【畢業(yè)學(xué)位論文】絮凝劑產(chǎn)生菌及其處理模擬印染廢水研究

分類號(hào) 學(xué)校代碼 10495 620 學(xué) 號(hào) 0815143005 武漢紡織大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 絮凝劑產(chǎn)生菌及其處理模擬印染廢水研究 作者姓名： 李鋒 指導(dǎo)教師： 黃運(yùn)平 蔡亞君 學(xué)科門類： 工學(xué) 專 業(yè)： 環(huán)境工程 研究方向： 水處理微生物 完成日期： 二零一一年五月 . E. y A 011 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解 武漢紡織大學(xué) 有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán) 武漢紡織大學(xué) 可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 （保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明） 學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 論文題目：絮凝劑產(chǎn)生菌及其處理模擬印染廢水研究 專業(yè)：環(huán)境工程 碩士生：李鋒 指導(dǎo)老師：黃運(yùn)平 蔡亞君 摘要 紡織印染行業(yè)是我國(guó)重要的支柱型民生產(chǎn)業(yè)，同時(shí)又是耗水耗能大戶，其9 個(gè)行業(yè)中位居第二，廢水排放量為第三。紡織印染廢水有機(jī)污染物含量高、色度深、堿性大、水質(zhì)變化大，一直是難處理的工業(yè)廢水之一。而隨著國(guó)家對(duì)于廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)于新型高效印染廢水處理技術(shù)的研究更是成為關(guān)系到其行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。 絮凝沉淀是污水處理中常用的技術(shù)，對(duì)于印染廢水的處理更是必不可少的部分，但傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝劑，因?qū)θ祟惤】岛铜h(huán)境帶來不利影響的缺點(diǎn)，已不適用于目前的廢水提標(biāo)排放處理。微生物絮凝劑作為一種新型的水處理劑，具有安全無(wú)毒、無(wú)二次污染、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是目前各國(guó)大力研究的熱點(diǎn)。本論文旨在開發(fā)出一種高效微生物絮凝劑，并將其應(yīng)用于印染廢水處理中。 （1）通過篩選分離得到9株具有絮凝活性的細(xì)菌，其中絮凝效果最好的菌株以上，結(jié)合形態(tài)學(xué)、生理生化及16S 后續(xù)對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)研究。 （2）對(duì)產(chǎn)凝菌絮凝成分主要為多糖（63 %），還有少量核酸；利用單因素和正交實(shí)驗(yàn)對(duì)產(chǎn)絮凝劑菌 培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化研究，實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)基初始 養(yǎng)溫度為37 ，搖床轉(zhuǎn)速100 r/株佳氮源為氯化銨，適宜的碳氮比范圍為2040。正交試驗(yàn)得出最佳培養(yǎng)基的組成：淀粉 15 g/L，氯化銨 1.0 g/L， g/L， g/L，.1 g/L，.2 g/L，該工藝條件下，菌用1 g。 （3）對(duì)果表明絮凝劑凝劑1 g/ 50 酸鐵（5 %）投加比為0.4 50 活性艷紅色率最高，。 