适用于处理造纸中段废水的微生物絮凝剂的制备及应用研究

论文摘要

开发安全无毒、高效、无二次污染的新型絮凝剂,对人类的健康、水处理工艺的改进以及环境保护都有重要的现实意义。近年来随着生物技术的发展,微生物絮凝剂应运而生,由于其具有的优点今后在水处理、食品、制药等行业有逐步代替传统絮凝剂的趋势。本论文从土壤中筛选出一株细菌,从活性污泥中筛选出一株霉菌。对细菌进行形态学特征、生理生化实验反应以及16S rDNA序列相似性比较得出细菌为荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）（基因库登陆号AM259177）,通过菌落观察、微生物染色等实验对霉菌进行鉴定得出霉菌为黑曲霉（Aspergillus niger）,并采用超低温冷冻法对菌种进行保藏。以高岭土悬浊液作为絮凝对象,对两株絮凝剂产生菌进行培养条件优化,细菌的最佳产絮凝剂的条件为:（1）最佳接种量:在牛肉膏蛋白胨中培养12h的种子培养基接种1mL到50mL的通用发酵培养基中,接种量为1/50;（2）最佳的营养条件:碳源是葡萄糖,氮源是酵母膏,用量分别为20g/L和0.5g/L。（3）最佳的培养条件:培养基的初始pH值4.0;培养温度30℃;摇床转速160～200rpm;培养时间48h。霉菌的最佳产絮凝剂的条件为:（1）最佳的接种量:每升培养基接种9.33×108个孢子;（2）最佳的营养条件:碳源是蔗糖,氮源是尿素,用量分别为30g/L和1.06g/L。（3）最佳培养条件:培养基的最佳初始pH值为6.0～7.0,温度30℃,摇床转速为180～200rpm,培养时间为120h。经过培养条件优化荧光假单胞菌和黑曲霉的培养液对高岭土的絮凝活性分别可以达到98.8%和93.5%。设计方案对微生物絮凝剂进行提取纯化,得到了两种絮凝剂的纯品,分别命名为PF-2和AN-2。采用紫外光谱仪,红外光谱仪和苯酚硫酸法对絮凝剂进行了成分分析和多糖含量的测定,结果证明絮凝剂的成分大部分为多糖,并以细菌产生的絮凝剂为例对絮凝机理进行了研究,得出絮凝机理为吸附架桥作用。此外,还通过实验考察了微生物絮凝剂对造纸中段废水的处理效果。使用PF-2处理造纸中段废水时,在最佳的处理条件下,即:废水的pH值9.0～10.0;PF-2的投加量为30mL/L;质量浓度为1%的AlCl3溶液作为助凝剂,且投加量为60mL/L;最佳的絮凝时间为60min,此时废水的COD去除率能达到80.0%,浊度的去除率达到92.0%左右。使用AN-2处理造纸中段废水的最佳实验条件为:pH值9.0～10.0;培养液的投加量为40mL/L;质量浓度为1%的CaCl2溶液作为助凝剂,投加量为40mL/L时助凝效果最佳;絮凝时间为60min,此时造纸中段废水的COD去除率可达到71.5%,浊度的去除率达到85.4%。实验证明微生物絮凝剂在造纸中段废水的处理中有着良好的应用和开发前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国水资源现状
• 1.2 絮凝技术简述
• 1.2.1 絮凝技术
• 1.2.2 絮凝剂的分类
• 1.3 微生物絮凝剂的发展概况
• 1.4 微生物絮凝剂的特点
• 1.5 微生物絮凝剂的研究内容
• 1.5.1 微生物絮凝剂产生菌
• 1.5.2 微生物絮凝剂的种类
• 1.5.3 微生物絮凝剂的产生及其影响因素
• 1.5.4 微生物絮凝剂的提取纯化
• 1.5.5 微生物絮凝剂的成分分析
• 1.5.6 微生物絮凝剂的絮凝机理
• 1.6 微生物絮凝剂的应用
• 1.6.1 在水处理中的应用
• 1.6.2 废水脱色与除生化、化学需氧量
• 1.6.3 物质分离提纯
• 1.6.4 重金属离子分离与选矿
• 1.7 微生物絮凝剂的最新进展
• 1.7.1 降低培养成本
• 1.7.2 生物絮凝剂的遗传学研究
• 1.7.3 复合型生物絮凝剂
• 1.7.4 微生物絮凝剂与其他絮凝剂复配使用
• 1.8 本课题的研究目的、内容和意义
• 1.8.1 研究目的
• 1.8.2 研究内容
• 1.8.3 研究意义
• 第二章 微生物絮凝剂产生菌的筛选及鉴定
• 2.1 实验材料、设备
• 2.1.1 菌种来源
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 培养基种类
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 培养基的制备
