【摘要】：色度是工業廢水的一個重要水質污染指標,而發酵制藥廢水因其色度高、難脫色而成為廢水處理的一個難點,污水出水色度很難達標。本研究采用紅外光譜等現代化學分析儀器方法,以維生素C生產(VC)廢水為研究對象,建立基于發色基團分析的發酵制藥廢水有色物質特征解析方法,對維生素C生產廢水中有色物質特征進行解析,分析其發色基團、共軛結構與助色團,解析廢水色度形成機制,并進行維生素C廢水的脫色規律研究,分析廢水脫色機理,為開發發酵制藥廢水的有效脫色工藝奠定理論基礎,為其他高色度工業廢水的脫色機理研究提供借鑒。研究結果如下：1、維生素C廢水生化處理出水的紅外光譜分析表明,在官能團區(1640-1620cm-1)的吸收峰,為羰基C=O (1870-1600 cm-1)伸縮吸收峰,在3450-3250 cm-1處有吸收峰為羥基-OH(3700-3200 cm-1)或氨基-NH2(3500-3300 cm-1)伸縮振動吸收峰,羥基(-OH)或氨基(-NH2)為助色團,2500-2000存在著細小吸收峰,為共軛結構吸收峰。紫外光譜分析表明,在265-270 nm處存在吸收峰,為羰基發色基團,在210 nm處存在精細吸收峰,表明有共軛結構存在。2、研究中采用2種方法驗證了維生素C生產廢水中發色基團為羰基C=O。對二級生化處理出水采用正丁醇萃取分離有色物質,通過氣-質(GC/MS)聯檢分析直接檢驗法驗證了廢水中存在C=O發色基團。萃取分離、氣-質聯檢分析法要進行萃取劑的篩選、有色物質的分離萃取,分離操作比較繁瑣、耗時。“果糖胺FMN試劑盒檢測方法(NBT法)可間接驗證酰胺基(美拉德反應產物)的存在,也即發色基團C=O的存在。果糖胺試劑盒間接驗證法方法簡單、操作方便,是一種理想的、驗證C=O的方法。研究中還確定了間接驗證法的藥劑投加量、pH、水溫、反應時間等反應最佳條件。3、維生素C生產廢水中各種高色度廢水(多母液、廢酸(堿)液、甲醇殘液和混合進水)、二級生化處理過程(厭氧UASB處理、好氧MBBR處理)出水、深度處理各單元(臭氧催化氧化、電解氧化、AF-MBBR、內曝氣生物濾塔及二級催化氧化)出水具有相同的發色物質結構特征：發色基團為羰基(C=O)、助色團為羥基/氨基(-OH/-NH2),都存在共軛結構。原水中各有色廢水中色度主要由大分子(5 kDa)有機物所決定。叔丁醇萃取分離出的多母液有色物質CG/MS聯用檢出分子碎片也證明發色基團為羰基(C=O)。4、研究表明：4種典型的發酵制藥(VB12、土霉素、青霉素與鏈霉素)廢水的有色物質特征與維生素C相同,即具有相同的發色基團、助色團,都具有共軛結構。但廢水成分不同,基團吸收峰發生了一定移動。如土霉素母液中羰基(C=O)吸收峰發生了紫移,波數減小,吸收峰位置由1640-1600 cm-1移到了1581 cm-1處。土霉素母液中紫外吸收峰也從265-270 nm處移到了249 nm左右。VB12生化處理出水中,小分子有機物含量雖低,但對廢水色度有很大的貢獻,而大分子的有機物雖然含量高,但對色度的貢獻很小。土霉素廢水中,分子量為lk-3k Da的有機物對色度貢獻最大。5、在常規二級生化處理過程中,在厭氧發酵處理單元里,由于水解作用,增加了有色物質的助色團-OH,加深廢水顏色,色度增加了40.2%。好氧處理有一定的脫色效果,色度平均脫色率為26.5+8.6%。深度處理中,高級氧化的臭氧催化氧化與電解氧化單元對色度的去除作用大,去除率分別達到45.5%、49.9%。中間段的生化反應器脫色作用較小,生物濾塔的作用最小,色度去除率為14.4%。二級催化氧化雖然對整個工藝的脫色貢獻較小(色度去除率10.7%),但是單元去除效率(79.4%)最高,脫色效果好。6、在維生素C二級生化處理、深度處理過程中,沿著處理工藝流程,廢水發色有機物中發色基團(C=O)、助色團(-OH/-NH2、R-O-C)吸收峰都逐漸降低,說明它們在處理過程中得到了破壞或去除,色度也逐漸減小。但是共軛結構的精細吸收峰卻沒有完全消失,說明色度形成基礎仍然存在,因此,廢水仍有一定的色度。深度處理末端的納濾與二級反滲透的出水有機污染物含量極低,紫外光譜上發色基團吸收峰值極低,共軛結構的精細吸收峰完全消失,有色物質成色結構被完全去除,廢水中有色物質被完全去除。7、深度處理生物脫色反應器內生物膜表面的微生物主要是短桿菌、橢圓形、球菌。AF-MBBR生物膜較厚,膜內部空隙較多,而生物濾池陶粒填料上的生物膜較薄,表面比較平整,生物膜內部空隙不多,其生物活性與脫色效果較差。低溫不利于厭氧微生物的生存與生長,所以其微生物多樣性指數(H平均為3.1571)也比高溫條件下(H平均為3.2513)低；葡萄糖碳源在高溫條件下,減小微生物多樣性,在低溫條件下則增加微生物多樣性,內循環曝氣生物濾塔微生物體系比較穩定。生化反應器存在著不同功能的微生物,其中能分解的微生物,如新鞘氨醇桿菌(Novosphingobium aromaticivorans)、脫氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、玫瑰紅紅球菌(Rhodococcus rhodochrous)等,能分析芳香化合物等復雜結構,破壞發色物質共軛結構,是生化反應器脫色的主要微生物類群。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：X787

【參考文獻】

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1 張穎,王桂茹,李朝暉,楊凌霄;光催化氧化法處理活性染料水溶液[J];精細化工;2000年02期

2 崔志松;邵宗澤;;大西洋洋中脊深海多環芳烴降解菌群的優勢菌分析[J];微生物學報;2009年07期

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本文編號：2607508