【摘要】：活性黑5(reactive black5, RB5)是廣泛應(yīng)用于紡織行業(yè)的雙偶氮染料,在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的廢水具有色度深、COD高、生物降解性能差的特點,對其廢水的脫色顯得很重要。此外,對氨基苯磺酸(sulfanilic acid, SA)是偶氮染料廢水脫色后普遍存在的一種芳香胺類化合物。由于其含有磺酸基和氨基使其水溶性高、毒性大和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,已引起了健康和環(huán)境問題,所以在排入環(huán)境之前必須進行去除。 本文利用從處理印染廢水的活性污泥中篩選得到高效降解菌GY-1,考察了其對RB5脫色動力學(xué)特性。同時,研究了活性污泥對SA的降解性能及氨氧化細菌(Ammonium oxidizing bacteria, AOB)在SA降解中的作用,探討了微生物燃料電池(microbial fuel cells,MFC)在處理含SA的酸性廢水中的應(yīng)用。本論文主要內(nèi)容如下： 1、從處理印染廢水的污泥中分離得到一株可使雙偶氮染料RB5很好脫色的菌株,初步鑒定該菌為腸桿菌并初步命名為GY-1；菌株GY-1的最佳生長條件為：蛋白胨為碳源、pH=10、溫度為30℃、接種量為5%、裝液量為50mL。 2、腸桿菌GY-1對RB5脫色反應(yīng)必須在厭氧條件下進行,最佳脫色條件為：溫度為35℃,pH值為6,接種量為8mL,裝液量為100mL。RB5脫色是由于菌株GY-1分泌的胞外誘導(dǎo)酶催化完成的。此外,菌株對其他19種染料脫色研究結(jié)果表明菌株GY-l具有廣泛應(yīng)用的可能性。 3、菌株GY-1對RB5的脫色是通過微生物共代謝機理實現(xiàn)的,葡萄糖、淀粉、蔗糖、果糖、半乳糖、草酸和檸檬酸均可以作為RB5脫色的共代謝底物,葡萄糖作為共基質(zhì)時,脫色效果較好,其最佳底物濃度為4g/L。有機氮(牛肉膏和蛋白胨)對RB5脫色具有促進作用而無機氮(硝酸鈉)對RB5脫色具有明顯的抑制作用。 4、不同金屬化合物對RB5脫色的影響不同：MnS04和MgS04可以促進菌株GY-1對RB5的脫色作用,而其它金屬化合物對RB5脫色的活性有不同程度的抑制作用,順序如下：Ag2SO4CoSO4Pb(NO3)2 HgSO4CuSO4FeCl3 ZnSO4CaSO4 5、考察了在不同因素(初始染料濃度、溫度、不同電子供體)下菌株GY-1對RB5的脫色動力學(xué)實驗,并研究了菌株對不同染料脫色的動力學(xué)。通過阿倫尼烏斯方程得到了染料濃度、溫度和菌體濃度之間的關(guān)系,1n(C1/C0)=1-n(Mk0)-Ea/RT,計算出RB5脫色反應(yīng)的活化能(Ea)為8.5kcal mol-1,指前因子(A0)為6.28×107mg1gMLSS-1h-1,并通過Michaelis-Menten方程和Eadie-Hofstee曲線得到米氏常數(shù)(Km)為24.06mg1-1,最大反應(yīng)速率(Vm)為1.05mg1-1·h-1。 6、運用在線DO監(jiān)測來分析系統(tǒng)中SA的好氧降解情況,通過定向馴化得到好氧降解SA的活性污泥,考察不同曝氣量(0-1.74L/min)、溶解氧濃度(0-7mg/L)和初始SA濃度(104-1085mg/L)對SA生物降解的影響。采用修訂的Haldane基質(zhì)抑制模型模擬氧氣消耗速率(Oxygen uptake rate, OUR)與初始SA濃度之間的關(guān)系。結(jié)果表明OUR與SA降解速率成正線性關(guān)系(R2≥0.91)。3.3mM SA完全降解后釋放出3.2mM SO42-且COD的去除率高達97.1%,表明活性污泥作用下的SA幾乎可以完全礦化。與單一菌種和混合菌種系統(tǒng)相比,降解SA的活性污泥中存在著氨氧化細菌(Ammonium-oxidizing bacteria, AOB),SA對AOB沒有明顯的抑制作用。 7、考察了不同濃度的銨離子(NH4+)對SA降解的作用,分析了在丙烯基硫脲(Allylthiourea, ATU)的作用下選擇性抑制污泥中的氨氧化細菌(Ammonium oxidizing bacteria, AOB)對SA降解及銨的氧化作用。結(jié)果表明,SA的比降解速率與起始銨離子的濃度呈負線性關(guān)系。在起始銨離子濃度很高的條件下(10mM)活性污泥中的AOB對SA的降解具有促進作用。 8、考察了連續(xù)進水低pH(pH=3)條件下MFC生物陰極系統(tǒng)對SA的降解作用,其結(jié)果表明MFC生物陰極系統(tǒng)對SA的降解具有促進作用。此外,研究了序批式條件下不同外阻時MFC生物陰極系統(tǒng)對SA降解的影響及不同曝氣量下SA在MFC生物陰極系統(tǒng)中的降解作用。結(jié)果表明在初始溶液pH為7左右時低外阻條件下(1Ω和0.5Ω2)SA的降解速率小于高外阻時(100Ω)SA的降解速率。 總之,本文選擇RB5和SA作為典型的偶氮染料及芳香胺類化合物為研究對象,從處理印染廢水污泥中分離出一株可以對RB5有效脫色的腸桿菌GY-1。系統(tǒng)研究了腸桿菌GY-1通過共代謝使RB5脫色,對其脫色特性及脫色動力學(xué)進行了深入的研究。此外,通過馴化得到有效降解SA的活性污泥,重點研究了氧氣對活性污泥降解SA的影響,通過實時監(jiān)測溶解氧濃度的變化來間接反映污水中SA的含量,研究了活性污泥中共生的氨氧化細菌在SA降解中的作用。此外探討了利用MFC生物陰極來促進酸性條件下SA的降解。本研究為腸桿菌在偶氮染料廢水處理中的應(yīng)用提供了理論依據(jù),并為傳統(tǒng)活性污泥法處理偶氮染料脫色中間體提供了新的依據(jù)和實驗基礎(chǔ)以及電化學(xué)法在酸性廢水處理中應(yīng)用奠定了理論和實驗基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X703

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 劉文磊;滑石負載P-TiO_2光催化劑的制備及性能研究[D];遼寧石油化工大學(xué);2013年

2 孫偉;雙室微生物燃料電池同步脫色直接大紅及產(chǎn)電性能研究[D];青島科技大學(xué);2013年

本文編號：2740026