• 2.2.2 微生物的培养和纯化
• 2.2.3 絮凝剂样品的制备及絮凝活性的测定
• 2.2.4 菌种鉴定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 筛选结果
• 2.3.2 微生物絮凝剂产生菌的鉴定结果
• 2.2.3 菌种保藏
• 2.4 本章小节
• 第三章 产絮凝剂菌种的培养条件优化
• 3.1 实验材料、设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 最佳接种量的确定
• 3.2.2 碳源和氮源
• 3.2.3 pH值、培养温度、摇床转速
• 3.2.4 产絮凝剂周期的确定
• 3.3 细菌的培养条件优化结果
• 3.3.1 接种量对絮凝性能的影响
• 3.3.2 碳源的影响
• 3.3.3 氮源的影响
• 3.3.4 培养基初始pH值的影响
• 3.3.5 培养温度的影响
• 3.3.6 摇床转速的影响
• 3.3.7 培养时间的影响
• 3.4 霉菌培养条件优化结果
• 3.4.1 接种量絮凝性能的影响
• 3.4.2 碳源的影响
• 3.4.3 氮源的影响
• 3.4.4 pH值，温度，摇床转速正交实验结果
• 3.4.5 培养时间的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 微生物絮凝剂对高岭土絮凝性能的研究
• 4.1 高岭土悬浊液作为模拟废水的可行性研究
• 4.1.1 高岭土简介
• 4.1.2 高岭土的晶体结构与表面电性
• 4.1.3 高岭土样品的颗粒分布
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 高岭土悬浊液pH值对絮凝活性的影响
• 4.2.2 培养液投加量对絮凝活性的影响
• 4.2.3 金属离子种类对絮凝活性的影响
• 4.2.4 金属离子投加量对絮凝活性的影响
• 4.2.5 絮凝体系温度对絮凝活性的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 微生物絮凝剂的提取、成分分析及絮凝机理研究
• 5.1 实验药品及仪器
• 5.1.1 实验药品
• 5.1.2 实验仪器
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 提取纯化方法
• 5.2.2 紫外光谱扫描
• 5.2.3 红外光谱扫描
• 5.2.4 呈色反应
• 5.2.5 含量测定
• 5.2.6 Zeta电位的测定
• 5.2.7 絮凝剂与高岭土颗粒之间结合键检测
• 5.2.8 高岭土形态测定
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 提取纯化结果
• 5.3.2 紫外光谱及其分析
• 5.3.3 红外光谱及其分析
• 5.3.4 呈色反应结果
• 5.3.5 微生物絮凝剂各成分含量的测定结果
• 5.3.6 Zeta电位测定结果
• 5.3.7 氢键和离子键检测结果
• 5.3.8 高岭土颗粒形态结构的扫描电镜分析
• 5.3.9 微生物絮凝剂的絮凝机理探讨
• 5.4 本章小节
• 第六章 微生物絮凝剂处理造纸中段废水的实验研究
• 6.1 实验药品和仪器
• 6.1.1 实验药品
• 6.1.2 实验仪器
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 实际废水净化效果判据
• 6.2.2 废水实验方法
• 6.3 实验结果
• 6.3.1 造纸中段废水的水质
• 6.3.2 pH值对絮凝效果的影响
• 6.3.3 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响
• 6.3.4 金属离子种类对絮凝效果的影响
• 6.3.5 金属离子投加量对絮凝效果的影响
• 6.3.6 絮凝时间对絮凝效果的影响
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论、创新点与建议
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 建议
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的论文