本論文研究結(jié)果表明微生物絮凝劑 印染廢水脫色處理中具有較好的開發(fā)和 應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：微生物絮凝劑；絮凝劑產(chǎn)生菌；養(yǎng)條件；合絮凝劑；模擬印染廢水 研究類型：應(yīng)用基礎(chǔ) I A is an of it is OD 9 in of is a of a of of of on to of is a in in to to on As a as no of in In we to a it 9 of of 0 %. of by as in of as 37 , 100 r/ as as (g/L) as 5, , , 7.0 by .2 g L of g/L) .5 50 mL (5 %) .4 50 to . In a of in of 錄 I 目 錄 1 緒論1 染廢水概況2 染廢水的來源2 染廢水的特性和危害2 生物絮凝劑概況3 生物絮凝劑的種類和組成3 生物絮凝劑的特點(diǎn)3 絮凝劑微生物4 生物絮凝劑的絮凝機(jī)理5 生物絮凝劑在印染廢水處理中的應(yīng)用6 生物絮凝劑在處理印染廢水研究中存在的問題7 究的主要內(nèi)容及意義7 2 微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選分離及鑒定9 料和方法10 料10 法11 果與討論13 凝劑產(chǎn)生菌的篩選結(jié)果13 凝劑產(chǎn)生菌的鑒定結(jié)果13 章小結(jié)19 3 菌株20 料與方法20 驗(yàn)菌種20 劑21 器21 養(yǎng)基21 凝活性測(cè)定方法21 21 21 果與討論22 目錄 菌株22 凝發(fā)酵培養(yǎng)條件研究23 章小結(jié)29 4 絮凝劑30 料與方法30 驗(yàn)菌種30 養(yǎng)基30 凝活性測(cè)定方法30 凝劑的發(fā)酵30 凝活性物質(zhì)的分布31 凝劑的制備31 凝劑成分分析31 凝劑和高嶺土結(jié)合鍵的檢測(cè)32 果和討論32 凝活性物質(zhì)分布32 凝劑分離提純結(jié)果33 凝劑成分分析33 34 章小結(jié)35 5 36 料與方法36 驗(yàn)材料36 驗(yàn)裝置36 凝活性測(cè)定方法36 37 37 酸鐵、硫酸鐵與絮凝劑復(fù)配處理活性艷紅37 果與討論37 37 酸鐵、硫酸鐵與絮凝劑復(fù)配處理活性艷紅38 章小結(jié)39 6 結(jié)論與展望41 文總結(jié)41 作展望42 目錄 謝43 參考文獻(xiàn)44 附 錄47 1緒論 1 1 緒論 隨著紡織印染行業(yè)的迅速發(fā)展，各種復(fù)雜的染料中間體，新型印染助劑和整理劑的開發(fā)使用，使得印染廢水的成分更加復(fù)雜化，一步增加，可生化性不斷減低，導(dǎo)致活性污泥在印染廢水中生長(zhǎng)并馴化困難。新型染料的開發(fā)使用，加劇了印染廢水脫色難的問題，對(duì)印染廢水處理技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此急需開發(fā)新的印染廢水處理工藝解決以上難題。 絮凝沉淀是治理印染廢水時(shí)經(jīng)常要用到的方法，通過絮凝沉淀的預(yù)處理可以去除大很大部分的有機(jī)物質(zhì)和色度，減輕后續(xù)處理工藝的負(fù)擔(dān)。絮凝沉淀中的絮凝劑包括化學(xué)絮凝劑和微生物絮凝劑兩大類，其中常用的化學(xué)絮凝劑主要有無(wú)機(jī)高分子絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑一般用量較大，且添加到水體中的金屬鹽類會(huì)對(duì)人體健康造成不利的影響，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染；而有機(jī)高分子絮凝劑在環(huán)境中的殘留物不易被自然降解，同時(shí)聚丙烯酰胺的單體有神經(jīng)毒性和“三致”效應(yīng)，因此這兩類絮凝劑的使用都會(huì)對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。而微生物絮凝劑則是一種安全、可降解并對(duì)人體健康和環(huán)境無(wú)危害的新型水處理絮凝劑。 