麦草原料生物预处理与酚类化合物生物降解动力学研究

发布时间：2020-10-29 10:01

　　 本文对造纸行业中具有较好应用前景的真菌门担子菌纲的白腐菌代表性菌株黄孢原毛平革菌("Phanerochaete chrysosprium"以下简称"P.chrysosprium")在麦草原料预处理中的应用以及废水生物处理等内容进行了较为系统的研究。课题涉及生物工程、制浆造纸工程以及环境化学与计算机技术应用等多学科内容，其成果对于利用生物技术处理纤维原料，减少制浆化学品消耗以及漂白废水污染控制工作具有重要的指导意义。 利用P. chrysosprium处理麦草原料，采用正交回归实验设计方法确定碳源(葡萄糖)、氮源(硝酸铵)、硫酸锰等对生物处理效果具有显著影响的因素水平最优化条件分别为(g/L)：27.22、0.06、0.20，作为麦草化学制浆预处理时间以6-12天为宜。根据最优化条件进行了碱法浆蒸煮试验，对比研究了生物预处理对麦草制浆的影响。结果表明：在用碱量8％--14％范围内，经过经过5天生物预处理的原料与未经处理的原料相比，在相同卡伯值和成纸强度条件下，用碱量降低2％。红外谱图分析结果显示，麦草木素生物降解是生物酶催化作用下的氧化反应，其结果C_α发生氧化、β-0-4键氧化裂解，导致木素大分子断裂溶出。 利用P. chrysosprium处理E段漂白废水(COD为389lmg/L)5天时COD去除率为71.8％、脱色率为65％。论文对密闭式分光光度法测定漂白废水COD方法进行了研究，确定最佳测定波长为430nm。t检验结果表明，该方法与标准COD_(cr)测定结果高度显著相关。实际应用中，该方法测定成本低，特别适宜批量试样同时测定，有利于消除系统误差。 对生物处理前后E段废水GC-MS检测结果证明，白腐菌P.chrysosprium处理漂白废水不产生二次污染；造成E段废水色度 的主要污染物为各种长碳链烷烃、烯烃以及苯基酯类、醇类化合 物，在菌体对数生长阶段可大量去除。 利用 olterra模型建立了 P Chwompum处理2，4一二氯酚模 拟废水动力学方程。通过动力学分析定量探讨了有毒化合物作用 下的菌体生长与底物降解关系。试验结果证实Volterra模型较好地 反映了有毒化合物对生物降解过程的抑制作用，较为精确地描述 了降解体系中菌体生长过程。动力学方程模拟结果与试验数据经 Pearson检验高度显著相关。动力学研究表明氯代酚的批次处理试 验中，生物吸附作用显著影响底物去除反应历程，这一特性在反 应器设计及氯代酚类有毒污染物生物降解机理研究中应给予重 视。在试验条件下使用P Chlysosporium处理2，4一二氯酚120h， 去除率＞99％。 在本文的最后部分，利用分子连接性指数（MCI）描述酚类化 合物结构，建立了人工神经网络（Artificial Neural Net，ANN） 模型预测酚类化合物可生物降解性能。使用BP算法对试验任选的 两组化合物的预测结果正确率均大于80％，预测结果显示了人工 神经元网络模型对于各种酚类化合物的可生物降解性具有良好的 预测能力，体现了网络模型自适应能力对于变量间相互关系和物 理意义不明的多变量非线性函数具有良好的逼近性能。
【学位单位】：天津科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2001
【中图分类】：X793
【文章目录】：
第—部分 序言
    1.1 木素生物降解研究进展
        1.1.1 木素-降解酶体系
        1.1.2 木素降解酶的基本特性与作用机制
        1.1.3 木素大分子生物降解反应途径及其·OH中间体的直接检测
    1.2 白腐菌降解木素性能评价及其影响因素
        1.2.1 白腐菌的选育与性能评价
        1.2.2 生理条件对白腐菌产酶效果的影响
            1. 通气方式的影响
            2. 主要营养源的作用
2+作用及其它影响因素'>            3. Mn²⁺作用及其它影响因素
    1.3 三段漂废水特性与生物处理
        1.3.1 漂白废水污染特性
        1.3.2 漂白废水生物处理影响因素
            1. 碳源作用
            2. 氮源作用
            3. 供氧方式及其它因素的影响
        1.3.3 生物吸附在废水处理中的作用
    1.4 人工神经网络（ANN）在有机物结构-可生物降解性相关性分析中的应用
        1.4.1 人工神经网络基本原理
        1.4.2 有机物结构定量描述方法
        1.4.3 人工神经网络技术的应用前景展望
第二部分 P．chrysosprium处理麦草纤维原料
    2.1 材料和方法
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 试验方法
        2.1.3 仪器设备
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 P．chrysosprium处理麦草原料营养条件研究
            1. 试验设计与试验结果
2+浓度的影响'>            2. 营养源及Mn²⁺浓度的影响
        2.2.2 发酵时间对P．chrysosprium处理麦草纤维原料的影响
            1. 发酵时间对原料木素降解率的影响
            2. 发酵时间对P．chrysosprium处理麦草木素降解选择性指数的影响
            3. 木素降解效果的间接评价方法
        2.2.3 P．chrysosprium预处理对碱法麦草浆的影响
        2.2.4 生物降解木素结构红外光谱分析
    2.3 小结
第三部分 漂白废水生物处理
    3.1 材料与方法
        3.1.1 试验材料
        3.1.2 试验方法
        3.1.3 主要仪器与设备
    3.2 结果与讨论：
        3.2.1 漂白废水COD测定方法研究
            1. 标准曲线制作
            2. COD测定方法比较
        3.2.2 废水生物处理条件研究
            1. 葡萄糖添加量对COD的影响
            2. 硫酸铵添加量对降低COD值的影响
            3. E段漂白废水生物脱色研究
        3.2.3 P．chrysosprium处理E段漂白废水组分GC-MS分析
    3.3 小结
第四部分 白腐菌降解氯代酚动力学研究
    4.1 材料和方法
        4.1.1 试验材料
        4.1.2 试验方法
        4.1.3 仪器与设备
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 P．chrysosporium降解氯代酚试验
        4.2.2 白腐菌对氯代酚的生物吸附作用
            1. 标准曲线制作
            2. 生物吸附试验结果
        4.2.3 白腐菌生长速率与2，4-二氯酚降解速率相关性判别
        4.2.4 底物-降解菌关系模型
            1. 菌体生长动力学
            2. 底物消耗动力学
        4.2.5 模型参数计算与相关性分析
    4.3 小结
第五部分 BP算法建立酚类化合物生物降解性能预测模型
    5.1 建模原理与方法
        5.1.1 建模原理
        5.1.2 分子结构量化方法
        5.1.3 BP网络结构
    5.2 结果分析
    5.3 小结
第六部分 结论
附录： 为计算分子连接性指数编写的QBASIC源程序
参考文献

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本文编号：2860747