高盐染料废水的生物降解及介体强化作用研究

论文摘要

本研究通过对驯化、筛选耐盐菌的基础生物学研究和氧化还原介体加速偶氮染料厌氧生物降解技术,来解决高含盐染料废水中高盐对传统生物处理系统抑制现象和偶氮染料厌氧生物降解耗时长的问题。 由3种不同来源的污泥进行耐盐驯化得到3种耐盐菌群,耐盐程度达到250g L-1NaCl,用其对高含盐染料K-2BP模拟废水的厌氧降解研究,具有高效的降解效果,同时进行了耐盐菌的降解广谱性实验,结果表明驯化耐盐菌群对所选取的13种不同结构的染料均有较高的降解效果,从而为常规生物法应用于高含盐废水的处理提供了实验基础和理论依据。 通过优势耐盐菌对偶氮染料K-2BP废水厌氧降解动力学实验,模拟得出高盐条件下,偶氮染料K-2BP和盐浓度对生物降解双重影响动力学模型。其抑制常数KIS和KT值分别为329.5±175.8 mg L-1和39.7±27.1 g L-1,说明耐盐菌受盐浓度和染料浓度的双重抑制。 针对偶氮染料厌氧生物降解耗时长的问题,进行了溴氨酸和固定化非水溶性蒽醌作为氧化还原介体对偶氮染料生物降解促进作用的研究,及4种固定化蒽醌技术的对比和溶解氧对降解过程的影响研究。结果表明溴氨酸和固定化蒽醌可提高偶氮染料生物厌氧降解速度率1.5-5倍,说明偶氮染料厌氧生物降解的氧化还原介体强化技术具备了理论上的可行性。 通过对4种结构相似偶氮染料的循环伏安特性测量及其生物厌氧降解速率实验,结果发现研究所选染料的生物降解速率分别为酸性黄-bis(Er-616.75 mV,0.01209 mol（g cell protein）-1（h）-1),酸性黄-11(Er-593.25 mV,0.01040 mol（g cellprotein）-1（h）-1),酸性黄-4(Er-513 mV,0.007575 mol（g cell protein）-1（h）-1),与各自循环伏安图中的还原峰电位间存在线性关系,Y=0.00004X-0.0116（R2=0.9424）,表明电化学方法有可能用于生物体系发生反应部分模拟和预测研究 通过氧化还原电位（ORP）的变化特征来研究降解过程,对比分析了15%（W/W）NaCl和15%（W/W）Na2SO4对氧化还原电位变化特征的影响;以及醌类化合物对染料降解和氧化还原电位变化特征的影响。结果推测和理论分析表明ORP下降到-93mV以下才可能发生偶氮染料厌氧降解,且降解过程中电位维持在较稳定区域（-200mV至-300mV）;不同盐类和醌类化合物（蒽醌和溴氨酸）对降解过程的氧化电位变化特征和降解有一定影响;而菌的浓度和染料浓度只对降解速度有影响,对ORP变化特征无影响。认为研究过程中ORP可作为偶氮染料生物厌氧降解过程中的一个重要控制参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 高盐染料废水的生物处理研究进展
• 1.1 高含盐废水的研究进展
• 1.1.1 高盐度废水的来源
• 1.1.2 盐对常规生化法的影响
• 1.1.3 含盐废水生物处理研究进展
• 1.2 耐盐微生物的分类、耐盐机理和在工业废水中应用
• 1.2.1 耐盐微生物的分类
• 1.2.2 耐盐微生物的生态与营养结构
• 1.3 微生物耐盐机理
• 1.3.1 “吸钾排钠"机理
• 1.3.2 调渗机理
• 1.3.3 膜、壁结构适应机理
• 1.3.4 酶适应机理
• 1.4 染料废水处理研究进展
• 1.4.1 染料简介
• 1.4.2 含盐染料废水的来源
• 1.4.3 染料废水处理研究进展
• 1.4.4 染料废水生物处理的研究进展
• 1.5 氧化还原介体对偶氮染料生物厌氧降解加速作用
• 1.5.1 生物体内氧化还原反应
• 1.5.2 偶氮染料的厌氧生物降解途径
• 1.5.3 常用的氧化还原介体及其作用机理
• 1.5.4 偶氮染料厌氧降解自催化作用
• 1.6 本论文的研究内容及意义
• 第二章 染料降解耐盐菌群的驯化和降解广谱性研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 菌种的来源
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 耐盐菌的好氧驯化
• 2.1.4 菌体标准曲线的测定
• 2.1.5 含盐模拟染料废水厌氧降解
• 2.1.6 染料标准曲线的测定
• 2.1.7 测定方法与染料降解分析
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 耐盐菌的驯化
• 2.2.2 菌体的浓度-干重标准曲线
• 2.2.3 驯化耐盐菌群对含盐模拟染料废水的降解
• 2.2.4 耐盐菌群在高盐条件下对染料降解机理初探
