固定化热带假丝酵母降解苯酚的实验与理论研究

摘要

苯酚是一种常见的工业污染物，广泛存在于石油、化工、化学等领域的工业废水中，未经处理的苯酚废水对人类的生存环境已经造成了严重的威胁。许多好氧微生物可利用苯酚作为生长的碳源，利用微生物处理苯酚废水是一种经济有效且无二次污染的方法。 本文的研究对象是从天津市煤气总公司活性污泥中筛选分离得到的一株高效苯酚降解菌，经中国农业科学院农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)鉴定为热带假丝酵母菌(Candida tropicalis)。 在该菌株的最适生长温度30℃，最适pH值6.0，以及充分溶氧条件下，进行了热带假丝酵母降解苯酚的本征动力学研究，通过实验数据拟合得到了该菌株的Haldane菌体生长动力学方程参数为：最大比生长速率μmax=0.480h-1，苯酚限制常数Ks=11.710mg/L，苯酚抑制常数K1=207.880mg/L；其相应的苯酚降解动力学参数为：生长相关系数A=0.823，非生长相关系数B=0.276h-1；然后进行了限制溶氧条件下热带假丝酵母降解苯酚的本征动力学研究，通过实验数据拟合得到了溶氧限制常数Ko=0.826mg/L。 进行了聚氨酯泡沫吸附固定化及海藻酸盐凝胶包埋固定化热带假丝酵母细胞降解苯酚的实验研究，并建立了相应的数学模型来模拟聚氨酯泡沫吸附固定化及海藻酸盐凝胶包埋固定化热带假丝酵母间歇降解苯酚的过程。通过比较模型模拟与实验测量的液相主体中苯酚浓度变化的情况验证了数学模型的有效性；此外，运用相应的数学模型对聚氨酯泡沫及海藻酸盐凝胶固定化载体内部苯酚浓度、菌体浓度及溶氧浓度等随时间的变化关系和沿固定化载体半径的分布规律进行了合理的预测。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2苯酚废水处理技术进展

1.2.1苯酚废水的来源

1.2.2苯酚废水处理方法

1.3菌体生长和苯酚降解动力学研究

1.3.1菌体生长

1.3.2菌体生长和苯酚降解动力学

1.4固定化细胞技术及其应用

1.4.1固定化细胞方法的选择

1.4.2固定化细胞载体的选择

1.4.3固定化细胞的优势和缺陷

1.4.4固定化细胞降解苯酚的研究

1.4.5固定化细胞降解苯酚过程的传质和模型化研究

1.5本文的主要工作

第二章实验材料和方法

2.1原料及试剂

2.2仪器设备

2.3培养基

2.3.1基础培养基

2.3.2选择培养基

2.4分析方法

2.4.1苯酚浓度的测定

2.4.2游离菌体浓度的测定

第三章本征动力学模型的建立及参数的求取

3.1引言

3.2热带假丝酵母的分离和鉴定

3.3动力学模型的建立

3.3.1动力学模型建立的前提条件

3.3.2充分溶氧条件下的苯酚降解动力学

3.3.3限制溶氧条件下的苯酚降解动力学

3.4本章小结

第四章吸附固定化热带假丝酵母降解苯酚的实验与理论研究

4.1引言

4.2实验内容

4.2.1载体预处理

4.2.2菌体活化

4.2.3菌体固定化

4.2.4固定化生物量的测定

4.2.5固定化条件优化

4.2.6固定化微生物性质考察

4.3实验结果与讨论

4.3.1固定化条件优化结果

4.3.2固定化微生物性质考察结果

4.4吸附固定化苯酚降解双层扩散-反应理论模型

4.4.1数学模型的建立

4.4.2本征动力学参数

4.4.3固定化颗粒内扩散系数的估算

4.4.4苯酚传质系数的估算

4.4.5模型求解

4.4.6吸附固定化间歇苯酚降解模型实验验证

4.4.7模型验证

4.4.8载体内部不同时刻苯酚浓度分布的预测

4.4.9载体内部不同时刻菌体浓度分布的预测

4.5本章小结

第五章包埋固定化热带假丝酵母降解苯酚的实验与理论研究

5.1引言

5.2实验内容

5.2.1种子液制备

5.2.2海藻酸盐凝胶固定化酵母细胞

5.2.3固定化凝胶小球性质的表征

5.2.4 pH值和温度对固定化热带假丝酵母降解苯酚的影响

5.3实验结果与讨论

5.3.1包埋固定化热带假丝酵母载体的微细结构

5.3.2 pH值和温度对固定化热带假丝酵母降解苯酚的影响

5.4固定化凝胶包埋间歇苯酚降解数学模型的建立

5.4.1模型建立的前提条件

5.4.2海藻酸盐凝胶包埋固定化热带假丝酵母间歇苯酚降解模型

5.4.3本征动力学参数

5.4.4溶氧消耗速率的计算

5.4.5凝胶内部苯酚及溶氧的有效扩散系数

5.4.6苯酚及溶氧液固传质系数的求取

5.4.7模型求解

5.4.8包埋固定化间歇苯酚降解模型实验验证

5.4.9模型模拟结果

5.5本章小结

第六章结论和展望

6.1结论

6.2创新点

6.3未来工作建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