【正文】 混合染料廢水的藥害性大幅下降。 畢業(yè)論文 作 者： 王虎 學(xué) 號： 1004150130 院 系： 化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)： 生物工程 題 目： 碳纖維負載白腐真菌處理染料廢水的研究 指導(dǎo)者： 魏 群 副教授 評閱者 ： 20xx 年 6 月 吉 林 摘 要 I 摘 要 合成染料已被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域，如紡織，印染，印刷，皮革業(yè)。 以往相關(guān)課題鮮有研究經(jīng)白腐真菌處理后染料廢水對植物的藥害性，本實驗用處理后的廢水灌澆農(nóng)作物小麥和大米，與用限制性液體培養(yǎng)基灌澆作對比，比較倆種作物的發(fā)芽情況作為藥害性強弱的參考。 由于許多從紡織工業(yè)排出的染料是有毒的，致癌性 和誘變性的，合成染料排放到對環(huán)境可能帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害人體健康，因此，從排放到環(huán)境中的排放物除去這些染料是非常必要的和重要的。 染料廢水的處理技術(shù) 物理處理法 有機染料是一大類化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難以降解的化學(xué)品 ， 一般的物化處理法 ，即常規(guī)物理、化學(xué)方法 ， 常常達不到對含染料廢水進行有效脫色的目的 。染料廢水處理中 , 吸附法主要應(yīng)用于預(yù)處理和深度處理 , 活性炭和樹脂等是常用的吸附劑 , 但其缺點是成本高 , 需要再生。宋光蒲等 [ 6] 研究了陽離子交換纖維對陽離子染料的脫色作用 , 結(jié)果表明 , 陽離子 交換纖維只要制作得當(dāng) , 其吸附、脫色性能遠優(yōu)于一般活性炭。磁分離法不僅能直接處理給水和工業(yè)廢水中的各種細微的弱磁性、順磁性物質(zhì) , 而且還能分離出不具磁性的細菌、病毒、藻類、懸浮物、有機和無機化合物、油脂類和重金屬等 , 其應(yīng)用范圍非常廣泛。除混凝劑本身的特性決定了其沉降性能 , 環(huán)境因素包括溫度、 pH 和Eh 等也會促進或抑制其功能的發(fā)揮。 (5) 氧化法 氧化法也是含染料廢水處理常用的方法 , 目前主要有 ： 高溫深度氧化法、化學(xué)氧化法和光催化氧化法 [ 10] 。 Shaw 等采用厭氧好氧共代謝原理 ， 研制了一個分 6 步走的序列氧化 還原批反應(yīng)器 ， 用于處理偶氮染料 ， 結(jié)果表明 ,66% 的總有機碳被去除 , 脫色率達到 94%。研究表明 , 白腐真菌 ( Phanerochaete chrysosporium) 對一些染料 廢東北電力大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 水 , 如酞菁染料 Remazol 綠藍 G13 Everzol 綠藍和 Heligon 藍 S4 等有較好的生物吸附作用 , 并通過胞外酶 ( 如錳過氧化酶 ) 的代謝作用使染料得以脫色。白腐真菌降解作用是在 20 世紀(jì) 80 年代初首次由《 Science》報道， Tien 和 Glenn兩研究小組幾乎在同一時間發(fā)現(xiàn)了黃孢原毛平革菌的培養(yǎng)液中存在木質(zhì)素過氧化物酶，此后得到了科研工作者們的廣泛關(guān)注，他們對白腐真菌的生物學(xué)性能、降解機理、生理生化指標(biāo)及其在環(huán)境治理中應(yīng)用等方面進行了大量研究 [18]。