磁性生物炭固定化菌剂降解高浓度抗生素废水中COD的研究

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随着抗生素使用量的增加,我国制药和畜禽业每年产生的抗生素废水已超过2.5亿吨。因抗生素对微生物有抑制或灭杀能力,抗生素废水不适用于传统的生物法处理。本研究利用从红树林表层底泥中筛选出的耐抗生素菌株—寡养单胞菌(Stenotrophomonas sp.),制备固定化菌剂用以处理高浓度抗生素废水中的COD。论文以蔗渣为前驱体,通过共沉淀-热解法制备了磁性生物炭,用单因素实验优化了磁性生物炭的制备条件,对磁性生物炭进行了多方法表征,考察了磁性生物炭对菌株的吸附特征;以磁性生物炭为固定化菌剂的载体,通过单因素和正交实验优化了载体固定菌株的条件;通过单因素和正交实验优化了固定化菌剂去除模拟废水中COD的条件,考察了优化条件下固定化菌剂去除含多种浓度抗生素废水中COD的效果。论文所得结果如下:(1)通过共沉淀-热解法制备了磁性生物炭,优化了制备条件。制备磁性生物炭的最佳热解温度为500℃,保温时间为4 h。在此条件下,磁改性后的生物炭比原始生物炭拥有更大的表面积(141.62 m~2/g)、孔容(0.155 cm~3/g)和更高的零电荷点(p Hpzc=6.56),但孔径缩小,氧元素含量上升。X射线衍射、X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱分析表明,负载的磁性物质为Fe3O4,表现出较好的磁分离性能(饱和磁化强度达23.99emu/g)。(2)单因素实验表明温度、pH、生物炭投加量和时间均对磁性生物炭固定菌株的能力有较大影响。经单因素和正交试验得出磁性生物炭固定菌株的最佳条件为:温度30℃、p H值为8.5、生物炭投加量为3 g/L,固定化时间为20 h,在此条件下的固定生物量为8.4×1010 CFU/g。(3)固定化菌株具有较好的去除模拟废水中高浓度COD的能力。48h内固定化菌剂对模拟废水中COD去除率达54.46%(初始COD浓度为800mg/L)。经单因素和正交试验优化的固定化菌剂去除COD的条件为:时间为24 h,温度为35℃,转速为125 r/min,p H值为6.5,固定化菌株投加量为5 g/L,在此条件下COD的去除率为71.30%。(4)固定化菌剂对抗生素废水中的COD具有较好的去除能力。在浓度分别为20,50和100 mg/L的单一抗生素(磺胺甲恶唑、青霉素、四环素、林可霉素或诺氟沙星)存在的条件下,固定化菌株对COD的去除率较活性污泥提升了1.37%-12.74%。在总浓度分别为40,100和200 mg/L(浓度比为1:1)的组合抗生素(磺胺甲恶唑+诺氟沙星、磺胺甲恶唑+四环素或诺氟沙星+林可霉素)存在的条件下,固定化菌株对COD的去除率较活性污泥提升了4.12%-30.94%。
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