發(fā)布時間：2020-03-21 06:08

【摘要】：隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，有機(jī)工業(yè)合成廢水的排放量越來越大，已對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，威脅到人類生命健康。鄰硝基苯甲醛(o-nitrobenzaldehyde，ONBA)作為一種重要的有機(jī)精細(xì)化工中間體，廣泛用于醫(yī)藥、染料和有機(jī)合成，工業(yè)需求量十分大。但由于其生產(chǎn)過程伴隨著大量污染物質(zhì)的產(chǎn)生，發(fā)達(dá)國家已將其生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移到發(fā)展中國家(污染轉(zhuǎn)移)，這一點(diǎn)在我過東南部地區(qū)尤為明顯。為揭示其對環(huán)境的危害，為今后實(shí)施的中試乃至工業(yè)化規(guī)模相匹配的(同類)廢水的活性污泥法處理提供一定的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參考依據(jù)；并在研究實(shí)施生物強(qiáng)化可行性的同時，從活性污泥相的構(gòu)成變化、區(qū)系變化及優(yōu)勢種群微生物的分離和特性研究等方面著手，試圖探尋相關(guān)的評判依據(jù)、理化基礎(chǔ)和科學(xué)指引，我開展了本項(xiàng)研究。 本研究從鄰硝基苯甲醛工業(yè)廢水水質(zhì)特征、組份及ONBA的毒性調(diào)查入手，證實(shí)其具有高COD_(Cr)、高懸浮物含量、高鹽和著色(棕紅)等特點(diǎn)；水相部份含有2-乙基辛醇、ONBA、鄰硝基苯甲醇、鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二異辛酯等有機(jī)物，其中又以O(shè)NBA為主；經(jīng)急性毒性試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)其半致死劑量(LD_(50))分別為291.84mg／kg(經(jīng)灌胃給藥途徑)和172.98 mg／kg(經(jīng)腹腔注射給藥途徑)，依據(jù)急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)，將其毒性評定為中等毒性。 在對其危害和污染特征有所了解之后，在實(shí)驗(yàn)室條件下構(gòu)建起數(shù)套序批式反應(yīng)器(Sequencing batch reactor，SBR)，并分別以水力停留時間和污泥停留時間為變量研究了活性污泥量與COD_(Cr)及總氮去除率之間的關(guān)系。得到了能為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)的水處理模型——S_e=K_s(1+6·θc)／[θ_C(Y·K-b)-1]=996(1+0.197θc)／(0.73θ_c-1)和X=Y(S_0-S_e)·θ_C／θ_H(1+6·θ_C)=0.342(S_0-S_e)·θ_C／θ_H(1+0.197·θ_C)。在對處理前后反應(yīng)器中活性污泥變化的研究中發(fā)現(xiàn)：與接種污泥相比，馴化污泥在沉降性能方面有所提升。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，沉降性能的提升與污泥多聚物中蛋白質(zhì)／碳水化合物比值下降有關(guān)；活性污泥結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)化，絲狀菌比例有所下降；微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。分別運(yùn)用熒光原位雜交和變性梯度電泳(Denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE)技術(shù)揭示了活性污泥中微生物區(qū)系的變化情況。證實(shí)當(dāng)SBR系統(tǒng)取得預(yù)期處理效果后，活性污泥中的優(yōu)勢微生物種群為Beta和Alpha變形菌。而將基于原位分析和PCR擴(kuò)增分析的上述兩種方法用于同一區(qū)系變化的研究，其所得結(jié)果更具說服力和全面性。 為實(shí)現(xiàn)ONBA的特異降解，并為后續(xù)生物強(qiáng)化的實(shí)施提供種源，我以活性污泥為初始接種物進(jìn)行了降解菌的分離，得到多株具有ONBA降解能力的細(xì)菌菌株。經(jīng)比較分析后，選取其中一株編號為ONBA-17的菌株進(jìn)行后續(xù)研究．