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随着化工行业的发展,大量有毒有害难降解有机物随工业废水的排放进入环境,这些物质能够在环境中长期存在、积累和扩散,通过食物链对动植物的生存及人类的健康造成不良影响。本文以苯酚、对氯硝基苯、氯苯和十六烷为模拟污染物,以前期研制的功能菌剂为对象,经过紫外线线诱变筛选出优于出发菌株的功能菌,对诱变后功能菌的理化性能进行了研究,对菌种进行了鉴定,在此基础上,就其相互之间的微生态关系进行研究,为混合发酵提供理论基础,并就其最佳发酵条件及发酵参数进行了研究,最后对发酵产品的性能进行了检测。目前,国内外有关功能菌剂的研究还存在多方面的不足,主要包括:①由于多菌种混合发酵过程较为复杂,各菌之间存在复杂的相互作用,影响因素较多,关于菌种之间的相互关系研究得很少,环境功能菌剂的发酵方法大多采用单独发酵后混合的方式。单独发酵对原材料、设备和能源的利用率较低,对于多菌种制剂发酵,在设备、能源和原材料的方面造成的浪费更大,将会大幅增加菌剂的生产成本,影响多菌种功能菌剂的发展;②功能菌剂生产过程的质量控制方面研究得较少;③功能菌剂产品的稳定性、抗冲击性能研究得较少,对环境微生物制剂的研究主要集中在菌种选育和培养条件优化方面。
通过本论文研究,得到以下主要结论。
(1)在紫外线诱变处理中,用紫外线对发生一定程度退化的出发菌株进行诱变处理后,六株具有高效降解性能的菌株被筛选出来,诱变筛选出的菌株形态和ERIC-PCR指纹图谱与出发菌株相比发生了明显改变:而且诱变后的菌株对目标难降解底物的降解能力均得到改善,其中,FPN、FCB、F14、FEm对目标底物的降解率提高了20%以上;诱变后菌株经过7次连续传代接种后,对目标难降解底物的降解率无显著变化,具有一定的遗传稳定性。并对诱变后的功能菌进行了初步的鉴定,这6株菌都分别是芽孢杆菌。
(2)对诱变后的功能菌相互之间的微生态关系进行了研究,通过抑菌实验、生长量以及基质消耗量的比较,确定它们之间的生长关系是无害共栖关系,可以进行混合发酵。
(3)对该功能菌剂进行发酵培养条件研究,结果表明发酵培养基的最佳成分(g/L):葡萄糖31.0g/L、玉米粉10.0g/L、磷酸氢二钾1.0g/L、硫酸铵1.1g/L、硫酸镁0.55g/L。通过研究不同的培养条件对菌体生长和降解性能的影响,确定了最佳培养条件:培养基初始pH7.5;最适温度32℃;培养基装液量125mL(250mL三角瓶),以及培养时间对降解性能的影响,培养20 h的产物对降解最为有利。通过研究添加不同目标污染物对菌体生长和降解性能的影响,确定了添加目标污染物的最佳量以及最佳时间:苯酚投加量:1.125g/L,对氯硝基苯投加量:0.1 g/L;最佳投加时间为发酵培养开始后4h。
(4)以摇瓶分批发酵最优条件为基础,对FPN、F10、FCB、FNa、F14和FEm进行了摇瓶分批发酵试验。以摇瓶分批发酵试验数据为依据,对功能菌剂分批发酵动力学进行了研究,建立了菌体生长和基质消耗的动力学模型,拟合模型能较好的反映功能菌剂分批发酵过程。
(5)功能菌剂和活性污泥协同作用,可以提高系统的生物降解能力,功能菌剂投加量为2%,新鲜活性污泥3500 mg/L,降解24 h条件下,功能菌剂和活性污泥的协同作用对COD的去除率和对照组相比,最多的提高了36.8%。功能菌剂和活性污泥协同作用以及活性污泥的单独作用,其生物降解过程均符合一级反应动力学过程,功能菌剂和活性污泥协同作用的生物降解动力学方程为:Inc=-0.232t+7.391,相关系数97%。采用SBR运行方式,引入功能菌剂的SBR系统明显能够改善和提高生物降解的效率。与仅有活性污泥的系统相比,系统对COD的平均去除率可以提高27.1%,同时,系统的耐负荷冲击以及耐毒害冲击的性能比仅有活性污泥的SBR系统强,特别是负荷冲击对引入功能菌剂的SBR系统影响很小。仅有活性污泥的SBR系统经过负荷冲击和毒害冲击之后,不能恢复到冲击之前的水平,而且系统有效作用时间的周期比引入功能菌剂的SBR系统相比大大缩短,而引入功能菌剂的SBR系统处理效果较为稳定,恢复能力很强。