乙醇驯化的硫酸盐还原菌处理高浓度含铬废水实验研究

摘要

铬化合物广泛应用于各个领域，在其生产过程中产生大量高浓度的含铬废水。考虑微生物具有处理效果好，操作简单且无二次污染等优点，本研究采用微生物法来处理含Cr(Ⅵ)的废水。本论文以高浓度含铬废水为研究对象，以培养驯化的降铬菌株为研究目标，对降铬菌株处理高浓度含铬废液进行试验研究。主要研究成果如下:
　　(1)用新型碳源乙醇对污泥进行富集培养，当菌株大量繁殖后要进行细菌耐铬能力的驯化。然后用稀释涂布—叠皿夹层培养法对选育出的菌株进行纯化和分离，将其命名为菌株CR-1。并进行细胞染色及生理生化实验，鉴定菌株CR-1的属于脱硫弧菌属。
　　(2)菌株CR-1处理含Cr(Ⅵ)废水的最佳实验条件:温度为30℃-40℃，pH为7，菌废比为1∶5，碳源为乙醇时细菌降铬效果最好。其他重金属离子对菌株处理含铬废水的抑制作用由强到弱依次是:Cd2+＞Zn2+＞Pb2+。SO42-浓度应控制在2000mg/L-3000mg/L。选取温度、pH、菌废比这三种细菌降铬的主要影响因素进行回归旋转实验，利用Levenberg-Marquardt及通用全局优化法求出最优解为:在温度为35℃，pH为7.1，菌废比为1∶4时，该菌株的降铬率理论值可达到99.9％。
　　(3)菌株CR-1处理Cr(Ⅵ)的机理研究结果可知，溶液中大部分Cr(Ⅵ)的去除是由于菌液中积累的H2S对Cr(Ⅵ)的还原，而剩余部分的去除则是依靠细菌的还原酶途径以及细菌在废液中生长还原SO42-而生成的少量H2S。而高效降铬细菌的胞外聚合物，不能吸附废水中的Cr(Ⅵ)。
　　(4)菌株CR-1的动力学实验，得到了细菌还原Cr(Ⅵ)的动力学方程。根据方程估算降铬菌株CR-1最大Cr(Ⅵ)的还原量为201.98mg/L，实际在24小时内的对Cr(Ⅵ)还原量为147.4mg/L，动力学方程的估算的最大还原量与实际的还原量相差54.58mg/L，说明菌株CR-1的降铬能力一般。
　　(5)菌株CR-1进行生物挂膜动态柱实验，设置了由沸石、石英砂和弹性纤维作为填料的生物挂膜动态柱及未挂膜的空白对照柱，结果表明反应过程中溶液的pH没有发生太大变化，三根挂膜动态柱对六价铬的去除率都达到92％以上，用弹性纤维作为填料的动态柱对Cr(Ⅵ)的处理效果要更好一些。石英砂和弹性纤维挂膜对总铬的去除几乎没有效果，而沸石作为挂膜滤料的动态柱对总铬的去除在第4天达到穿刺点，第15天达到饱和点。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状及进展

1．2．1 吸附法

1．2．2 还原法

1．2．3 电解法

1．2．4 膜分离法

1．2．5 离子交换法

1．2．6 生物法

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容及创新点

1．4．1 研究内容

1．4．2 创新点

1．4．3 技术路线

2 实验材料及测定方法

2．1 实验材料

2．1．1 样品来源

2．1．2 实验用培养基

2．1．3 主要试剂

2．1．4 实验器材

2．2 水质指标测定方法

2．2．1 六价铬的测定

2．2．2 总铬的测定

2．2．3 硫酸根的测定

3 降铬菌株的培养驯化及鉴定

3．1 降铬菌株的富集培养

3．2 降铬菌株的驯化

3．3 降铬菌株的纯化分离

3．4 降铬菌株生长曲线的测定

3．5 细菌染色及扫描电镜观察

3．5．1 单染色法

3．5．2 革兰氏染色

3．5．3 鞭毛染色

3．5．4 芽孢染色

3．5．5 扫描电镜观察

3．6 菌株的生理生化特性分析

3．6．1 糖发酵实验

3．6．2 伏-普二氏实验

3．6．3 甲基红实验

3．6．4 H2S产生试验

3．6．5 接触酶实验

3．6．6 柠檬酸盐实验

3．6．7 吲哚实验

3．6．8 氧化酶实验

3．6．9 明胶液化实验

3．7 菌株的综合鉴定

3．8 本章小结

4 菌株处理含Cr(Ⅵ)废水的条件优化及机理探究

4．1．1 pH值对Cr(Ⅵ)去除率的影响

4．1．2 温度对Cr(Ⅵ)去除率的影响

4．1．4 菌废比对Cr(Ⅵ)去除率的影响

4．1．5 碳源对Cr(Ⅵ)去除率的影响

4．1．6 其他重金属对菌株处理Cr(Ⅵ)的影响

4．1．7 硫酸根浓度对菌株处理Cr(Ⅵ)的影响

4．2 菌株处理含Cr(Ⅵ)废水的回归旋转实验

4．2．1 回归旋转实验设计

4．2．2 回归关系的显著性检验

4．2．3 回归旋转方程第二次方差分析

4．3 菌株降铬的机理分析

4．3．1 H2S途径的样品预处理

4．3．2 吸附途径的细菌胞外聚合物制备

4．3．3 细菌还原酶途径的细胞预处理

4．3．4 各途径对Cr(Ⅵ)的还原实验

4．4 菌株降铬的还原动力学研究

4．4．1 动力学模型的选择

4．4．2 细菌计数

4．4．3 动力学参数拟合

4．5 本章小结

5 菌株处理含Cr(Ⅵ)废水的动态实验研究

5．1 动态试验装置及运行条件

5．2 动态试验装置的启动方式

5．3 不同填料动态柱处理铬的效果对比

5．3．1 不同填料动态柱的pH值变化

5．3．2 不同填料动态柱对Cr(Ⅵ)的处理效果

5．3．3 不同填料动态柱对总铬的处理效果

5．4 本章小结

6 结论和建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

作者简历

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