微生物法高效处理叶酸废水的研究

　　摘 要

　　叶酸是一类维生素，叶酸在人类保健方面发挥了巨大的作用。它能够作用于我们身体的很多方面。例如胚胎的健康发育，预防癌细胞等。这些都与叶酸有着直接或者间接的关系。然而，每生产一吨叶酸需要耗费大量的水。随着叶酸的大量生产，在叶酸生产过程中产生了大量有机物浓度高、含盐量高、色度高、可生化性较差的叶酸废水。

　　本论文由常州新鸿医药化工技术有限公司处理叶酸废水的好氧池中的活性污泥中，经驯化、筛选出了两株高效处理叶酸废水的菌株，分别命名为菌株YS-1和菌株YS-2，并对其生理生化特性、生长条件、对叶酸废水的降解性能进行了系统的研究。

　　通过菌株形态特征观察及微生物鉴定，确定菌株YS-1为大观贝氏菌（Byssochlamys spectabilis），菌株YS-2为拟青霉（Paecilomyces sp.）。采用分光光度比浊法研究其最佳生长条件。结果表明，YS-1最适宜的培养基为改良马丁培养基，最适宜的温度区间为30oC～35oC，最佳的初始p H范围为2.5～4.5，最佳的摇床转速为180 r/min。

　　YS-1具有耐盐性，在盐度为0.5%时生长最好，在盐度为4%的时候受到抑制但仍能较好的生长。

　　YS-2最适宜的培养基为改良马丁培养基，最适宜的温度区间为30oC～35oC，最佳的初始p H范围为2.5～4.5，最佳的摇床转速为180 r/min。

　　YS-2具有耐盐性，在盐度为1%时生长最好，在盐度为4%时仍能较好地生长。

　　本论文通过考察COD、氨氮和苯胺的降解率变化来比较单一菌株YS-1,单一菌株YS-2,混合菌株YS-1: YS-2 (1: 1)，混合菌株YS-1: YS-2 (1: 2)，混合菌种YS-1:

　　YS-2 (2: 1）分别对处理叶酸废水的效果。研究表明，在初始p H为2.5，温度为35oC，摇床转速为140r/min的条件下，混合菌种YS-1: YS-2 (1: 1）降解COD、NH3-N和苯胺的能力最强，COD的降解率达到了93.89%，NH3-N的降解率达到了89.53%，苯胺的降解率达到了83.33%。

　　在各类菌株在降解COD、NH3-N和苯胺的同时，菌株YS-1和菌株YS-2均能够产生碱性物质，不断中和叶酸废水中的酸性物质，使叶酸废水经过微生物的处理后的水质能够达到工业污水处理厂的排放要求。

　　关键词：　叶酸废水；菌株YS-1；菌株YS-2；优化条件；菌株降解废水效果。

　　Abstract

　　Folic acid is a vitamins, Folic acid plays a great role in human health and canact on many aspects of our body. For example, the healthy development of embryosand the prevention of cancer cells are directly or indirectly related to folic acid, buteach ton of folic acid needs a lot of water. With the mass production of folic acid, alarge number of folic acid wastewater with high organic concentration, high saltcontent, high chroma and poor biodegradability were produced in the process of folicacid production.

　　Two strains of high efficiency folic acid wastewater were domesticated andselected from activated sludge in aerobic tank of Changzhou XinhongPharmaceutical Chemical Technology Co, Ltd. YS-2, named strain YS-1 and strainrespectively.

　　Through the observation of strain morphological characteristics and miobialidentification, The YS-1 of the strain was determined to be Bacillus magnolia(Byssochlamys spectabilis), The strain YS-2 was Penicillium pseudopenicillium(Paecilomyces sp.). The optimum growth conditions were studied byspectrophotometric turbidimetry, YS-1 results showed that the most suitable mediumwas the modified Martin medium, The appropriate temperature range is 30oC~35oC,The optimal initial p H range is 2.5~4.5, Best rocker speed 180 r/min, YS-1 salttolerance, At 0.5% salinity, It is inhibited at 4% salinity but can grow well. YS-2 themost suitable medium is the improved Martin medium, The appropriate temperaturerange is 30oC~35oC, The optimal initial p H range is 2.5~4.5, Best rocker speed 180r/min, YS-1 salt tolerance, Growth at 1% salinity is best at 4% salinity.

　　This paper studies the effect of COD and YS-2 treatment of folic acidwastewater by investigating the degradation rate of ammonia nitrogen and aniline,Comparison YS-1, Single Species YS-2, of single species YS-1:YS-2 (1: 1), ofMixed Species YS-1:YS-2 (1: 2), of Mixed Species Effects of mixed strainYS-1:YS-2 (2: 1) on the treatment of folic acid wastewater. Research shows that, Atan initial p H of 2.5, At 35oC, At a speed of 140 r/min, Mixed strains YS-1：

　　YS-2 (1:1) the most capable of degrading COD、NH3-N and aniline, COD has reached93.89%, NH3-N degradation rate reached 89.53%, The degradation rate of anilinewas 83.33%.

