中度嗜鹽菌處理高鹽廢水的生長(zhǎng)特性研究.pdf

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)