当前世界环境

介绍

工业排放了数十亿加仑的含高盐分和有机物的废水¹到环境中。世界上产生的如此大量的废物可以在水资源短缺的地区作为水源重新利用。²在重新使用和/或将盐水废水排放到环境之前，应使用更有效的处理方法。^3.

表格 点击这里查看表格

众所周知，盐度对细菌有毒性影响，也能改变微生物群落。⁴它可以影响微生物的代谢。⁵废水中的过量含盐含量抑制大量酶，并在微生物物种中引起盐胁迫。^6、7

这可以减少生物学⁷和/或细胞活性，最终导致质子溶解。⁶在生物处理[8]之前先用物理化学法去除盐分是一种昂贵的方法。生物处理含盐废水具有经济、环保的优点，但存在诸多不便。⁵生物处理含盐废水的效率较差，特别是COD的去除。这主要是由于盐对微生物区系的负面影响和主要在高浓度盐(>2%)时出水悬浮固体的增加。^9、10突然的盐度变化对生物处理过程产生不利影响的影响，这在有限范围内的波动越来越广泛地抑制了有氧生物处理。^3.根据文献，当氯浓度超过5000-8000 mg l时，需氧处理会受到负面影响^－1．^12.嗜盐细菌已被一些研究者推荐用于含盐废水的生物处理。^13.测序批量反应器（SBR）是在高盐度下进行生物处理的令人满意的系统，有氧生物溶解具有由于污水浊度而具有差的沉降和膜偶联生物反应器，包括超滤（UF）或微过滤（MF）。⁵

一些嗜盐微生物能够在大范围的盐度范围内改善处理，并适应盐度冲击。^11.耐盐性是提高高盐废水生物处理效率的主要途径。需要指出的是，微生物在0-15%的盐度范围内可以生长，而耐盐菌在1-30%的盐度范围内生长良好。^11.因此，嗜辣椒物在高盐度下存活。^14.

好氧颗粒的微生物结构较密，沉降迅速，能承受冲击，耐中毒性环境。^15.胞外聚合物(EPS)是多糖、核酸和脂质的组合。^16.

固定化可能是抑制生物质的令人印象深刻的方法;当环境因素没有帮助时，或有可用的有毒基质。^17.由于不同的研究利用不同的操作情况和微生物群落，盐对固定化生物质的可行性影响迄今很少受到关注。^18.

根据报告，高浓度的盐（NaCl）可降低膜渗透性。⁵Reid等人。使用浸入的膜生物反应器（MBR）来研究盐度冲击的影响（高达5000 mg l^－1)、活性污泥的合格性及膜的穿透性。^19.太阳等。^20.调查盐度在渗透盐浓度（1000mgL）的影响^－1， 2500mg l^－1， 5000毫克l^－1， 15,000 g l^－1生物膜- mbr工艺处理舰船废水的研究。结果表明，膜污染速率在0.45 mbar / d之间^－1每天0.47毫巴^－1对于0毫克l^－1和1000mg l^－1盐,分别[20]。高盐度对硝化反硝化作用的影响已经进行了研究。^21.然而，在治疗盐水废水中的有氧造粒机制仍然未知。⁷在各种生物膜和SBR中研究了纯嗜嗜盐细菌的纯嗜嗜盐细菌的生物处理。^14日,22日

在本研究中，使用含有真菌和细菌物种生物膜的固定床反应器用于去除BOD₅和来自盐水废水的鳕鱼。真菌和细菌种类从位于伊朗南部班巴斯市的城市污水处理厂重复使用。有氧固定床的偏好包括（i）螺杆液压保留时间（HRT），（ii）高比表面积，（iv）对有毒基质的敏感性，低能量消耗和（vii）操作简单。

材料和方法

优化真菌和细菌的生长条件

在这项研究中，根据相关标准方法对班达ABBAS城市的返回活性污泥进行了班达阿巴斯城市污水处理厂，以纯化真菌和细菌。通过聚合酶链反应（PCR）鉴定了真菌和细菌的种类。该物种在Sabouraud-4％葡萄糖琼脂（Merck）和脑心脏（BHI）琼脂（Merck）培养基中培养，具有5至25％的NaCl浓度，以确定真菌和细菌对中盐度的耐受性。真菌和细菌种类生长的温度范围设定在28-50ºC之间，以获得优化的温度。真菌和细菌种类用于在Ca-藻酸盐床附近形成生物膜，并处理盐水废水。