該菌株能在12 h內(nèi)降解100 mg／mL的ONBA，并具備一定的芳香化合物降解譜；菌體最適生長溫度為28℃；最適生長pH值為7.6；最適碳源為果糖，對果糖和甘露糖等簡單碳源的利用要好于二糖碳源(如乳糖和蔗糖)；最適氮源為酵母膏，單一組份氮源中氯化銨最易為菌體所利用；最適生長鹽濃度在3.5％附近，屬中度嗜鹽菌；能耐多種重金屬和抗生素。 在對其培養(yǎng)特征、生理生化特性、16S rDNA序列、G+C mol％含量及DNA-DNA雜交研究和分析之后，將該菌株鑒定為惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida)，命名為Pseudomonas putida ONBA-17。隨后，又對其粗酶提取物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)粗酶液最適作用溫度和酸堿環(huán)境分別為30℃和pH7.4．構(gòu)建了粗酶液反應(yīng)體系；研究了金屬離子、EDTA和表面活性劑對其活性的影響。結(jié)果表明，Li~+、Ni~(2+)和Co~(4+)對酶促反應(yīng)有較強(qiáng)抑制作用，而Ca~(2+)、Mg~(2+)和Mn~(2+)則起激活作用。以吐溫20、吐溫80和SDS為代表的表面活性劑對粗酶液存在很強(qiáng)的抑制作用。其中SDS能夠完全抑制其活性，，EDTA也抑制了約一半左右的酶活；證實(shí)負(fù)責(zé)ONBA降解的酶(系)屬胞內(nèi)酶。此外，還對其降解途徑和降解基因定位進(jìn)行了研究，初步判斷該降解基因存在于菌體染色體之上。 通過三親結(jié)合的方法，將外源gfp基因插入了P．putida ONBA-17的染色體中，并同過在固體和液體LB培養(yǎng)基中的連續(xù)傳代，證實(shí)了插入片段的穩(wěn)定性；在對SBR反應(yīng)器中的活性污泥施行生物強(qiáng)化后發(fā)現(xiàn)，實(shí)行生物強(qiáng)化處理(接種標(biāo)記菌株)能明顯縮短系統(tǒng)啟動期。但與對照相比，其在耐負(fù)荷沖擊和運(yùn)行穩(wěn)定性方面略遜一籌。意味著在未經(jīng)某一(或幾)種污染物污染的環(huán)境系統(tǒng)中，蘊(yùn)含有足夠的基因種類(或遺傳多樣性)以應(yīng)對類物質(zhì)，前提是給系統(tǒng)以足夠的適應(yīng)馴化期。 通過熒光和激光共聚焦(Confocal laser scanning microscopy，CLSM)顯微鏡觀測，監(jiān)測了標(biāo)記菌株在反應(yīng)器中的存活情況。再結(jié)合反應(yīng)器的運(yùn)行效果及標(biāo)記菌株的平板計(jì)數(shù)情況，認(rèn)為接種物環(huán)境適應(yīng)和系統(tǒng)保留能力、與土著微生物的競爭能力及抗原生動物捕食能力與接種物存留和生物強(qiáng)化效果密切相關(guān)。 為了研究施行生物強(qiáng)化對活性污泥中微生物區(qū)系造成的影響，并為后續(xù)優(yōu)勢菌群的分離提供一定的指導(dǎo)依據(jù)，我通過DGGE技術(shù)監(jiān)測了反應(yīng)裝置中細(xì)菌區(qū)系的演替情況。發(fā)現(xiàn)生物強(qiáng)化較處理環(huán)境對污泥中微生物區(qū)系的影響遠(yuǎn)小。不同處理的反應(yīng)器的DGGE圖譜僅在初始階段和末期有所區(qū)分，一部分α、β變形菌及未知菌(群)逐漸成為了運(yùn)行系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群。 通過直接平板涂布法獲得了4株差異明顯的細(xì)菌菌株，并對其進(jìn)行了鑒定和特性研究。結(jié)果表明，編號依次為R，S，W和M的菌株其分類地位分別歸屬Exiguobacterium sp．，Pseudomonas sp．，Bacillus cereus和P．a(chǎn)eruginosa；這4株菌與DGGE圖譜分析中的部分條帶的16S rRNA基因v3區(qū)序列同源；有著良好的聚凝能力和疏水性能。聚凝指數(shù)分別為79.5％，83.1％，90.0％和81.2％，遠(yuǎn)較50％的界定標(biāo)準(zhǔn)高；上述菌株與降解菌株ONBA-17之間無顯著ONBA降解能力、成膜能力及聚凝能力促增作用。但菌株R與ONBA-17和S之間有明顯的生長促增作用。通過后續(xù)主要碳源利用實(shí)驗(yàn)及培養(yǎng)液的GC-MS分析，發(fā)現(xiàn)混合培養(yǎng)較單菌培養(yǎng)在物質(zhì)代謝利用方面存在差異。 在本研究之前，國際上未見ONBA降解菌及其生物強(qiáng)化研究的相關(guān)報(bào)道，國內(nèi)也無此類廢水的相關(guān)處理模型。因而，本研究具備一定的創(chuàng)新性和理論價值，能為后續(xù)研究提供一定的研究基礎(chǔ)，起到拋磚引玉的作用。
【圖文】：