實際應(yīng)用中，利用廉價的農(nóng)業(yè)廢物如玉米棒、鋸屑等可大量地培養(yǎng)白腐真菌。它們的主要規(guī)律及相關(guān)概念如下 : (1)降解啟動條件 白腐真菌的降解活動只發(fā)生在次生代謝階段，與降解過程有關(guān)的酶，只有當(dāng)一些主要營養(yǎng)物如氮、碳、硫限制時才形成。 (4)降解活動是細胞外進行的 細胞學(xué)定位表明 :降解發(fā)生在細胞外。 (2)動力學(xué)優(yōu)勢 細菌對化學(xué)物的降解多依賴酶促轉(zhuǎn)化，因此，降解遵循的是米氏動力學(xué)，所以用細菌進行生 物補救時必須考慮各種降解酶對污染物的 Km 值 (米氏常數(shù) )。真菌還能利用質(zhì)膜上的氧化還原系統(tǒng)，調(diào)節(jié)所處環(huán)境達到低 pH 值，所以一旦在微生物區(qū)系中導(dǎo)入白腐真菌后，那些與其有不同的最佳 pH 值的微生物就不能生長，白腐真菌因此保持著一種競爭上的優(yōu)勢。 (5)降解底物的非專一性 白腐真菌的非專一性降解機制，使其不僅能降解各種結(jié)構(gòu)不同的化學(xué)物，甚至連雜酚油、芳氯物這樣的污染物混合物也能一直降解至 COZ。 碳纖維負載白腐真菌 眾所周知 , 碳材料與微生物具有良好的相容性 ,粒狀活性炭作為生物膜載體已用于污水脫氮處理 , 但它存在易堵塞、易流失及造成二次污染等弊端。 課題的研究意義和內(nèi)容 課題 的研究意義 綜觀國內(nèi)外對于白腐真菌的研究成果不難看出，雖然這類研究肇始于上個世紀(jì) 80 年代早期，但初期的研究多偏重于降解機理方面，近年來，將這項技術(shù)應(yīng)用于工程實踐的研究漸多，然而距離真正的工程實際應(yīng)用，無疑還有相當(dāng)長東北電力大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 的路要走。 （ 3）分別用改性前和改性后的碳纖維負載白腐真菌處理含次甲基藍單一染料的模擬廢水。 7H2O g/L；瓊脂 g/L；維生素 B1微量。 實驗所用染料 次甲基藍 次甲基藍為 帶青銅光澤的發(fā)亮深綠色結(jié)晶或細小深褐色粉末，無氣味，在空氣中穩(wěn)定，易溶于水，熱乙醇及氯仿，不溶于醚和苯。有白色菌斑生成后，取該培養(yǎng)液 10 mL 進行富集培養(yǎng)，然后進行平板涂布培養(yǎng)，待到一天后，在平板上挑取白色絨形的菌種進行劃線分離，待出現(xiàn)白色菌絲后，繼續(xù)挑取單個菌落劃線，重復(fù)多次后，直至得到純的單菌株 [49]，菌落如圖 21： 圖 21A 白腐真菌菌落形態(tài) 圖 22B 顯微鏡下白腐真菌菌絲體 東北電力大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 白腐真菌的鑒定 鑒定方法 漆酶及木質(zhì)素過氧化物酶是白腐真菌的特征酶，尤其是漆酶。具體方法如下： 第 2 章 實驗材料與方法 21 (1) 碳纖維的預(yù)處理 將碳纖維預(yù)先用丙酮浸泡 3h后，經(jīng)真空泵抽滌，除去表面的油溶性物質(zhì)，再用去離子水沖 洗并浸泡、煮沸，每隔 1次共煮沸 3h,將碳纖維放入140 ℃烘箱烘 1h后取出，置于干燥器內(nèi)待用。 4 天后測量經(jīng)不同水樣處理過的小麥的根和 芽的長度。