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糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)降解棉浆黑液木质素的研究

赵丽红  
【摘要】: 化纤厂棉浆黑液是一类较难处理的工业有机废水,含有大量木质素,具有高负荷、高碱性、高色度及难降解等特点,造成严重的环境污染。然而,有效处理方法相对匮乏。本论文应用以白腐真菌糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)为降解菌的鼓泡塔反应器(bubble-column reactor,BCR)处理碱木素及棉浆黑液,在非灭菌条件下对运行条件、降解动力学及降解产物进行较为系统的研究和分析;同时探讨了利用糙皮侧耳生物法与其他方法联合处理棉浆黑液的可行性,旨在为糙皮侧耳在废水处理领域的应用提供一定的理论依据与技术支持。 在非灭菌条件下将预培养的菌丝球B1、B2放入鼓泡塔反应器中,对碱木素进行分批及连续处理。在分批运行条件下,菌株B1的菌丝球状态好于菌株B2,碱木素脱色率及COD去除率也高于菌株B2,故选取菌株B1为研究菌株。在连续运行条件下,停留时间为3-4天,随着处理时间延长,菌株的降解能力有所降低,但去除率仍然较高,运行55 d后,碱木素脱色率为50%,COD去除率为76%,菌体生长符合动力学模型:C_x(t)=0.01e~(0.94t)/{1-0.0087[1-e~(0.94t)])。菌株B1对碱木素的降解存在底物抑制现象,抑制动力学方程为v=1.46/(1+36.7/S+S/308.30)。利用紫外-可见光谱、红外光谱、GC-MS等方法对碱木素降解产物的结构进行分析,结果表明,在菌株B1降解碱木素的过程中产生了大量的芳香醇类、酚类、芳香酸类等小分子化合物。木质素的降解主要为苯环之间连接键断裂,即C_α-C_β键断裂以及单体间β-O-4键的断裂。 通过研究菌株B1对不同碳、氮源的利用情况,确定其较佳碳源为葡萄糖,质量浓度10 g·L~(-1);氮源为酒石酸铵,质量浓度0.2 g·L~(-1)。在此基础上,将菌丝球B1投入反应器中,确定其运行条件为:曝气量0.24 m~3·m~(-2)·h~(-1),温度30℃,pH 6.0,菌龄7 d,稀释倍数0.2。在该运行条件下,漆酶酶活能够达到490 U·L~(-1)、脱色率为76%、COD去除率为80%。反应器运行48 d,共计4个循环,4个循环后菌株B1仍能有效处理棉浆黑液。菌株B1对基质降解动力学符合典型的底物抑制模型,其方程为V=0.594/(1+3865/S+S/17038)。 糙皮侧耳B1对棉浆黑液脱色性能优越,而且能够有效降解木质素等结构复杂的有机物,但对于COD去除效果不佳。为能在实际应用中充分发挥该菌的生理特点,采用以糙皮侧耳B1为降解菌的鼓泡塔反应器与活性污泥法联合处理棉浆黑液,初步摸索可行的处理工艺并确定相关参数。棉浆黑液经BCR预处理、活性污泥法后处理,废水COD去除率为94%-97%,出水COD低于国家污水三级排放标准。将糙皮侧耳B1投加到活性污泥中,逐渐增加进水负荷,COD去除率为55%-83%,明显好于活性污泥单独处理工艺。 采用糙皮侧耳生物法-Fenton法联合工艺对棉浆黑液进行处理,结果表明,在Fenton法处理过程中,废水初始pH 7.0,FeSO_4投加量80 mmol·L~(-1),H_2O_2投加量0.15mol·L~(-1),经40 min处理,黑液COD去除率达到98%,处理后黑液的COD值为45 mg·L~(-1),达到国家化纤废水一级排放标准(COD100 mg·L~(-1))。将超声作为预处理,采用超声-糙皮侧耳生物法联合工艺处理棉浆黑液,确定其工艺条件为:棉浆黑液稀释10倍,频率20 KHz,功率225 W,120 min。经过超声预处理,糙皮侧耳生物法处理棉浆黑液的效果有了明显提高,COD去除率提高约16%,实验表明超声作为棉浆黑液的预处理方法是可行的。


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