微生物絮凝劑（是利用生物技術(shù)，從微生物或其分泌物中提取、純化而獲得的一種安全、高效、且能自然降解的新型水處理劑1。與傳統(tǒng)的絮凝劑相比，微生物絮凝劑的種類繁多；絮凝過程高效無(wú)毒；對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)。同時(shí)，微生物絮凝劑絮凝后的殘?jiān)梢员簧锝到?，可以消除二次污染?日本學(xué)者首先于上世紀(jì) 70 年代在研究酞酸酯生物降解的過程中發(fā)現(xiàn)了具有絮凝作用的微生物培養(yǎng)液2。此后，關(guān)于微生物絮凝劑的報(bào)道逐步增多。有報(bào)道用 產(chǎn)的微生物絮凝劑和1.5 %的聚氨基葡糖處理某造紙廠廢水時(shí)，可在廢水中看見明顯的絮體，脫色率達(dá) 。人采用紅平紅球菌（酵生產(chǎn)絮凝劑且把它用于畜產(chǎn)廢水處理、膨脹污泥的處理、磚場(chǎng)生產(chǎn)廢水處理以及廢水的脫色處理獲得了較好的效果。由此認(rèn)識(shí)到，生物絮凝劑在印染廢水處理方面巨大的發(fā)展?jié)摿Α?鑒于微生物絮凝無(wú)毒、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，以及作為印染廢水脫色劑的巨大發(fā)展?jié)摿?。本?shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列的研究，旨在開發(fā)出一種能應(yīng)用于印染廢水處理工藝中的新型微生物絮凝劑。 1緒論 2 染廢水概況 染廢水的來源 印染廢水是印染廠加工棉、麻、化學(xué)纖維及其混紡產(chǎn)品過程中排出的廢水。印染包括退漿、煮煉、漂白、絲光、染色、印花、整理等幾個(gè)工序。每個(gè)工序在生產(chǎn)的過程中都有廢水產(chǎn)生，分別排出退漿廢水、煮煉廢水、漂白廢水、絲光廢水、染色廢水、印花廢水和皂液廢水、整理廢水。印染廢水通常是指上述各類廢水的綜合廢水。 印染廢水的水質(zhì)隨加工纖維的種類及各工序工藝的不同存在較大的差異。印染廢水中的主要污染物來源：退漿廢水中的漿料、纖維及纖維降解產(chǎn)物；煮煉廢水和絲光廢水中的堿液、纖維屑和纖維表面的雜質(zhì)；染色廢水中的染料和染色助劑；印花廢水中的印花漿料和助劑；整理廢水中的整理劑和助劑。 染廢水的特性和危害 就印染廢水而言，其含有的主要污染物為有機(jī)物，并且隨加工的纖維種類和加工工藝、及各工序采用的材料的不同而異。一般情況下，印染廢水水質(zhì)0，000 ，00 ，00 ，色度為100500倍3。從廢水處理技術(shù)角度看，印染廢水是一種組成復(fù)雜的混合廢水，主要有以下特點(diǎn)：水量大、生化性差、色度高4。 （1）水量大：據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003 年紡織行業(yè)廢水排放總量為 06 千噸，約占全國(guó)工業(yè)廢水排放量的6 %。其中印染廢水約占紡織印染業(yè)廢水的80 %。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)日排放印染廢水達(dá)30004000千噸5。 （2）統(tǒng)計(jì)，2003年紡織行業(yè)產(chǎn)生廢水年來，隨著印染業(yè)的發(fā)展，紡織行業(yè)產(chǎn)生廢水 前僅落后造紙行業(yè)，占據(jù)第二位。隨著 料、人造絲堿解物和新型助劑等難生化降解有機(jī)物大量使用而進(jìn)入印染廢水，印染廢水的 度由原有的數(shù)百上升為 20003000 ，新型的印染工藝的發(fā)展也為印染廢水近年來風(fēng)行的堿減量工藝，由于纖維中大量的對(duì)苯二甲酸被溶出，導(dǎo)致 廢水中0000 ；同樣原理，海島絲工藝的廢水中00000 。 （3）生化性差：新型工藝中大量采用了印染工作完成后隨廢水排出，使得印染廢水中的 速增加，導(dǎo)致降到 右。對(duì)印染廢水的生物處理提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。需要人為的增加前處理來提高印染廢水的 值及可生化性，這也無(wú)1緒論 3 形的增加了印染廢水處理的成本和難度。 （4）色度高：印染廢水中的有機(jī)物主要是一些漿料、染料分子、染色助劑和染色整理劑。隨廢水排出的染料是引起色度高的主要原因，染料分子主要以芳烴和雜環(huán)為母體，并帶有顯色基團(tuán)和極性基團(tuán)。這些發(fā)色基團(tuán)都為不飽和原子團(tuán)，能吸收可見光。印染廢水中的污染組分漿料、染料、助劑等本身毒性不大。但是印染廢水的色度是對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)是致命的，染料隨廢水進(jìn)入水體，降低水體的透明度，并吸收進(jìn)入水體的光線，影響水生植物的生長(zhǎng)，降低了水體中溶解氧的含量，導(dǎo)致水生動(dòng)物的生長(zhǎng)困難。染料的可生物降解性差，使得進(jìn)入環(huán)境中的染料很難通過水體自凈的方式去除。 生物絮凝劑概況 生物絮凝劑的種類和組成 微生物絮凝劑按照來源主要可分為3類6：微生物細(xì)胞作為絮凝劑。此類微生物有的菌體細(xì)胞表面附有莢膜層或粘液層，有的菌體表面具有菌毛和纖毛。能夠吸附溶液中的有機(jī)物和懸浮顆粒。以微生物細(xì)胞壁的提取物作為絮凝劑，如酵母細(xì)胞壁的葡聚糖、蛋白質(zhì)、甘露聚糖和 微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物作為絮凝劑，微生物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物有胞外和胞內(nèi)兩種類型。K. 等人對(duì)菌膠團(tuán)細(xì)菌實(shí)胞內(nèi)聚合物目前獲得的微生物絮凝劑則大部分為微生物細(xì)胞和微生物細(xì)胞的胞外代謝產(chǎn)物。 從化學(xué)組成上來看，目前已知的微生物絮凝劑大多為多糖類，或糖類和蛋白質(zhì)的復(fù)合物。也有少數(shù)微生物絮凝劑為蛋白質(zhì)、脂類、其他生物大分子。如微生物絮凝劑,9。 生物絮凝劑的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的有機(jī)合成高分子絮凝和無(wú)機(jī)絮凝劑相比，微生物絮凝劑具有明顯的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。 （1）適應(yīng)范圍廣：微生物絮凝劑不僅可以用于印染廢水、造紙廢水等工業(yè)廢水的處理，也可以應(yīng)用于污泥濃縮、凈水處理、食品發(fā)酵等方面。微生物絮凝劑對(duì)懸浮物去除效果好；對(duì)印染廢水、造紙廢水等有色廢水具有良好的脫色效果；微生物絮凝劑對(duì)含油廢水中的油和懸浮物吸附效果較好。用 養(yǎng)物可以很容易將棕櫚酸從其乳化液中分離出來，在液面形成清楚可見的油滴，使廢水下層清夜。這是用其他無(wú)機(jī)和有機(jī)絮凝劑都很難達(dá)到的效果。 （2）安全無(wú)毒：微生物絮凝劑多為微生物菌體和微生物代謝產(chǎn)物。屬天然高分子絮凝劑。其化學(xué)成分多為糖類、糖蛋白、蛋白質(zhì)、核酸等。相關(guān)的毒理學(xué)試驗(yàn)證實(shí)微生1緒論 4 物絮凝的安全性，無(wú)致病現(xiàn)象。 （3）無(wú)二次污染：目前使用較多的無(wú)機(jī)絮凝劑鋁鹽和鐵鹽，在進(jìn)行水處理應(yīng)用過程中，都會(huì)造成二次污染。采用鋁鹽絮凝劑進(jìn)行水處理時(shí)量進(jìn)入水體，給水生動(dòng)物帶來了危害，同時(shí)水體中度也和人類的老年癡呆癥呈正相關(guān)關(guān)系。采用鐵鹽絮凝劑進(jìn)行水處理時(shí)容易殘留鐵離子，使被處理水帶有顏色，影響水質(zhì)。而常用的有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺，其單體具有神經(jīng)毒性。微生物絮凝劑多為微生物菌體和微生物代謝產(chǎn)物。屬天然高分子絮凝劑。主要成份為多糖、蛋白質(zhì)、核酸等，它安全無(wú)毒，易被微生物降解，且絮凝后的殘?jiān)杀簧锝到?，?duì)壞境無(wú)害。 絮凝劑微生物 早在1935年，是對(duì)于生物絮凝劑的深入研究始于 1976 年 J人的對(duì)醬油曲霉研究工作10,11,12。