用脫色率來表示脫色效果，用以下公式計算： 脫色率 (%) = [(Ai? At)/Ai] 100(%)， 其中 Ai是廢水的初始吸光度， At 是廢水的隨著時間變化的吸光度。以 1:9 的比例將白腐真菌菌液接入 染料廢水中，然后在反應(yīng)器中加入 2g 已改性后的碳纖維， 在恒溫振蕩器中以 150 r/min， 30℃下培養(yǎng)。這一方面是由于經(jīng)包埋后，菌的活性和濃度大幅提高。好氧反硝化菌在廢水的CODcr 的處理方面具有明顯優(yōu)勢，且利用好氧反硝化菌處理染料廢水未見報道，因此本實驗嘗試?yán)霉潭ɑ醚醴聪趸诜磻?yīng)器中對混合染料廢水進行連續(xù)式處理，并比較了固定化白腐真菌和好氧反硝化菌在反應(yīng)器中對混合染料廢水的處理效果。 結(jié)果分析 圖 42 不同 固定化菌處理混合染料廢水 其中 ■：固定化好氧反硝化菌； ●：固定化白腐真菌； A： 混合 染料廢水的色度去除率； B：混合 染料廢水的 CODcr 去除率 由圖 42A 可見，固定化好氧反硝化菌和白腐真菌在反應(yīng)器中對混合染料廢水均有較好的處理效果，經(jīng)過 2 天，兩種菌對混合染料廢水的脫色率均達到 82%以上，好氧反硝化菌對廢水的色度去除率在第 9 天達到最高，為 %，隨后總體呈降低趨勢 , 在 13 天以后呈平穩(wěn)趨勢，直至第 30 天，其脫色率維持在 90%。 實驗方法 對 含有 甲基橙、剛果紅、次甲基藍和孔雀石綠的 模擬 混合染料 廢水真菌處理前后的藥害的 測定 如下 ： 根據(jù)文獻中記載的方法檢測小麥和水稻種子對原來的染料和它們的降解產(chǎn)物的相對敏感度 [22]，以此作為水樣藥害性強弱的參考。對白腐真菌的形態(tài)及生理生化指標(biāo)進行了鑒定，并利用不同方法對碳纖維表面進行化學(xué)改性。 （ 4）染料廢水對植物具有藥害性，可明顯阻礙植物的生長。從而得到以下結(jié)論： （ 1）由特定培養(yǎng)基從腐木中成功分離出白腐真菌并完成鑒定。 結(jié)果分析 小麥和水稻種子對 模擬混合染料廢水 和其脫色產(chǎn)物的相對敏感度如圖 51。 本章小結(jié) （ 1)碳纖維對白腐真菌有吸附效果但效果不明顯，經(jīng)改性后的碳纖維對碳纖維的吸附效果有所提高，利用聚乙烯醇 海藻酸鈉包埋法后很大的提高了菌的固定化效果。在 30 的水浴鍋中培養(yǎng)，每隔 24 h 測定吸光度值和 CODcr。碳纖維負載白腐真菌對染料的脫色效果明顯優(yōu)于游離白腐真菌直接處理。 聚乙烯醇 海藻酸鈉包埋法和碳纖維吸附法相結(jié)合處理次甲基藍單一染料廢水 將經(jīng)固定化處理后的碳纖維布小塊放入含有 100ml 次甲基藍染料廢水的反應(yīng)器中， 在恒溫振蕩器中以 150 r/min， 30℃下培養(yǎng) ， 通過測定培養(yǎng)物上清液在664nm 處的吸光度測定廢水的脫色效果。同上方法測定每天處理產(chǎn)品的脫色率。 本文分別采用聚乙烯醇 海藻酸鈉包埋法固定化白腐真菌和碳纖維布直接吸附白腐真菌處理染料廢水，研究和比較了不同方法下白腐真菌對單一染料和混合染料廢水色度的去除效果。 聚乙烯醇 海藻酸鈉包埋法固定化的微生物 9～ 10g 聚乙烯醇和 1g 加入到 100ml 的蒸餾水中，用沸水浴加熱使之溶解2h，并用玻璃棒不斷攪拌均用冷卻至室溫，加入 10ml 菌培養(yǎng)液，混合均勻后將混合液均勻涂抹在碳纖維網(wǎng)膜上，最后將網(wǎng)膜放入經(jīng)碳酸鈉溶液調(diào)節(jié) pH為 ～ 的含 2%的 Cacl2飽和硼酸溶液中在 4 冰箱中靜置 3h,使其凝膠化。 