导　　师： 程江

学科专业： H1701

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 填料是废水生物接触氧化处理工艺的核心部分。现行的水处理普通塑料生物填料(ppe)，用于废水、尤其是含酚毒性有机废水的生物处理时，存在微生物挂膜启动速度慢、挂膜量不足及氧传质效率低等方面缺陷，导致生物降解速率低下。基于磁效应在强化废水生物处理中所发挥的作用，本研究旨在对ppe进行磁化改性以及生物亲和、亲水改性，制备一种具有生物亲和、亲水性能的新型磁性生物填料(mppe)，将其用于含酚废水好氧生物处理中。同时结合酶磁效应研究，为磁场有效地应用于含酚废水的强化生物处理提供理论依据。 采用共混法制备新型磁性生物填料，选择了适宜的添加剂如亲水性、生物亲和性及磁性物质等，确定了改性生物填料注塑成形工艺，完成了mppe的制备。通过扫描电镜、能谱和红外光谱分析，考察了mppe表面和内部结构、添加物分散情况。检测了填料的物理机械性能，证实mppe密度及强度性能与ppe变化不大，能满足水处理用填料性能的基本要求。 研究了mppe和ppe在清水中氧传递性能。根据填料反应器特征，采用全混式反应器氧传质模型，通过寻优求出连续曝气供氧时mppe和ppe在清水中氧的液相总传递系数kla，在相同流量下，前者的kla均高于后者。mppe提高了填料的氧传递能力。 填料的润湿性能试验表明mppe接触角比ppe降低了22％，含水率提高50％，改性填料亲水性能显著增强。两种填料挂膜对比试验中，mppe挂膜时间从ppe的11d缩短为9d，生物膜量、膜厚及废水中的codcr去除率均有增加。mppe加速了微生物在填料表面的附着生长及生物膜的形成，促进了微生物新陈代谢和有机物转化过程，较大程度改善了填料的生物亲和性能。 含酚废水降解试验表明，mppe对含苯酚和含2，4-二氯酚模拟废水降解速度比ppe有不同程度的提高，能够承受更高的初始酚浓度，对低浓度的含酚废水改善效果明显。mppe反应器处理浓度范围50～200mgl的含苯酚废水，20～60mg/l的含2，4-二氯酚废水，在20h内可使酚去除率达80％以上，比：ppe有较大提高。处理100mg/l浓度的含苯酚废水，mppe反应器的最佳水力停留时间比ppe的4h缩短了1h。但对大于200mg/l的含苯酚废水和60mg/l的含2，4-二氯酚废水，改善效果欠佳。根据本反应器特点，建立了有机质传质动力学模型，并求取了50～200mg/l浓度范围的含苯酚废水降解过程动力学参数，mppe反应器的反应速率常数k大于ppe反应器。模型关联结果与实验吻合良好。进一步研究磁粉协同mppe反应器对含苯酚废水的强化处理。考察了磁粉对微生物生长过程的影响，确定促进微生物生长适宜的磁粉投加量。磁粉协同mppe体系与mppe反应器对浓度100～400mg/l的含苯酚废水降解对比试验中，前者可大大缩短挂膜时间，缩短最佳水力停留时间，加速降解过程进行，此浓度范围内均能取得较好的降解效果。结果证实磁粉配合磁性填料的合理运用是强化处理含酚废水的有效途径。 最后，研究了一种高效酚降解酶一酪氨酸酶(tyrosinase)的磁效应，主要内容包括磁场对游离酪氨酸酶和固定化酪氨酸酶催化性能的影响。在游离酪氨酸酶磁效应研究中，酶经磁感应强度在10～350mt范围的恒磁场处理一定时间，其催化活性均有不同程度上升；酶磁化后对温度的稳定性增强，对ph值的适应范围加宽；磁化使酶的荧光光谱增强，结构发生了变化；以酶催化反应动力学为基础，建立了磁场激活酶动力学方程，磁化使酶的michaelis常数km上升，最大反应速率vmax增大；酪氨酸酶对含邻苯二酚、苯酚、2，4一二氯酚废水的催化降解反应速度依次下降，而磁化酶能加快其反应速度。固定化酪氨酸酶经不同磁场作用后其催化性能也会发生变化，it(固定化酶，无磁粉)、mit(固定化磁性酶，包埋磁粉的固定化酶)、m-mit(经恒磁场作用后的固定化磁性酶)的michaelis常数km依次下降，磁化提高了固定化酶的最适温度和对ph值及温度的稳定性，it、mit和m-mit对酚类物质的催化反应速度依次递增。结果表明磁效应可提高酪氨酸酶催化酚类化合物降解速度。

关 键 词： 磁效应 生物膜 磁性填料 动力学模型 酪氨酸酶

分 类 号： [TQ050.45 X703]

领　　域： [化学工程] [环境科学与工程]