形成生物膜

将10g海藻酸钠粉末加入到蒸馏水的50-60倍。为了使其化，将混合物通过加热器加热。然后，将溶液倒入0.2M的CaCl溶液中₂形成Ca-藻酸盐颗粒。^23.Ca-藻酸盐颗粒在地层期间必须旋转。将溶液置于冰箱中24小时以使颗粒更强。将Ca-藻酸盐颗粒倒入无菌Sabouraud-2％葡萄糖肉汤（Merck）和Bhi Brooth（Merck）培养基中;和高压灭菌。基于优化的接种量，真菌和细菌物种被接种到Sabouraud-2％葡萄糖肉汤和Bhi肉汤中。值得一提的是，基于干弥撒和McFarland标准计算真菌和细菌物种的最佳接种量，^24.分别。他们被放置在一个转速为150转/分钟的激振器中。利用扫描电子显微镜(SEM)对这一过程进行了研究，以确定海藻酸钙周围的真菌和细菌膜的形成。

固定床柱

固定床反应器为圆柱形柱状;高50厘米，直径4.5厘米。它由玻璃制成(图1)。固定床柱中的废水从沙砾室中提取。含盐废水采用Whatman gf - c型滤纸过滤，防止悬浮颗粒和胶体进入柱内堵塞。海藻酸钙周围形成生物膜(真菌和细菌);添加到列中。它由水族馆的水泵从底部充气。为了适应环境条件，真菌和细菌膜分别在色谱柱中沉淀43 h和24 h，以适应环境条件。与此同时，真菌生物膜中形成棕绿色色素。 Omil et al. (1995) showed it is possible to adopt an active methanogenic biomass at the salinity content as same as the effluent. They concluded that the process performance depends on appropriate strategies for adaptation of the biomass to high salinity.^25.

图1 点击此处查看数字

经过43和24 h处理后，TDS浓度为7500 mg l的城市污水^－1流速分别为2,4和6ml min^－1从顶部进行柱子。COD和BOD的数量₅每24小时测量一次。^26.用Horiba模型pH计（F-12）测量盐水废水的pH，并发现基于批量操作的8。每天都控制pH。

动力学模型

底物(COD和BOD)的动力学₅）生物反应器中的消除估计了一种改进的斯托弗 - kincannon模型，即在稳定状态下具有以下形式^27.：

ds / dt = (U_马克斯)问。年代_我) / V) / (K_B+ (Q。年代_我）/ v）（1）

表格(1)可按如下方式自由化

(ds / dt)^－1= V / Q / (S_{我- - - - - -}年代_e) = K_B/ U._马克斯.v / q / s_我+ 1 / U_马克斯（2）

形式（2）可用于呈现用于显示与底物负载去除率（V / Q /（Si-Se）的反转的曲线映射与总基质负载率（V / Q / Si）相关联的曲线图。如果绘图是线性的，则可用于评估截距和斜率的线性回归。结果是截距1 / U的直线部分_马克斯和k的斜坡_B/ U._马克斯．K_B渗血常数(mg l^－1闵^－1)和U_马克斯是最大底物去除率(mg l^－1闵^－1)．

结果与讨论

确定细菌和真菌的最佳生长条件

基于PCR实验，纯化的真菌和芽孢杆菌是米曲霉和Halobacillus dabanensis,分别。的增长米曲霉和Halobacillus dabanensis在Sabourauud-4％右旋糖琼脂和Bhi琼脂培养基中研究了不同浓度的NaCl 5％，10％，15％，20％和25％。在Sabouraud-4％葡萄糖琼脂和BHI琼脂培养基中，在NaCl浓度为20％的情况下获得最佳生长。对于两种微生物，在Sabouraud-2％葡萄糖肉汤和BHI肉汤培养基中，在NaCl浓度为20％的NaCl浓度下实现了最高水平和最佳生长。在其他NaCl浓度的培养基中没有观察到更显着的生长。米曲霉在37℃时生长最好^ºC在单菌落72小时后采购，褐绿色颜料在Sabouraud-4％葡萄糖琼脂培养基中。在温度下28.^ºC和45.^ºC，没有观察到生长。然而,Halobacillus dabanensis在45℃时生长最好^ºC在单殖民地24-36小时后释放。

米曲霉和大坂盐杆菌的生物膜

最佳接种米曲霉进入盐水废水和Sabouraud-2％葡萄糖肉汤培养基，分别形成生物膜，分别为15mL和8ml。最佳接种Halobacillus dabanensis进入Bhi Broth中等和盐水废水，形成生物膜的形成为5麦克兰，占3％和8麦克兰的含量为5％。56小时后，米曲霉在钙藻酸盐床周围生长，30 h后，生物膜Halobacillus dabanensis是有组织的。为保证真菌和芽孢杆菌膜的形成，利用SEM对海藻酸钙颗粒样品进行成像(图2和图3)。另一方面，作为米曲霉和Halobacillus dabanensis在含盐废水中，海藻酸钙在最佳条件下形成，米曲霉和Halobacillus dabanensis在扫描电镜记录的海藻酸钙床周围观察到;因此，不考虑将海藻酸钙颗粒固定在固定床柱中。