此后的研究發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生絮凝劑的微生物種類很多，包括細(xì)菌、霉菌、放線菌及酵母等，有文獻(xiàn)報(bào)道的絮凝微生物種類已達(dá)50種以上13,14，絮凝劑微生物物種 絮凝劑微生物 產(chǎn)絮凝劑微生物 細(xì)菌 糞產(chǎn)堿菌屬（協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌（渴望德萊菌（土壤桿菌屬（ 項(xiàng)圈藍(lán)細(xì)菌（不動(dòng)菌屬（ 芽孢桿菌屬（ 嗜蟲短桿菌 （棒狀桿菌（暗色孢屬（ 產(chǎn)黃菌屬（ 光環(huán)嗜堿桿菌（克雷伯氏菌屬（ 棲冷克呂沃菌（K. 發(fā)酵乳桿菌（草分枝桿菌屬（厄式菌屬（ 真菌 醬油曲霉（擬青霉屬（ 赫曲霉（寄生曲霉（赤紅曲霉（白地霉（青霉菌（棕腐真菌（褐腐真菌（白腐真菌（漢遜酵母（產(chǎn)乳糖酶酵母（栗酒裂殖酵母（啤酒酵母（單倍體糖化酵母（糞殼屬（1緒論 5 ） 產(chǎn)絮凝劑微生物 產(chǎn)絮凝劑微生物 細(xì)菌 假單胞菌屬（ 銅綠假單胞菌（熒光假單胞菌（產(chǎn)堿假單胞菌 （糞產(chǎn)假單胞菌（多粘類芽孢桿菌 （金黃色葡萄球菌（紅平紅球菌（生枝動(dòng)膠菌（放線菌 酒紅鏈霉菌（諾卡菌屬（灰色鏈霉菌（藻類 藻屬（ 生物絮凝劑的絮凝機(jī)理 與膠體物質(zhì)清晰的絮凝機(jī)理不同的是，微生物絮凝劑的作用機(jī)理至今仍然沒有完全明確，對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后提出過很多學(xué)說。 （1）“橋聯(lián)機(jī)理” 對(duì)于游離于發(fā)酵液中的胞外絮凝劑的絮凝機(jī)理，目前普遍認(rèn)為：微生物絮凝劑的絮凝過程是吸附架橋、電荷中和及卷掃等物理化學(xué)反應(yīng)共同作用的結(jié)果，該學(xué)說稱為“橋聯(lián)機(jī)理”。 吸附架橋作用：微生物絮凝劑借助氫鍵、分子作用力和離子鍵，同時(shí)交聯(lián)多個(gè)膠體顆粒，在膠體顆粒間產(chǎn)生連橋，形成一張巨大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)絮凝沉降下來。如朱富坤、劉彬彬15等研究發(fā)現(xiàn)微生物絮凝劑離子鍵形式連橋而絮凝沉淀。 電中和作用：溶液中的膠體顆粒與電解質(zhì)或絮凝劑表面帶的相反電荷發(fā)生中和，減少靜電排斥，促使膠體顆粒間凝聚而沉降。 卷掃與網(wǎng)捕：由聯(lián)橋電中和作用產(chǎn)生的絮網(wǎng)，在沉降的過程中迅速卷掃、網(wǎng)捕水中膠體顆粒。 聚合物在液相中分散；聚合物于界面處吸附；溶作用”；成架橋。其中，者競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果取決于絮凝劑的濃度。當(dāng)溶液中聚合物濃度高時(shí)，會(huì)發(fā)生膠溶作用，以致無(wú)法實(shí)現(xiàn)架橋。艾克斯的架橋絮凝反應(yīng)過程從機(jī)理的角度對(duì)“絮凝劑的最適濃度”問1緒論 6 題作出了解釋。 （2）“菌體外纖維素纖絲”學(xué)說16 “菌體外纖維素纖絲”學(xué)說則主要是針對(duì)纖維素類絮凝劑的絮凝機(jī)理提出的，由于部分引起絮凝的產(chǎn)生菌體外有纖絲，因而該學(xué)說認(rèn)為是由于胞外纖絲聚合形成絮凝物。 （3）“類外源絮凝聚素”假說17 “類外源絮凝聚素”假說很好地解釋了酵母菌的絮凝機(jī)理：絮凝酵母細(xì)胞壁上的特定表面蛋白與其它酵母細(xì)胞表面的甘露糖殘基之間的專一性結(jié)合引起絮凝；而非絮凝酵母之間的這種專一性結(jié)合很弱，故無(wú)絮凝效果。 對(duì)非游離態(tài)生物絮凝劑的作用機(jī)理“類外源絮凝聚素”假說和“菌體外纖維素纖絲”假說作出了合理解釋。 此外，還有病毒”假說、子鍵、氫鍵鍵橋?qū)W說、離散細(xì)胞和伸展橋鍵之間的三維基質(zhì)模型假說等學(xué)說18。從微生物絮凝劑的多樣性以及表現(xiàn)出的絮凝范圍、廣譜性