制药废水中典型污染物微生物强化降解效能研究

摘要

制药废水具有毒性物质多、可生化性不强、难降解等特点，对环境造成严重的危害。本研究选取制药废水中3-甲基吲哚和苯并噻唑这两种特征污染物作为研究对象，浓度分别为90mg/L和60mg/L。这两种特征污染物在废水中不仅含量高，毒害严重，更会降低污水处理效率，如何高效降解是处理制药废水的关键技术难点。常规生物法对污染物的去除效率不高，而高级氧化法、电辅助生物法成本较高。综合考虑，采用葡萄糖好氧共代谢的方式驯化高效降解特征污染物的菌群，并应用投加粉末活性炭工艺（PACT）强化微生物菌群以提高处理效率和抗负荷能力。
　　采用葡萄糖共代谢方法驯化出的3-甲基吲哚降解菌群可以完全降解3-甲基吲哚及其降解产物。在驯化末期，曝气3h后3-甲基吲哚完全降解；曝气4h，COD去除率为76.1%，TOC去除率达87%。驯化后的3-甲基吲哚降解菌群呈多样性分布且优势菌群突出，主要的优势菌属为 acidovorax(35.64%)、acinetobacter(5.26%)，文献表明它们可以降解难降解有机物，因此推测其也有降解3-甲基吲哚的能力。
　　驯化后的苯并噻唑降解菌群可以高效降解苯并噻唑，但对其代谢产物降解效率不高。故采用PACT工艺进行强化。实验确定PACT工艺参数为：最佳PAC投加量为60mg/L，水力停留时间7h。采用最佳PAC投加量强化后，苯并噻唑降解菌群对TOC、COD的去除效率均有大幅度提升，可以高效降解苯并噻唑代谢产物；菌群的生物活性增强，耗氧呼吸速率和EPS中的多糖、蛋白均有所提高。PACT工艺下的系统，在冲击负荷下运行状况良好，TOC去除率显著高于未投加PAC的污泥系统。实验表明投加PAC是保证污泥系统在冲击负荷下正常运行的必要措施。经过驯化和 PACT强化后，苯并噻唑降解菌群结构发生显著变化，优势菌属为Paludibacter（10.19%）、Zoogloea（8.44%）。
　　分析表明，PAC的投加与活性污泥形成协同效应：PAC吸附微生物和溶解氧，给微生物栖息和代谢提供了良好的场所，提高了生物量；PAC的吸附解吸作用降低了苯并噻唑对微生物的毒害，提高了微生物的活性；投加PAC改变了微生物生长的微环境，活性污泥包裹住 PAC，在其内部形成了相对厌氧环境，使得Paludibacter这种可降解杂环化合物的非好氧菌大量繁殖，形成了可高效降解苯并噻唑的菌群。
　　分析PACT促进苯并噻唑降解的机制，发现苯并噻唑的降解首先转化为2-羟基苯并噻唑(OBT)后，通过2条路径继续降解：一条路径是苯环的开环反应，另一条路径是杂环的开环反应。

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2制药废水处理技术研究现状

1.3苯并噻唑降解研究现状

1.4 3-甲基吲哚降解研究现状

1.5好氧共代谢研究现状

1.6 PACT降解工艺研究现状

1.7课题研究内容与技术路线

第2章 实验材料与方法

2.1实验装置

2.2实验材料

2.3分析项目及方法

2.4微生物群落结构和丰度分析

2.5 降解途径分析

第3章 高效降解特征污染物的菌群驯化

3.1引言

3.2反应器的启动

3.3 3-甲基吲哚降解菌群驯化研究

3.4苯并噻唑降解菌群驯化研究

3.5本章小结

第4章 PACT工艺降解苯并噻唑研究

4.1引言

4.2 PAC对特征污染物的静态吸附

4.3 PACT工艺参数的确定

4.4 PACT工艺处理效果分析

4.5降解苯并噻唑的污泥菌群结构分析

4.6本章小结

第5章 PACT工艺降解苯并噻唑的促进作用和降解途径分析

5.1引言

5.2 PACT工艺降解苯并噻唑的促进作用分析

5.3苯并噻唑好氧降解途径分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