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精对苯二甲酸(Pure Terephthalic Acid,简称PTA)是一种重要的石油化工产品。其在生产过程中会产生大量的含有高达数千化学需氧量(COD)的废水,这种含高浓度PTA的废水若排入自然水体中,会对水中鱼类及微生物的生长、代谢带来严重的危害,破坏水生生态环境,必须予以处理。 论文在论述 PTA 工业生产工艺的基础上,介绍了 PTA 生产废水的来源、水质情况和目前国内外对该废水的处理技术以及这些技术的优缺点;并且就微生物降解该废水中主要污染物 TA 的过程和原理进行了综述;提出了 PTA 生产废水高效生化处理技术的研究方法。本文的目的是对 PTA 生产废水的高效生化处理技术进行探讨;研究 PTA 生产废水高效降解菌株的筛选、鉴定和优化培养方法,测试各种外界因素对菌株去除废水中有机物效率的影响,分析菌株对 PTA 生产废水中指标性污染物 TA 的代谢过程,设计新型廉价、高效、操作简便的生化反应器用于该废水的处理,讨论菌体和反应器处理该废水的各种动力学参数。本文对实验和设计结果进行了初步的理论分析,并做出了合理的解释,得到了如下结论:(1) 从 PTA 生产废水处理装置的活性污泥中筛选得到了一株高效处理 PTA 生产废水的菌株;该菌可以高效能地降解 PTA 生产废水中的指标性污染物质 TA,在处理含有 1.83×10-2 mol/L TA 的溶液时完全不受抑制,且 24 h内的平均降解速率为 7.11×10-4mol/(L?h)。通过对该菌的生理生化测试,初步鉴定该菌为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa),编号:PA-18。(2) 除磷源(K2HPO4)外,碳源(TA)、氮源(NH4Cl)、生长因子对该菌的生长都有一定的影响,且生长因子(MgSO4 5.0 g,FeSO41.0 g,酵母膏 25.0g 配制成 1.0 L 的水溶液)的影响较大。优化的半合成培养基配方为:TA 10/L;NH4Cl 0.5 g/L;K2HPO40.06 g/L;生长因子 40 mL/L。利用优化的半合成培养基培养 PA-18 菌时,温度对菌体的生长影响较大;而 pH 值的影响较小;并在温度 36.6 ℃、pH 为 7.3 时,PA-18 菌生长状态最好,OD值为 1.36。(3) 从去除率和工程应用角度看,PA-18 菌对 COD 浓度在 4000 mg/L 左右的 - - I<WP=6>南京工业大学硕士论文生产废水处理效果最佳,去除率在 90 %左右。温度的变化对菌体去除废水中 COD 的影响较大,pH 值的影响较小;并在温度 36.8 ℃、pH 为 7.2时,PA-18 菌对模拟废水的处理效率最高,其 COD 的去除率为 89.6 %。微量的 Co2+、Mn2+对 PA-18 菌的代谢有一定的促进作用,而大量的 Co2+、Mn2+对菌体的代谢会有明显的抑制作用。用于生化处理的 PTA 生产废水中的重金属离子浓度(以 CoCl2,MnCl2计)必须控制在 100 ppm(质量百分比)以下。(4) 美国明尼苏达大学的生物催化与生物降解数据库系统(UM-BBD)给出了完整的 P. aeruginosa 对 TA 的代谢途径。代谢研究表明 pH 的上升会严重影响菌体中关键催化酶(EC 1.14.12.15)的催化过程。废水中潜在碱度(Na+)的存在是引起废水生化处理后,废水 pH 上升的主要原因,通过改变操作工艺可以减小这种影响,保持 P. aeruginosa 对 TA 的降解效果。(5) 利用 PVA 包埋菌体,可以解决实际工程条件下,菌体生长过缓,分离困难以及劳动安全的问题。由于包埋颗粒的传质的影响,包埋菌体对 PTA生产废水的COD去除效果相当于含有相同菌体浓度的游离菌体的50 %左右,通过适当提高包埋菌体的装填量可以大幅高流化床对 PTA 生产废水COD 的去除效果。设计并加工的新型分体式气—液—固三相流化床能够利用包埋菌体颗粒高效地处理 PTA 生产废水,在进水 COD 较高(5 kg/t)的条件下,其对废水 COD 的去除负荷超过 4.5 kg/(t·d)。该反应器实际运行了 7 个月后,完全达到了设计要求,通过适当的工艺调整,在进水 COD(5 kg/t)的条件下反应 18 h,出水 COD 小于 0.3 kg/t。(6) 对游离菌体的动力学研究表明:Michaelis-Menten 方程可以很好的表示游离 PA-18 菌对废水的处理过程,游离菌体在 20、30、40 ℃时的 COD 去除速率常数 k1=0.053、0.075、0.092 h-1。对三相流化床的反应传质动力学分析表明:提高三项流化床上升管中的气体流速(ug)可以极大的改善流化床的传质效果,提高反应速率。