生物吸附处理含油废水及回收脂质的利用

论文摘要

本研究从菌株Mycobacterium sp. QJ3011对废水中脂质的吸附现象入手,开发了由废水调质、细胞扩增、生物吸附和过滤回收等四个步骤所构成的从含油废水中回收脂质的工艺路线。在此基础上,对工艺过程中的核心环节—菌体-脂质复合物的形成过程进行了较为深入的讨论。最后,将经上述工艺所回收的脂质作为碳源用于脂肽类生物表面活性剂的微生物发酵过程,对含油废水中脂质的资源化利用进行了探索。对废水进行了调质,降低废水中杂菌含量并为菌株Mycobacterium sp. QJ3011取得竞争优势,使其获得良好生长;研究了生物吸附处理含油废水的范围,结果表明,生物吸附工艺处理含油量0.1～5%的废水,脂质回收均可达40%以上,而COD可降低70%以上;研究发现,当废水中化学合成乳化剂含量高于0.1%时,将对工艺效果产生明显的不利影响;研究了细菌初始浓度、培养时间和吸附时间对吸附的影响,得出了最佳吸附条件为:初始菌浓1.0×107cfu/mL、培养时间18h、吸附时间36h。在该条件下,废水中脂质回收率为62.44%,COD下降58.9%;通过研究无生物活性条件下细菌对油体的吸附平衡关系,同步监测整个生物吸附过程的生长曲线、细胞表面疏水性曲线以及脂肪酶活力曲线,提出菌体-脂质复合物的形成过程及相关机制,并利用扫描电镜观察了菌体-脂质复合物的基本结构,证实所提出菌体-脂质复合物形成过程的可靠性。研究结果表明,菌体-脂质复合物的形成经历以下几个步骤:（1）菌体运移到油滴表面并吸附;（2）菌体在油滴表面聚集并使油滴稳定;（3）经菌体稳定的油滴相互粘附聚集形成菌体-脂质复合物。研究了温度、转速及生物活性对菌体-脂质复合物形成的影响,结果表明,此过程中过高的温度或过大的流体剪切力将使油滴更小,从而使所形成的菌体-脂质复合物含脂质量较低且结构较松散。Mycobacterium sp. QJ3011活细胞的化学趋向性运动能力可优化细胞在油水界面的分配状态从而加速菌体-脂质复合物的形成。经生物吸附从废水中回收的脂质可成功地作为碳源用于Bacillus subtilis FO211发酵产脂肽类生物表面活性剂sufactin的工艺过程中。在以菜籽粕为氮源时,最佳发酵条件为:培养基中回收脂质浓度0.8g/L,菜籽粕浓度1.2g/L,FeSO4浓度2.4mg/L,MnSO4的浓度0.09g/L,在30℃下发酵72h,生物表面活性1.32g/L。经TLC及IR分析证实,所获生物表面活性剂为sufactin。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 含油废水概述
• 1.1.1 含油废水的来源
• 1.1.2 含油废水的危害
• 1.1.3 含油废水的分类
• 1.1.4 食品工业含油废水
• 1.2 含油废水处理技术
• 1.2.1 浮油和分散油废水的处理
• 1.2.2 乳化油废水的处理
• 1.2.3 溶解油废水的处理
• 1.2.4 各种处理方法的比较
• 1.3 废水的资源化利用
• 1.3.1 水的资源化和再利用
• 1.3.2 废水中有效成分的资源化和回收
• 1.4 微生物摄取疏水性底物的模式
• 1.4.1 界面接触模式
• 1.4.2 表面活性剂介导模式
• 1.5 生物吸附剂及其利用
• 1.6 本文研究的主要内容及工作
• 1.6.1 食品工业含油废水资源化的意义
• 1.6.2 生物吸附是富集废水中脂质营养物的新思路
• 1.6.3 本论文的主要工作
• 第2章 生物吸附回收废水中的脂质
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料与试剂
• 2.1.2 主要仪器设备
• 2.1.3 分析方法
• 2.1.4 实验流程
• 2.1.5 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 菌种的初步鉴定
• 2.2.2 细菌对废水中脂质的吸附现象
• 2.2.3 废水的调质
• 2.2.4 初始细菌浓度对吸附的影响
• 2.2.5 培养时间对吸附的影响
• 2.2.6 吸附时间对吸附的影响
• 2.2.7 综合条件下的处理效果
• 2.2.8 乳化剂对吸附的影响
• 2.2.9 含油废水的有效处理范围
• 2.3 小结
• 第3章 废水中脂质的生物吸附过程
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料与试剂
• 3.1.2 主要仪器设备
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 细菌对脂质的吸附平衡曲线
• 3.2.2 温度对菌体-脂质复合物形成的影响
• 3.2.3 转速对菌体-脂质复合物形成的影响
• 3.2.4 生物活性对菌体-脂质复合物形成的影响
• 3.2.5 菌体-脂质复合物的形成过程
• 3.2.6 细菌及菌体-脂质复合物的结构
• 3.3 小结
• 第4章 生物吸附回收脂质的资源化利用
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料与试剂
• 4.1.2 主要仪器设备
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• -1 法测定脂肽含量'>4.2.1 CMC^-1法测定脂肽含量
• 4.2.2 最佳发酵时间的确定
• 4.2.3 培养条件的优化
• 4.2.4 发酵产物的验证
• 4.3 小结
• 第5章 总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 创新之处
• 5.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果