嗜黑液菌的生物反應(yīng)特性及應(yīng)用研究.pdf

1、制漿造紙工業(yè)是我國水污染最嚴(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，通過研究其動(dòng)力學(xué)特性，來實(shí)現(xiàn)黑液厭氧生物降解過程。 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

2、源，在相應(yīng)的培養(yǎng)基中進(jìn)行一定條件下的培養(yǎng)，通過多次微生物的純化分離后，得到純種微生物，再對該微生物進(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

3、草漿黑液進(jìn)行生化降解，通過測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)，黑液在厭氧降解過程中，其木

4、質(zhì)素結(jié)構(gòu)會發(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)素在厭氧降解過程中，還會發(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，另一方面通過無氧還原代謝作用，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(Cen

5、terAnaerobic Bamed Reactor)，針對制漿黑液難生物降解的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)上對以下幾個(gè)方面進(jìn)行了強(qiáng)化，并獲得到了較好的效果：通過填加少量顆?；钚蕴看龠M(jìn)污泥的顆?；?，同時(shí)采用污泥內(nèi)循環(huán)的方式，并增加最外層反應(yīng)室的體積來提高污泥停留時(shí)間，保證了生長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

6、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獨(dú)立的空間，不會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)層微生物的增長速率快，消耗有機(jī)物的能力也較強(qiáng)。 (4) 對反應(yīng)器的基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)和微生物增長動(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)。并通過實(shí)驗(yàn)探討了基質(zhì)降解和微生物增長的影響因素。結(jié)果表明，污泥

7、濃度的增加，有助于提高厭氧微生物對于黑液環(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，一方面增加了營養(yǎng)物質(zhì)對微生物的供給，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)，變化趨勢則相反；當(dāng)水力停留時(shí)間增加時(shí)，則黑液