• 2.2.5 耐盐菌群的降解广谱性实验
• 2.3 本章小结
• 第三章 耐盐菌群对活性艳红K-2BP的降解动力学研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 菌种的特性和来源
• 3.1.2 培养基
• 3.1.3 含盐染料废水降解
• 3.1.4 测定方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 降解动力学
• 3.2.2 降解动力学模型
• 3.2.3 模型表征耐盐菌的有效性
• 3.3 本章小结
• 第四章 氧化还原介体对偶氮染料生物厌氧降解加速作用研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 菌种来源与耐盐驯化
• 4.1.2 培养基
• 4.1.3 蒽醌固定化方法
• 4.1.4 海藻酸钙包埋葸醌的形态观察
• 4.1.5 含盐染料废水降解
• 4.1.6 测定方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 溴氨酸对降解的影响
• 4.2.2 其他葸醌染料中间体对K-2BP降解的促进作用
• 4.2.3 蒽醌固定化技术的对比
• 4.2.4 溶解氧对葸醌固定化技术中偶氮染料降解的影响
• 4.2.5 固定化葸醌对偶氮染料生物降解的影响
• 4.2.6 固定化蒽醌对偶氮染料生物降解加速作用广谱性考察
• 4.2.7 固定化蒽醌的循环使用
• 4.2.8 氧化还原介体加速作用机理分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 偶氮染料循环伏安行为和生物厌氧降解相关性研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 菌种的来源
• 5.1.2 培养基
• 5.1.3 模拟染料废水降解
• 5.1.4 测定方法
• 5.1.5 循环伏安研究
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 4种偶氮染料的循环伏安特性
• 5.2.2 偶氮染料生物降解
• 5.2.3 氯取代基对降解速率的抑制作用
• 5.3 本章小结
• 第六章 偶氮染料厌氧还原过程中氧化还原电位的特征研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 菌种来源
• 6.1.2 培养基
• 6.1.3 染料废水降解
• 6.1.4 降解过程中ORP的测定
• 6.1.5 测定方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 染料降解过程中ORP变化特征
• 6.2.2 不同高浓度盐对ORP变化的影响
• 6.2.3 蒽醌和溴氨酸对ORP变化的影响
• 6.2.4 菌的浓度和染料浓度对ORP变化的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 耐盐偶氮染料降解菌株的分离及系统发育分析
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 菌种来源
• 7.1.2 化学试剂
• 7.1.3 培养基
• 7.1.4 网络资源
• 7.1.5 引物合成
• 7.1.6 实验仪器
• 7.1.7 实验方法
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 耐盐偶氮染料降解菌株的分离
• 7.2.2 菌株GTY和GTW的抗性实验结果
• 7.2.3 菌株GTY和GTW的形态及生理生化特性
• 7.2.4 菌株GTY和GTW的16S rDNA序列分析
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 本论文的创新之处
• 8.3 有待深入研究的内容
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文及研究成果情况
• 附录A符号表
• 附录B菌株GTY的16S rDNA测序图
• 附录C菌株GTW的16S rDNA测序图
• 附录D菌株GTY的16S rDNA序列登录GenBank
• 附录E菌株GTW的16S rDNA序列登录GenBank
• 附录F菌株GTY的菌种鉴定报告
• 附录G菌株GTW的菌种鉴定报告
• 附录H专利申请受理通知书
• 附录I专利申请受理通知书
• 附录J专利申请受理通知书
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书