【畢業(yè)學位論文】絮凝劑產(chǎn)生菌及其處理模擬印染廢水研究

分類號 學校代碼 10495 620 學 號 0815143005 武漢紡織大學 碩 士 學 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 指導教師： 黃運平 蔡亞君 學科門類： 工學 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 獨創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進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人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 學位論文作者簽名： 簽字日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解 武漢紡織大學 有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定。特授權(quán) 武漢紡織大學 可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學校向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤。 （保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)說明） 學位論文作者簽名： 導師簽名： 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 指導老師：黃運平 蔡亞君 摘要 紡織印染行業(yè)是我國重要的支柱型民生產(chǎn)業(yè)，同時又是耗水耗能大戶，其9 個行業(yè)中位居第二，廢水排放量為第三。紡織印染廢水有機污染物含量高、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。而隨著國家對于廢水排放標準的提高，對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)，對于印染廢水的處理更是必不可少的部分，但傳統(tǒng)的化學絮凝劑，因?qū)θ祟惤】岛铜h(huán)境帶來不利影響的缺點，已不適用于目前的廢水提標排放處理。微生物絮凝劑作為一種新型的水處理劑，具有安全無毒、無二次污染、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點，是目前各國大力研究的熱點。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菌，其中絮凝效果最好的菌株以上，結(jié)合形態(tài)學、生理生化及16S 后續(xù)對其進行重點研究。 （2）對產(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驗對產(chǎn)絮凝劑菌 培養(yǎng)條件進行優(yōu)化研究，實驗室養(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3 絮凝劑微生物4 生物絮凝劑的絮凝機理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 驗菌種20 劑21 器21 養(yǎng)基21 凝活性測定方法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 驗菌種30 養(yǎng)基30 凝活性測定方法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 驗材料36 驗裝置36 凝活性測定方法36 37 37 酸鐵、硫酸鐵與絮凝劑復配處理活性艷紅37 果與討論37 37 酸鐵、硫酸鐵與絮凝劑復配處理活性艷紅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雜化，一步增加，可生化性不斷減低，導致活性污泥在印染廢水中生長并馴化困難。新型染料的開發(fā)使用，加劇了印染廢水脫色難的問題，對印染廢水處理技術(shù)提出了嚴峻的挑戰(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經(jīng)常要用到的方法，通過絮凝沉淀的預處理可以去除大很大部分的有機物質(zhì)和色度，減輕后續(xù)處理工藝的負擔。絮凝沉淀中的絮凝劑包括化學絮凝劑和微生物絮凝劑兩大類，其中常用的化學絮凝劑主要有無機高分子絮凝劑和有機高分子絮凝劑。無機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對人體健康造成不利的影響，對環(huán)境產(chǎn)生二次污染；而有機高分子絮凝劑在環(huán)境中的殘留物不易被自然降解，同時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對人類健康和生態(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、可降解并對人體健康和環(huán)境無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；絮凝過程高效無毒；對環(huán)境無污染等特點。同時，微生物絮凝劑絮凝后的殘渣可以被生物降解，可以消除二次污染。 日本學者首先于上世紀 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道逐步增多。有報道用 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，可在廢水中看見明顯的絮體，脫色率達 。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。由此認識到，生物絮凝劑在印染廢水處理方面巨大的發(fā)展?jié)摿Α?鑒于微生物絮凝無毒、無二次污染等優(yōu)勢，以及作為印染廢水脫色劑的巨大發(fā)展?jié)摿?。本實驗進行了一系列的研究，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、整理等幾個工序。每個工序在生產(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雜的混合廢水，主要有以下特點：水量大、生化性差、色度高4。 （1）水量大：據(jù)統(tǒng)計，2003 年紡織行業(yè)廢水排放總量為 06 千噸，約占全國工業(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)計我國日排放印染廢水達30004000千噸5。 （2）統(tǒng)計，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物大量使用而進入印染廢水，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行的堿減量工藝，由于纖維中大量的對苯二甲酸被溶出，導致 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，導致降到 右。對印染廢水的生物處理提出了嚴峻的挑戰(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，并帶有顯色基團和極性基團。這些發(fā)色基團都為不飽和原子團，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水生生態(tài)系統(tǒng)是致命的，染料隨廢水進入水體，降低水體的透明度，并吸收進入水體的光線，影響水生植物的生長，降低了水體中溶解氧的含量，導致水生動物的生長困難。染料的可生物降解性差，使得進入環(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：微生物細胞作為絮凝劑。此類微生物有的菌體細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物和懸浮顆粒。以微生物細胞壁的提取物作為絮凝劑，如酵母細胞壁的葡聚糖、蛋白質(zhì)、甘露聚糖和 微生物細胞代謝產(chǎn)物作為絮凝劑，微生物細胞的代謝產(chǎn)物有胞外和胞內(nèi)兩種類型。K. 等人對菌膠團細菌實胞內(nèi)聚合物目前獲得的微生物絮凝劑則大部分為微生物細胞和微生物細胞的胞外代謝產(chǎn)物。 從化學組成上來看，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 與傳統(tǒng)的有機合成高分子絮凝和無機絮凝劑相比，微生物絮凝劑具有明顯的優(yōu)勢和特點。 （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。微生物絮凝劑對懸浮物去除效果好；對印染廢水、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。這是用其他無機和有機絮凝劑都很難達到的效果。 （2）安全無毒：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。其化學成分多為糖類、糖蛋白、蛋白質(zhì)、核酸等。相關(guān)的毒理學試驗證實微生1緒論 4 物絮凝的安全性，無致病現(xiàn)象。 （3）無二次污染：目前使用較多的無機絮凝劑鋁鹽和鐵鹽，在進行水處理應(yīng)用過程中，都會造成二次污染。采用鋁鹽絮凝劑進行水處理時量進入水體，給水生動物帶來了危害，同時水體中度也和人類的老年癡呆癥呈正相關(guān)關(guān)系。采用鐵鹽絮凝劑進行水處理時容易殘留鐵離子，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，它安全無毒，易被微生物降解，且絮凝后的殘渣可被生物降解，對壞境無害。 絮凝劑微生物 早在1935年，是對于生物絮凝劑的深入研究始于 1976 年 J人的對醬油曲霉研究工作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，包括細菌、霉菌、放線菌及酵母等，有文獻報道的絮凝微生物種類已達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（ 項圈藍細菌（不動菌屬（ 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理 與膠體物質(zhì)清晰的絮凝機理不同的是，微生物絮凝劑的作用機理至今仍然沒有完全明確，對此國內(nèi)外學者先后提出過很多學說。 （1）“橋聯(lián)機理” 對于游離于發(fā)酵液中的胞外絮凝劑的絮凝機理，目前普遍認為：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反應(yīng)共同作用的結(jié)果，該學說稱為“橋聯(lián)機理”。 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，同時交聯(lián)多個膠體顆粒，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，者競爭的結(jié)果取決于絮凝劑的濃度。當溶液中聚合物濃度高時，會發(fā)生膠溶作用，以致無法實現(xiàn)架橋。艾克斯的架橋絮凝反應(yīng)過程從機理的角度對“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”學說16 “菌體外纖維素纖絲”學說則主要是針對纖維素類絮凝劑的絮凝機理提出的，由于部分引起絮凝的產(chǎn)生菌體外有纖絲，因而該學說認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理：絮凝酵母細胞壁上的特定表面蛋白與其它酵母細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，故無絮凝效果。 對非游離態(tài)生物絮凝劑的作用機理“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、離散細胞和伸展橋鍵之間的三維基質(zhì)模型假說等學說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