zhǎng)同樣存在三個(gè)明顯分區(qū)。
(4)通過(guò)向人工模擬廢水中投加
8、中度嗜鹽菌Halomonassp.STSY-3,以搖瓶實(shí)驗(yàn)?zāi)MSBR反應(yīng)器,研究其在廢水中對(duì)有機(jī)物的降解能力,模擬廢水分為兩大類,一類以葡萄糖作為目標(biāo)有機(jī)物、一類是以苯酚作為目標(biāo)有機(jī)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:STSY-3對(duì)有機(jī)物的降解能力受鹽度影響明顯,在最適鹽度7%下,菌株對(duì)有機(jī)物的降解最快,降解率也最高,120小時(shí)內(nèi)葡萄糖和苯酚降解率分別可達(dá)到50%和20%,有機(jī)物降解率隨著鹽度升高而降低,當(dāng)鹽度<2%或>20%時(shí),菌株對(duì)葡萄糖、苯酚降解率
9、分別小于30%和10%;外加影響因子明顯影響中度嗜鹽菌Halomonassp.STSY-3對(duì)模擬廢水中有機(jī)物的降解,其中相容性物質(zhì)甜菜堿以及接種量的影響最大,當(dāng)外加甜菜堿濃度達(dá)到1.0g/L時(shí),120小時(shí)內(nèi)葡萄糖和苯酚降解率分別在90%和35%以上;當(dāng)接種量達(dá)到10%時(shí),120小時(shí)內(nèi)葡萄糖和苯酚降解率分別在95%和50%以上;通過(guò)對(duì)模擬廢水中菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、苯酚降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析研究可知,根據(jù)鹽度對(duì)中度嗜鹽菌STSY-3生長(zhǎng)的影響程度,
10、廢水環(huán)境內(nèi)STSY-3的生長(zhǎng)存在三個(gè)明顯分區(qū),且與培養(yǎng)基條件下的分區(qū)相一致。
(5)研究利用掃描電子顯微鏡、流式細(xì)胞儀等觀測(cè)檢驗(yàn)手段對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中提出的三個(gè)分區(qū)(最適鹽度區(qū)、嗜鹽過(guò)渡區(qū)、生長(zhǎng)抑制區(qū))進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鹽度嚴(yán)重影響中度嗜鹽菌Halomonassp.STSY-3的形態(tài)結(jié)構(gòu),在最適鹽度7%下菌體表面飽滿,0%鹽度下,菌體形態(tài)不規(guī)則,有細(xì)胞殘片,而在20%鹽度下菌體明顯變短;鹽度變化對(duì)中度嗜鹽菌Halomona
11、ssp.STSY-3的生長(zhǎng)具有不同程度的損傷,在7%鹽度下,活細(xì)胞百分比最高為77.7%,從7%到0%鹽度、7%鹽度到25%鹽度,活細(xì)胞百分比下降,受損細(xì)胞增多,在0%和25%鹽度下死亡細(xì)胞百分比分別為97.4%和99.6%。
綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,中度嗜鹽菌STSY-3的生長(zhǎng)存在三個(gè)明顯分區(qū):最適鹽度區(qū)(鹽度2%~9%)、嗜鹽過(guò)渡區(qū)(鹽度9%~20%)以及生長(zhǎng)抑制區(qū)(鹽度≤2%或≥20%),通過(guò)SEM、流式細(xì)胞儀等手段均得到相應(yīng)
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