　　While all kinds of strains degrade COD、NH3-N and aniline, both strain YS-1and strain YS-2 can produce alkaline substances, neutralize acid substances in folicacid wastewater, The water quality of folic acid wastewater after miobial treatmentcan meet the discharge requirements of industrial sewage treatment plant.

　　Keywords :    folic acid wastewater; strain YS-1; strain YS-2; optimization conditions;degradation effect。

　　第一章  绪论

　　1.1、研究背景。

　　叶酸也被称为维生素B9、抗贫血因子等。它的本质其实是一种水溶性的维生素。纯品叶酸的外观为深黄色或橙色的结晶化物，无臭无味，没有固定的熔点，加热至150oC时失去水分子，加热至250oC时分解。叶酸溶于热水和一些例如氢氧化钠的碱性溶液[1]。

　　叶酸微溶于冷水，不溶于乙醇、氯仿和苯等有机溶剂。目前，工业上合成叶酸采用的方法主要是1,1,3-三氯丙酮与对氨基苯甲酰-L-谷氨酸反应，加入2,4,5-三氨基-6-羟基嘧啶，调节并维持p H至3.5，抽滤之后加以精制脱色即得叶酸。叶酸结构见图1-1：

　　叶酸广泛存在于一些新鲜水果、绿叶蔬菜动物肝脏和豆类中[2]。叶酸作为人和动物生长发育的必要物质，也是机体细胞生长和繁殖所必须的氨基酸之一。在饲料方面，在饲料中添加叶酸可以提高动物的免疫力，促进动物的生长。在医药方面，叶酸是人体不可或缺的营养素之一，特别是孕妇、乳母、婴幼儿等有更强的叶酸补充需求[3]。若人体内缺乏叶酸则会引发心脏病、胃肠功能异常、智力退化和癌症等疾病[4]。孕妇体内缺乏叶酸的风险很高，可能导致婴儿发育迟缓、体重偏低、生长缓慢等[5]。因此，合成叶酸广泛用于医疗、养殖、食品等行业。市场对合成叶酸的需求很大，随之产生的叶酸废水也越来越多。

　　叶酸的生产原料主要为硝基苯甲酞氯、谷氨酸钠、氰乙酸甲醋、硝酸肌、甲醇钠、三氯丙酮、焦亚硫酸钠、盐酸、硫酸等。由于工业上所得1,1,3-三氯丙酮纯度较低，以此为原料生产叶酸造成了严重的三废问题。每生产1吨叶酸约产生200吨以上的废水，且反应过程中副反应众多，排出废水中大量的无机盐对环境造成了严重的破坏[6]，因此，选择合适的废水处理方法来处理叶酸废水变得尤为重要。

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　　1.2、叶酸废水简介.

　　1.3 、叶酸废水的物 化处理方法.

　　1.3.1、 混凝沉淀法

　　1.3.2、吸附法

　　1.3.3、气浮法

　　1.3.4 、三维电极法

　　1.4、叶酸废水的生物处理方法 .

　　1.4.1、好氧生物处理

　　1.4.2、厌氧生物处理

　　1.4.3、生物强化技术简介

　　1 4.3.1 、直接投加优势菌种.

　　1.4.3.2 、微生物固定化技术.

　　1.4.3.3、 生物强化菌剂.

　　1.5、研究目的和研究内容.

　　第二章   实验材料与方法.

　　2.1实验仪器和试剂.

　　2.1.1实验仪器

　　2.1.2、实验试剂

　　2.2、菌种的驯化、筛选及培养方法

　　2.2.1、技术路线

　　2.2.2、菌种的来源

　　2.2.3、废水来源及指标

　　2.2.4、培养基的制备.

　　2.2.4.1、本实验所用的培养基.

　　2.2.4.2、染色剂的制备

　　2.2.5、菌体的筛选与驯化

　　2.2.5.1、液体培养基驯化微生物

　　2.2.5.2、菌株的分离纯化.

　　2.2.6、菌株的保存

　　2.3、微生物的鉴定.

　　2.3.1、革兰氏染色.

　　2.3.2 、菌属的鉴定

　　2.3.3、菌株生长条件的优化

　　2.3.3.1、 酶标仪的使用

　　2.3.3.2、菌株营养与环境条件.

　　2.3.3.3、菌株的耐盐性实验.

　　2.3.3.4、生长曲线的绘制

　　2.3.3.5、苯胺浓度的检测方法

　　第三章   高效处理叶酸废水微生物的筛选与驯化.

　　3.1、微生物的驯化.

　　3.2、菌株的分离纯化.

　　3.3、菌株的生物学特性及鉴定.

　　3.3.1、菌株的形态特征观察

　　3.3.2、 革兰氏染色结果

　　3.3.3、菌种鉴定

　　3.4、本章小结

　　第四章   微生物生长条件的优化研究

　　4.1、不同类型培养基培养菌株.

　　4.2、在不同初始pH下培养菌株.

　　4.3、在不同温度下培养菌株

　　4.4、在不同的摇床转速下培养菌株.

　　4.5、菌株的耐盐性实验.

　　4.6、菌株生长曲线的绘制.

