酚降解细菌特性及强化处理煤化工废水酚化合物效能研究

摘要

在向循环经济和清洁新能源发展的进程中，新一代煤化工产业将扮演特殊重要的角色。煤化工废水中酚类化合物占COD的50％以上，由于这类有毒、抑制性、难降解污染物的存在导致国内外煤化工废水治理技术普遍存在出水效果不理想、系统稳定性差的情况。生物强化技术可以通过投加目标污染物去除菌提高这些有机物的去除保证系统的启动和稳定运行，酚类化合物是煤化工废水中典型的目标污染物，因此生物强化技术可以作为提高煤化工废处理效能的重要手段。本课题将筛选出的高效降酚细菌构建降酚菌剂，利用生物强化技术、微生物生理生态学、分子生物学、环境工程学等知识阐述了降酚细菌的筛选原则和潜在价值、降酚菌剂的构建目标和构建依据，并通过试验手段对降酚菌剂有效性和经济可行性进行了评价。小试和中试试验以优化降酚菌剂强化系统的设计参数和实现降酚菌剂工业化应用为目标，开展了降酚菌剂强化处理煤化工废水的应用研究。
　　基于对煤化工废水水质的分析确定典型酚类目标污染物苯酚、4-甲基苯酚、3,5-二甲基苯酚、间苯二酚，将能够分别以这四种酚类化合物为碳源进行生长这一条件作为筛选降酚细菌的依据，通过反复的筛选和驯化最终获得三株降酚细菌，16S rRNA基因序列同源性和系统发育树分析结果表明酚降解属于肠杆菌（Enterobacter）。
　　研究表明降酚细菌可以将酚类化合物转化为易降解的有机物，本研究以此作为构建降酚菌剂的目标和依据进行了一系列单因素试验和正交试验，试验结果表明在溶解氧≤1mg/L条件下可以将煤化工废水典型酚类化合物苯酚、4-甲基苯酚、3，5-甲基苯酚及间苯二酚转化为易降解化合物，三株降酚细菌比例为1∶1∶1时，温度30～35℃、pH7～7.5时具备最佳的降酚效能。经评价，所构建的降酚菌剂具备实际工程应用的可行性对合成煤化工废水进水酚的最高耐浓度为750mg/L;降酚菌剂在工程中的接种量仅以废水量的万分之一计，接种量较少、经济适用性好。小试试验结果表明，降酚菌剂可以快速有效的提高反应器的启动速度，PCR-DGGE分析结果表明降酚菌剂有效的改善了活性污泥的菌群结构和生物活性，经降酚菌剂强化后出水中难降解污染物比例和种类明显减少。本文参考以往大量的研究成果系统地阐述了降酚细菌的筛选原则、应用潜质、降酚菌剂的构建依据，以此为基础构建降酚菌剂，并通过一系列试验验证了降酚菌剂的有效性和经济可行性，同时确定了降酚菌剂生物强化系统的工艺类型以及工艺参数，为降酚菌剂生物强化技术推广于煤化工项目的应用提供了有力的指导和参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 废水处理技术成为制约煤化工产业的重要因素

1．2．1 煤化工废水水质特点

1．2．2 特征污染物酚类化合物的危害

1．2．3 煤化工废水生物处理法

1．3 酚降解细菌的研究现状

1．3．1 酚降解细菌的特性研究

1．3．2 酚降解细菌应用于各类反应器的效果

1．3．3 测定酚氧化酶活性分析降酚性能方面的研究

1．4 生物强化技术在工业废水处理方面的研究进展

1．5 课题研究的目的和意义

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题研究的目的和意义

1．6 课题研究内容

第2章 试验材料与方法

2．1 试验材料与装置

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验装置

2．2 试验方法

2．2．1 菌源的驯化及性能研究方法

2．2．2 酚降解细菌的筛选及生长特性研究方法

2．2．3 酚降解细菌生物膜反应器降酚性能试验

2．2．4 酚降解细菌生物膜反应器处理煤化工废水酚化合物的效能研究

2．2．5 酚降解细菌作为生物强化剂接种量和接种方式参数的优化实验

2．3 菌种16S rRNA基因序列测定

2．3．1 细菌基因组DNA的提取

2．3．2 目标片段的PCR扩增

2．3．3 PCR反应产物的变性梯度凝胶电泳分析

2．3．4 DGGE条带的回收测序

2．4 试验中各指标测定方法

2．4．1 煤化工废水水质测定

2．4．2 酚氧化酶活性测定

2．4．3 细菌菌悬液密度的测定

2．4．4 酚降解细菌挂膜形态扫描电镜观察实验

第3章 酚降解细菌的分离鉴定及特性研究

3．1 引言

3．2 筛选后菌源特征及降酚性能

3．2．1 筛选后菌源特征

3．2．2 筛选后菌源的降酚性能

3．3 酚降解细菌的分离纯化及形态特征

3．3．1 酚降解细菌的分离纯化

3．3．2 酚降解细菌的菌落特征

3．3．3 酚降解细菌的菌胶团形态

3．4 酚降解细菌的16S rRNA基因序列分析及分类鉴定

3．5 不同影响因子对酚降解细菌生长的影响

3．5．1 温度对酚降解细菌生长的影响

3．5．2 pH对酚降解细菌生长的影响

3．5．3 初始酚浓度对酚降解细菌生长的影响

3．6 不同影响因子对酚降解细菌降酚性能的影响

3．6．1 温度对酚降解细菌降酚性能的影响

3．6．2 pH对酚降解细菌降酚性能的影响

3．6．3 初始酚浓度对酚降解细菌降酚性能的影响

3．5 本章小结

第4章 酚降解细菌生物膜反应器的降酚效能研究

4．1 引言

4．2 酚降解细菌挂膜形态

4．3 酚化合物对酚降解细菌生物膜性能的影响

4．4 酚降解细菌生物膜反应器处理合成煤化工废水的降酚效能

4．4．1 进水酚浓度不同时反应器的降酚性能

4．4．2 HRT同时酚降解细菌生物膜反应器的降酚性能

4．4．3 进水酚浓度对酚降解细菌生物膜反应器降酚性畿恢复的影响

4．5 本章小结

第5章 酚降解细菌强化处理煤化工废水的效能研究

5．1 引言

5．2 接种酚降解细菌初期活性污泥颜色的变化

5．3 酚降解细菌接种量和接种方式的优化

5．3．1 酚降解细菌接种量对活性污泥降酚性能强化的影响

5．3．2 酚降解细菌接种方式对活性污泥降酚性能强化的影响

5．4 酚降解细菌强化处理煤化工废水的小试研究

5．4．1 启动阶段

5．4．2 稳定运行阶段

5．4．3 酚降解细菌强化系统微生物量及活性研究

5．4．5 酚降解细菌强化系统生物群落结构研究

5．5 本章小结

结论

参考文献

致谢