【摘要】： 制漿造紙工業(yè)是我國(guó)水污染最嚴(yán)重的行業(yè)之一，其中草類堿法制漿工藝產(chǎn)生的黑液具有COD濃度高，堿性強(qiáng)，含鹽量大等特點(diǎn)，使得黑液的治理成為目前工業(yè)廢水處理中最難解決的問(wèn)題。本文從黑液塘底泥中分離出能夠降解黑液組分的嗜黑液菌，并研究了該類微生物的生物特性和黑液厭氧降解機(jī)理，同時(shí)設(shè)計(jì)出新的折流式厭氧反應(yīng)器，通過(guò)研究其動(dòng)力學(xué)特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)黑液厭氧生物降解過(guò)程。 本文主要的內(nèi)容和結(jié)論為： (1)以草漿廠的黑液貯存塘底泥作為菌種的來(lái)源，在相應(yīng)的培養(yǎng)基中進(jìn)行一定條件下的培養(yǎng)，通過(guò)多次微生物的純化分離后，得到純種微生物，再對(duì)該微生物進(jìn)行特征培養(yǎng)，從形態(tài)學(xué)和生理學(xué)的角度對(duì)其進(jìn)行了初步鑒定。結(jié)果表明，分離出的微生物不但能夠適應(yīng)制漿黑液這種強(qiáng)堿、強(qiáng)滲透壓、高濃度鹽含量的極端環(huán)境，而且生長(zhǎng)繁殖良好，因此，認(rèn)為該微生物可能是一種兼性厭氧的嗜堿性放線菌，并命名為嗜黑液菌，通過(guò)生物特性研究發(fā)現(xiàn)該微生物能夠較大量地降解黑液中的木質(zhì)素和聚糖類。 (2)利用培養(yǎng)的極端微生物對(duì)草漿黑液進(jìn)行生化降解，通過(guò)測(cè)定草漿黑液中的木質(zhì)素、聚糖含量、pH、COD等參數(shù)的變化分析了草漿黑液的生物降解機(jī)理。另外，研究了厭氧降解后木質(zhì)素的甲氧基、羰基、羧基和醌基等官能團(tuán)的變化，以及木質(zhì)素分子量的分布變化，核磁共振氫譜和元素組成分析。研究結(jié)果表明：制漿黑液在極端厭氧微生物的生化作用下，不但其中50％以上的聚糖類物質(zhì)能被極端微生物降解，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的木質(zhì)素也能被降解，總降解率最高可達(dá)到30％以上，研究發(fā)現(xiàn)，黑液在厭氧降解過(guò)程中，其木質(zhì)素結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一定的變化，主要表現(xiàn)為分子量大于4950的大分子木質(zhì)素發(fā)生碎片化反應(yīng)，生成可溶性小分子有機(jī)物。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的香豆?jié)M和松脂醇結(jié)構(gòu)的破壞，以及β-O-4和β-β鍵的斷裂都有可能發(fā)生。木質(zhì)素在厭氧降解過(guò)程中，還會(huì)發(fā)生脫甲基反應(yīng)，從而在微生物作用下，一方面發(fā)生β-醚鍵的氧化斷裂，另一方面通過(guò)無(wú)氧還原代謝作用，使木質(zhì)素逐漸降解為小分子的有機(jī)酸。 (3)設(shè)計(jì)了一種新型折流式反應(yīng)器，命名為中心流式折流厭氧反應(yīng)器CABR(Center Anaerobic Baffled Reactor)，針對(duì)制漿黑液難生物降解的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)上對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了強(qiáng)化，并獲得到了較好的效果：通過(guò)填加少量顆粒活性炭促進(jìn)污泥的顆�；瑫r(shí)采用污泥內(nèi)循環(huán)的方式，并增加最外層反應(yīng)室的體積來(lái)提高污泥停留時(shí)間，保證了生長(zhǎng)緩慢的厭氧微生物在反應(yīng)器中保持一定的數(shù)量；采用污泥內(nèi)循環(huán)攪拌和廢水的外循環(huán)攪拌，從而保證固液能夠充分混合接觸，提高了傳質(zhì)效率；采用折流式的方式，將反應(yīng)器隔成三個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)室，而且根據(jù)不同階段的微生物的世代時(shí)間，每個(gè)反應(yīng)室設(shè)計(jì)成不同的容積，這樣，使不同的微生物生活在相對(duì)獨(dú)立的空間，不會(huì)受到其它微生物和不良環(huán)境的影響。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，中層微生物降解基質(zhì)的能力較強(qiáng)，而且反應(yīng)速度較快，而內(nèi)層微生物的增長(zhǎng)速率快，消耗有機(jī)物的能力也較強(qiáng)。 (4)對(duì)反應(yīng)器的基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)和微生物增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了初步研究，得出相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探討了基質(zhì)降解和微生物增長(zhǎng)的影響因素。結(jié)果表明，污泥濃度的增加，有助于提高厭氧微生物對(duì)于黑液環(huán)境的適應(yīng)性，因此微生物的活性較高，COD去除率、糖類化合物去除率和產(chǎn)氣量隨著污泥濃度的增加而增加，pH下降得也較多；黑液初始COD濃度增加，一方面增加了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)微生物的供給，一方面其它毒性物質(zhì)也同時(shí)增加，因此，當(dāng)黑液初始COD濃度在較低范圍內(nèi)(小于2000mg／L)，COD去除率、糖去除率糖和產(chǎn)氣量逐漸增加，而當(dāng)黑液初始COD大于2000mg／L時(shí)，變化趨勢(shì)則相反；當(dāng)水力停留時(shí)間增加時(shí)，則黑液COD的去除率增加，同時(shí)由于污泥停留時(shí)間也相應(yīng)增加，微生物能充分厭氧降解黑液中有機(jī)物；增加回流比也是通過(guò)增加污泥在反應(yīng)器的停留時(shí)間，從而能夠保持反應(yīng)器中生長(zhǎng)足夠數(shù)量的厭氧微生物來(lái)降解有機(jī)物。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，本反應(yīng)器CABR對(duì)黑液COD的處理效率能達(dá)到60％左右。
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

2.3嗜黑液菌的形態(tài)特征不同的微生物在培養(yǎng)基上表現(xiàn)出的培養(yǎng)特征是用來(lái)鑒別微生物種類的最簡(jiǎn)便的方法之一。經(jīng)過(guò)對(duì)黑液中的微生物的分離和篩選，最終獲得嗜黑液菌，從圖2.3可以看出其菌落形態(tài)為:菌落表面粗糙干燥呈絨毛狀;邊緣呈圓形，較整齊;菌落縱剖面呈臍狀，周邊密而高，菌落中央則菌體分布較少，而且凹陷下去。在菌落四周未發(fā)現(xiàn)有水溶性色素的產(chǎn)生。圖 2.3極端嗜液菌在平板上的菌落形態(tài)

圖2.5400倍光學(xué)顯微鏡下分離的嗜黑液菌的抱子絲4和圖2.5是在光學(xué)顯微鏡下觀察到的微生物的菌體形態(tài)，液菌的顯微形態(tài)描述:菌絲體沿菌絲長(zhǎng)軸成垂直方向分裂，斷裂為T形或氣生菌絲，有抱子。基絲纖細(xì)，抱子有兩個(gè)以上著生在菌絲體的抱子梗上

00倍光學(xué)顯微鏡下分離的嗜黑液菌的抱子絲

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2779843