　　4.6.1、 YS-1生长曲线的绘制

　　4.6.2、YS-2生长曲线的绘制

　　4.7、本章小结

　　第五章   驯化菌株对叶酸废水的降解性能研究

　　5.1、菌株对COD降解效果研究.

　　5.1.1、菌株YS-1对叶酸废水的COD降解效果

　　5.1.2、菌株YS-2-对叶酸废水的COD降解效果

　　5.1.3、 混合(YS-1:YS-2=1: 1)菌株对叶酸废水的COD降解效果

　　5.1.4 、混合(YS-1:YS-2=1: 2)菌株对叶酸废水的COD降解效果

　　5.1.5 、混合(YS-1:YS-2=21) 菌株对叶酸废水的COD降解效果.

　　5.2、菌株对NH3-N的降解效果研究

　　5.2.1、菌株YS-1对叶酸废水的NH3-N降解效果.

　　5.2.2、菌株YS-2对叶酸废水的NH3-N降解效果

　　5.2.3、混合(YS-1:YS-2=1: 1)菌株对叶酸废水的NH3-N降解效果

　　5.2.4、混合(YS-1:YS-2=1: 2)菌株对叶酸废水的NH3-N降解效果.

　　5.2.5、混合(YS-1:YS-2=2:1) 菌株对叶酸废水的NH3-N降解效果

　　5.3、菌株对苯胺降解效果研究.

　　5.3.1、苯胺校准曲线的绘制

　　5.3.2、菌株YS-1对叶酸废水苯胺的降解

　　5.3.3、菌株YS-2对叶酸废水苯胺的降解效果

　　5.3.4、混合(YS-1:YS-2=1: 1)菌株对叶酸废水苯胺物资的降解效果.

　　5.3.5、混合(YS-1:YS-2=1:2) 菌株对叶酸废水苯胺的降解效果.

　　5.3.6、混合(YS-1:YS-2=2 1)菌株对叶酸废水苯胺的降解效果.

　　5.4菌株降解叶酸废水时pH随时间的变化.

　　5.5、本章小结

　　第六章    结论

　　由于叶酸对人体健康的重要性，现如今叶酸生产规模越来越大。这也导致了生产叶酸的同时，排放了大量的叶酸废水，叶酸废水有机污染物含量高，毒性大，色度高、酸度强，直接排入自然界的河流中会导致水体环境变得十分恶劣、水生生物大量死亡、水体富营化等一系列的环境问题。

　　本实验通过对活性污泥中微生物的驯化，筛选得到了两株耐酸性和耐盐性菌株的菌株，分别命名为菌株YS-1和菌株YS-2。经过生理生化试验和电泳仪鉴定后最终确定菌株YS-1为大观贝氏菌（Byssochlamys spectabilis）、菌株YS-2为拟青霉（Paecilomycessp.）。本论文进一步对两株菌株的生长条件进行了优化，确定了两株菌株各自生长的最佳培养条件，保证了在处理叶酸时，可以通过扩大培养，快速得到生长状态良好得菌株。

　　最后，本课题选择成熟期或对数期的菌种，采用单一纯种菌株或按不同的比例混合协同处理叶酸废水，研究菌株对叶酸废水中COD、氨氮和苯胺的处理效果，得出结论下：

　　（1） 在降解叶酸废水COD时发现，同为单一菌种处理叶酸废水而言，菌株YS-1的处理效果要略高于YS-2的处理效果。混合菌株的处理效果要强于单一菌株的处理效果，混合菌株的体积量在初始菌株比为1:1时，降解COD的能力最强，降解率达到了93.89%;（2） 在降解叶酸废水NH3-N时发现，同为单一菌株降解叶酸废水时，菌株YS-2的处理效果要高于YS-1的处理效果。混合菌株的处理效果要强于单一菌株的处理效果，YS-1和YS-2混合时，两株菌株发生协同合作的作用，混合菌株的体积量在初始菌株比为1:1时降解NH3-N的能力最强，降解率达到了89.53%。（3） 在考察降解废水中苯胺的效果时发现，同为单一菌株降解叶酸废水时，菌株YS-1的处理效果要略高于YS-2的处理效果，混菌处理叶酸废水的效果要强于单菌株处理叶酸废水的处理效果，混合时，两株菌株发生协同合作的作用，混合菌株的体积量在初始菌株比为1:1时，降解苯胺的能力最强，降解率达到了83.33%；（4） 在处理叶酸废水的过程中发现，菌株YS-1和菌株YS-2在处理叶酸入废水这类酸性废水的同时，都能够产生碱性物质，不断中和叶酸废水中的酸性物质，可以使叶酸废水的出水水质达到工业污水处理厂的排放标准。

　　通过研究，混合菌株在处理叶酸废水，这两株菌株可以相互合作，大大提高了其对叶酸废水环境的适应性，增强了其对外界环境改变的耐受性，能够降解叶酸中的有机污染物，并同时产生碱性物质，中和叶酸废水的p H，使叶酸废水在经过两株菌种的混合处理后，能够达到工业污水处理厂的排放要求。

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