三聚甲醛降解菌的筛选鉴定及其对聚甲醛废水的生物强化研究

发布时间：2020-07-26 10:58

【摘要】：聚甲醛(Polyoxymethylene,简称POM)一种综合性能优异的热塑性工程塑料,广泛应用于汽车、医疗器械、农业机械和军工等行业,而其生产产生的聚甲醛废水含大量甲醛、三聚甲醛(s-Trioxane,简称TOX)等有毒物质,是典型的高致癌,致畸、难降解有机工业废水,对环境危害极大。针对聚甲醛废水的处理常用的工艺有Fenton法、石灰预处理法、铁碳微电解法、和电絮凝等,而生物法由于工艺成熟、处理效果较好、运行费用低、运营管理方便使其备受青睐。但甲醛、TOX等对微生物的抑制作用,增加了生物法处理聚甲醛废水的难度。投加对目标污染物如甲醛、TOX有代谢作用的菌群的生物强化法,使通过生物法实现聚甲醛废水的有效处理可行。从某煤化工企业聚甲醛污水厂调节池底泥中分离出一株能以TOX为单一碳源微生物Q1,通过形态学和分子生物学鉴定,确定其为甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)。对B.methylotrophicus的TOX降解特性研究表明,维持摇床转速为180r/min,该菌株降解TOX最适p H为7,最适温度为30℃;在考察NaCl对B.methylotrophicus代谢TOX的影响中,当NaCl浓度为1%~3%时,菌株TOX降解率在64.8%以上,当NaCl浓度提升至4%和5%时,降解率骤降至32.7%和7.1%,对TOX的代谢受明显抑制;B.methylotrophicus对不同浓度TOX的降解实验发现,TOX浓度为100~400mg/L时,24h内菌株便可对其实现快速降解,且降解率均在92.7%以上,但随着底物浓度的逐步提高,降解率骤降,当浓度提升至1600mg/L时,菌株64h内对其降解率趋近于0,表明此时已达到B.methylotrophicus的耐受上限。利用B.methylotrophicus与甲醛代谢复合菌Js复配对聚甲醛废水降解研究发现,B.methylotrophicus与Js按2:1为最优复配组合,记为FB,该组各项综合指标效果较其他组合更优,且COD去除率最高。可用于后续生物强化中试实验研究。利用复合菌剂FB对某聚甲醛污水厂好氧段进行中试模拟生物强化研究。当进水甲醛、TOX、COD浓度分别为170~250mg/L、140~240mg/L、1000~1600mg/L时,系统最终出水甲醛、TOX、COD浓度分别低于4mg/L、10mg/L、120mg/L,降解率分别达97.8%、94.2%、92.6%以上,相比同期污水厂除对甲醛的去除效果相差不大外,其TOX和COD去除能力分别提高了9和4倍以上,且面对负荷冲击时,强化系统表现出了更优越的稳定性。采用PCR-TGGE技术对活性污泥群落结构进行研究表明,原活性污泥中并未存在菌株B.methylotrophicus,经强化后B.methylotrophicus稳定根殖于系统中并始终成为优势菌,从而使系统获得了良好的TOX降解能力,即使受负荷冲击其去除TOX所需的主导地位仍未受影响。同时B.methylotrophicus与多株优势菌如变形杆菌属(Proteobacterium sp.)、恶臭假单胞菌(Pseudomonsa putida)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas sp.)等存在着协同或拮抗关系,结合Shannon-wiener指数变化表明B.methylotrophicus在维持该系统微生物群落结构和多样性的稳定处于核心地位,从而使系统维持着对聚甲醛废水中甲醛、TOX、COD的高效去除能力。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172;X783.2
【图文】：

形态图,菌株,菌落形态,光学显微镜

重庆大学硕士学位论文 2 TOX 降解菌的分离2.2 结果与讨论2.2.1 TOX 降解菌的分离经底泥不断扩培，驯化筛选，最终于 TOX 为单一碳源的固体无机盐培养得到一株长势良好，能以 TOX 作为单一碳源的菌株，记为 Q1；将所得菌株划线纯化并于-20℃甘油管保种以用于展开后续实验研究2.2.2 菌株鉴定①形态学鉴定将所得纯菌株 Q1 于 LB 固体培养基上划线得到单菌落（图 2.1A）。由图可该菌株菌落为乳白色，圆形，整体呈扁平状，边缘齐整光滑，中间干燥凹陷火山口状；10×100 倍显微镜下时，可观察到菌株 Q1 呈短杆状（图 2.1B），初步判断其为杆菌。

照片,革兰氏染色,菌株,照片

图 2.2 菌株 Q1 革兰氏染色照片 10×100 倍Fig. 2.2 Gram staining of Q1鉴定行 16S rDNA 的基因鉴定，结果表明：菌株同源性达到了 98%以上，其中甲基营养型芽步鉴定 Q1 为甲基营养型芽孢杆菌，英该菌株测序结果如下：AGCGGACAGATGGGAGCTTGCTCCCTGACACGTGGGTAACCTGCCTGTAAGACTGGATACCGGATGGTTGTTTGAACCGCATGGCTACCACTTACAGATGGACCCGCGGCGCCTCACCAAGGCGACGATGCGTAGCCGAGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACCCGCAATGGACGAAAGTCTGACGGAGCA

工艺流程图,聚甲醛,污水厂,工艺流程图

图 4.1 聚甲醛污水厂工艺流程图Fig. 4.1 Process of POM wastewater treatment plant该污水厂目前厌氧段运行状况良好，原水 COD 为 5000~6000mg/L，甲醛300~500mg/L，TOX300~350mg/L；经厌氧段工艺处理，其 COD、甲醛和 TOX 去除率均可达 65%以上，厌氧段出水 COD、甲醛、TOX 分别为 1500~2000mg/L、120~160mg/L、110~140mg/L，但经好氧段工艺处理，其出水 COD、甲醛、TOX分别高达 800~1200mg/L、30~50mg/L、100~120mg/L，COD 去除率极低，且 TOX几乎不降解；与此同时系统好氧段常伴有污泥膨胀现象出现，沉降性差，且污泥流失严重，导致污泥浓度较低（2500mg/L 左右），目前 SV30仅为 5%，污泥活性极差。因此此次中试装置模拟该污水厂好氧段（如图 4.1），设计并建立中试连续流三级好氧反应器，并以复合菌剂外投进行生物强化，以期实现模拟好氧段活性污泥生物相恢复，为后续现场扩大化生物强化工程实践提供依据。②反应器的设计此次中试模拟采用钢筋混凝土罐作为连续流反应器，其简图如 4.2，其中各反

【参考文献】