漆酶分析檢測方法： (1) 將待測菌株放置在含有α 萘酚 的 PDA 培養(yǎng)基培養(yǎng)3～ 5 天，當(dāng)菌落附近有明顯紫色圈時，說明此菌分泌了漆酶，記錄菌落從開始生長到變紫色時間。 英文名稱： China green， Light green N 分子式： C23H25CIN2 相對分子量： 最大吸收波長λ max： 620 nm 類別：三苯甲烷類染料 東北電力大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 甲基橙 甲基橙為橙紅色鱗狀晶體或粉末，呈堿性，微溶于水，較易溶于熱水，不溶于乙醇。 7H2O g/L；乙醇 g/L； pH 。第 2 章 實驗材料與方法 13 第 2 章 實驗材料及方法 材料、儀器及試劑 菌種 本 實驗所使用的白腐真菌 采用從柳樹腐朽枝干中自行分離的菌株 。 與游離細胞相比，固定化細胞具有細胞密度大，微生物流失少，產(chǎn)物易分離等優(yōu)點，可實現(xiàn)工作菌的重復(fù)利用。 本文主要研究了碳纖維吸附法白腐真菌對染料廢水的處理情況。由于大部分微生物系統(tǒng)都只能被用于水溶液中可溶性底物的處理，第 1 章 緒 論 11 而許多污染物又是不溶的 (如 DDT)，也不易被吸收到顆粒性的物質(zhì)上，這就限制了微生物對底物的攻擊。另外，有毒污染物也不必先進入細胞再代謝 。 (3)對其他微生物的拮抗 白腐真菌對營養(yǎng)物的要求不高，利用象木屑、木片、剩余谷物、農(nóng)業(yè)廢棄物等這樣廉價的營養(yǎng)源就可有效地培養(yǎng)。 (1)不需經(jīng)過特定污染物的預(yù)條件化 細菌必須預(yù)先置于一定有效濃度的污染物才能誘導(dǎo)合成所需的降解酶。需H20:的過氧化物酶 :木質(zhì)素過氧化物酶 (LIP)— 催化非酚類芳香族底物，錳過氧化物酶 (Mnp)— 催化酚類、胺類及染料等依賴 Mn 的氧化，均在細胞內(nèi)合成，分泌到細胞外，以 H2O2為最初氧化底物。但適當(dāng)?shù)臄嚢韬驼駝佑欣c物質(zhì)之間的傳遞，從而促進其脫色和降解效果。 目前， 已 研 究 的 白 腐 真 菌 有 : 黃 抱 原 毛 平 革 菌 (Phanerochaete chrysosporuim)、彩絨革蓋菌 (Coliolus versicolor)、變色栓菌 (Trametes tvesricoolr)、射脈菌 (Phlebia radiata)、鳳尾菇 (pleurotus pulmonarius)、朱紅密孔菌 (Pyoporus cinnabarinus)等 [19]其中研究得最多、也是最重要的是黃抱原毛平革菌及其所產(chǎn)生的木素過氧化物酶和錳過氧化物酶，該菌廣泛分布于北美各地，在我國尚未發(fā)現(xiàn)，包括其在內(nèi)的一些典型白腐菌及其來源見表 11。 Walker 等 采用細菌 ( 一種假單胞菌 Pseudomonasputida NCIMB 9776) 固定在粒狀活性炭( Filtrasorb400) 上處理含酸性染料的地毯印染廠廢水 , 其效果大大好于活性炭。微生物對染料的脫色、降解 , 過去大多集中在兼性厭氧菌如假單胞菌 ( Pseudomonas ) 、芽孢桿菌及光合細菌 [ 14] ， 近年來逐漸篩選到了一些新種 ,用篩選到的海洋藻青菌 ( Phormidium valderianum) 處理酸性紅 11直接黑 155, 有較好效果 , 去除率達到 90%。 第 1 章 緒 論 5 生物處理法 生物處理法分為好氧法和厭氧法?；炷ㄌ幚砣玖蠌U水的