率; 克服了傳統(tǒng)氧化溝 占地面積大的問題 "2.1..2 3.6 導(dǎo)管式氛化溝該工藝是美國于 1980 年開發(fā)的一種高效節(jié)能系統(tǒng)"它以導(dǎo)管式曝氣器(Dar tf TUbeeA atr o,r D 八T ) 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)刷曝氣器 "根據(jù)曝氣區(qū)和沉淀區(qū)的關(guān)系可分為整體式和獨(dú)立式兩種 "整體式中氧化溝與沉淀池合建, 污泥 自動從沉淀池回流至氧化溝 , 不需要污泥回流泵 "獨(dú)立式中氧化溝與沉淀池分開建立而形成兩個獨(dú)立的單元 "2.1..2 4 序批式反應(yīng)器 (sqe uen inc g Btahc Recta o,r sBR ) 污水生物處理技術(shù)序批式活性污泥法早在 19 41 年 戶Jdem 和 LOcket發(fā)明活性污泥法時就采用 了這種處理系統(tǒng) "目前, 該工藝主要在美國 ! 澳大利亞和日本等國應(yīng)用, 主要用于生活污水及工業(yè)廢水的處理 (特別是處理含有機(jī)物的工業(yè)廢水)"總體來看, 我國 SBR 實(shí)際工程應(yīng)用水平與國際水平相比還有一定差距, 主要體現(xiàn)在新型曝氣器和濰水器的研究開發(fā)與應(yīng)用 ! 自動化水平! 工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和在線監(jiān)測等方面, 但隨著國內(nèi)相關(guān)行業(yè)的迅速進(jìn)步這一差距正在縮小 "該工藝將整個運(yùn)行周期分作 5 個階段, 即進(jìn)水 ! 反應(yīng) ! 沉淀 ! 出水和閑置, 屬于單池生物系統(tǒng) , 運(yùn)行流程見圖 1一3 "

鄰硝基苯甲醛高效降解菌株乃已側(cè)幻柳加s州 汕 ONBA .17 的分離! 生物學(xué)特性及廢水處理生物強(qiáng)化研究的將來統(tǒng)一規(guī)劃入工業(yè)園區(qū) (設(shè)污水處理廠), 因而其第二類污染物最高容許排放濃度應(yīng)準(zhǔn)照 5污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 6 ("B879 8一19 6) 中的三級排放標(biāo)準(zhǔn), l "通過 G G M S 聯(lián)機(jī)分析, 確定了水相中含有的部分有機(jī)物質(zhì)種類 "它們是 2一乙基辛醇(2一eht yl hxe ano l) ,ONB A ,尼古丁(-偽tine ), 鄰硝基苯甲醇(o 一-trobe ~ m ethnoa )l,鄰苯二甲酸二丁酷(ibd tu yl hP thalta )e 和鄰苯二甲酸二異辛酷但150山比尹Ph thalate) , 所對應(yīng)的出峰時間分別為4.19, 6.4, 6.71, 7.1, 9.71 (10.20) 和 12.89 .(見圖 1#2)"其中,id ub yt l pth aita "之所 以對應(yīng)兩個峰是因?yàn)檫@兩個峰的檢索分析表中 dibutylphth iata "均為最大可能性物質(zhì) "
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：X172

【參考文獻(xiàn)】

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1 張杰;曹相生;孟雪征;;水環(huán)境恢復(fù)原理及我國的工程實(shí)踐[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

2 許書軍,魏世強(qiáng),謝德體;非點(diǎn)源污染影響因素及區(qū)域差異[J];長江流域資源與環(huán)境;2004年04期

3 靳曉莉;高俊峰;趙廣舉;;太湖流域近20年社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水環(huán)境影響及發(fā)展趨勢[J];長江流域資源與環(huán)境;2006年03期

4 何江濤,鐘佐q

本文編號：2592899