降解PVA混合菌系的环境影响因素及其降解机理的研究

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聚乙烯醇(PVA)具有良好的膜强度、粘附性、耐磨性、化学稳定性,被广泛应用于纺织、化工、造纸等多个领域。但其可生化性差,生物降解周期长,而全世界每年有大量的PVA废水产生,我国纺织业每年在经纱上浆过程中,在上浆剂中使用的PVA就有3万多吨,这就造成了严重的环境污染,极大的危害了我们的生态环境。在PVA废水的处理方法中,生物法因其处理效果好且无二次污染等优点得到了大家的广泛关注。因此,研究PVA的生物降解对于减轻环境污染,改善生态环境具有重要意义。本课题利用前期对取自西安市国棉三厂浆纱机底部水槽处的样品(黑色块状,黑样)进行处理,筛选出的一种能较好降解PVA的混合菌系,以及对该混合菌系分离纯化得到的七个单菌。通过摇瓶发酵,考察了种龄、接种量、装液量、温度、初始pH、渗透压和光照等环境因素对混合菌系降解PVA能力的影响。结果表明,种龄为2448h,接种量为4%6%,装液量为100mL时混合菌生长较好,降解PVA速率较快;混合菌系降解PVA的最适温度为25℃30℃,最佳pH=7.0;渗透压在NaCl浓度低于1g/L时不影响混合菌系降解能力;光照对混合菌系降解PVA的能力基本无影响。对混合菌系所产PVA降解酶的酶学性质及其酶催化反应动力学进行研究。结果表明,混合菌系所产PVA降解酶主要为胞外酶;在降解未完全时,该PVA降解酶酶活随着PVA降解效率的提高而降低,在降解完全后,趋于一定;随着PVA浓度的增大,该PVA降解酶酶活逐渐增大;该PVA降解酶的米氏常数Km=2.06×10-3mol/L,最大反应速率vmax=19.5单位/min。对混合菌系降解PVA的降解机理进行研究。结果表明,该混合菌系可以将发酵培养基中初始平均分子量为51260Da的PVA基本完全降解,且在降解过程中有羧酸和甲基酮类物质生成。从混合体系中分离出的7种单菌,均不能单独彻底降解PVA。混合菌系对PVA的降解是一个相互协同的作用,在降解初期,一些能够利用高聚合度PVA的厌氧菌或兼性厌氧菌先优势生长,将大分子量的PVA降解为稍小分子量的聚合物,随着培养体系中PVA平均聚合度的下降,能够利用较低聚合度PVA进行生长的好氧菌开始占据优势,进一步将较小分子量的PVA降解。将该混合菌系应用于模拟废水中,考察混菌对废水的处理效果。结果表明,在发酵培养基中添加染料后,混合菌系降解PVA不受影响,降解效率达99%左右,COD去除率达90%左右,但是混菌对于所添加染料的去除率很低,不到20%;在发酵培养基中添加淀粉会影响混合菌对于PVA的降解,降解效率下降至92.83%,COD去除率不到80%。上浆棉织物的退浆实验结果表明,PVA降解酶退浆效果最好,优于热碱退浆和热水退浆,退浆率达95.08%;PVA降解酶退浆可以在退浆过程中实现棉织物上PVA的初次降解,降低退浆液的COD,增大其可生化性;还可减少热耗和水耗,降低棉织物的损伤。
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