图2生物膜的SEM图像aspergillus. oryzae在加入藻类周围。 点击此处查看数字

图3：生物膜的SEM图像Halobacillus dabanensis.在加入藻类周围。 点击此处查看数字

流速对去除BOD的影响₅及生物膜的COD (米曲霉和Halobacillus dabanensis）和，测定动力学常数

生物膜是提高生物反应器去除环境污染性能的重要方法。在本研究中，生物反应器的性能分析考虑了BOD的效率₅COD的去除取决于流速在2 - 6ml min之间^－1．根据得到的结果，当流速从2 ml min增加到6 ml min时^－1，两种污染的体积加载速率均有所增加。表1和表2给出了流量对BOD效率的影响₅和COD的去除米曲霉和Halobacillus dabanensis．流速从2到6毫升的流速增加^－1甲壳减少去除BOD₅和鳕鱼。这是由于在高流量速率下，盐水废水的接触时间和柱子中的盐水废水的去除和去除柱状含量。去除BOD₅通过米曲霉和Halobacillus dabanensis从105毫克下降^－1至10mg l^－1，105 mg l^－1至20毫克^－1,分别。此外，还对COD的去除进行了研究米曲霉和Halobacillus dabanens.从245mg^－1到34 mg l^－1从245毫克升^－1至45毫克升^－1,分别。这些结果表明米曲霉和Halobacillus dabanensis可以有效地删除BOD₅和鳕鱼分别为90.4761％，86.1224％，80.9523％和81.6326％。生物膜表面增加米曲霉能最大限度地去除BOD₅和鳕鱼，与之相比Halobacillus dabanensis生物膜。这增加了体积传递速率。虽然使用亲密的微生物可以进行盐水废水的生物处理;然而，这种微生物可以在一定程度上耐受盐。因此，在与低盐度介质接触后，在吸收大量盐后，它们的耐受性将减少，并且它们的细胞质将崩解并反之亦然。

表1：液压保留时间对COD和BOD的影响₅COD和BOD的负荷速率和效率₅删除了米曲霉．

omil等人。用与海水相似的盐度含量研究了从海洋食品的盐水废水处理盐水废水，它们可以达到70-90％的有机物。^25.Rovirosa等对下流式厌氧固定床反应器(DFAFBR)处理含盐废水进行了试验研究。他们发现，HRT为24小时，盐浓度为5 g l^－1至15g l^－1，该反应器可将COD浓度降低72%以上。^28.Lefebvre等。使用上流厌氧污泥橡皮布反应器（UASB）进行了由高有机载荷和高盐度的制革浸泡液的厌氧消化。它们在5天的HRT下达到78％的COD去除，并且TDS浓度为71gL_1。^29.Kapdan和Erten对上流式厌氧填料床反应器处理含盐废水进行了研究Halanaerobium lacusrosei。在盐浓度为3%时，COD去除率为60% ~ 84%。^30.

图4：修改的斯托弗 - kincannon模型图对数据 表现出身体的去除5和鳕鱼米曲霉． 点击此处查看数字

图5:修改后的Stover-Kincannon模型图数据 表现出身体的去除5和鳕鱼Halobacillus dabanensis。 点击此处查看数字

改进的斯托弗 - kincannon模型广泛用于分析来自连续操作系统的实验数据，特别是在连续操作的厌氧系统中。^31、32岸模型是常用的数学模型，用于确定固定化系统的动力量常数值。^30.该模型用于嗜热处理系统，例如用于治疗纸浆液体的连续厌氧过滤处理系统，^33.厌氧混合反应器^34.和厌氧过滤器用于大豆废水处理。^35.因此，本研究采用连续操作的有氧系统。如图4和图5所示，2ml min的数据^－1与其他流速相比，流速与该模型的粘附性更强。最大限度去除BOD₅在1200分钟的HRT中获得鳕鱼，之后获得米曲霉和Halobacillus dabanensis薄膜在柱中分别保存43 h和24 h。COD和BOD的去除率最高米曲霉发生在1200 min后米曲霉，生物膜增厚，塔很快达到了突破点，并停止了去除过程。在生长期期间，生长Halobacillus dabanensis被阻止并埋葬到死亡阶段。因此，纵队到达了突破点。

根据stoover模型的研究，优化了U_马克斯和K._B流速为2ml min^－1通过米曲霉和Halobacillus dabanensis，表3中所示的回归。

表2：液压保留时间对COD和BOD的影响₅COD和BOD的负荷速率和效率₅
删除了Halobacillus dabanensis．

表3:U_马克斯和K._B线性回归由米曲霉和Halobacillus dabanensis

结论

在本研究中，去除BOD₅采用固定床操作，测定COD米曲霉和Halobacillus dabanensis．BOD的最高量₅COD去除率分别为90.4761%和86.1224%米曲霉以2毫升的流速实现^－1自从。这米曲霉电影具有比这更好的性能Halobacillus dabanensis电影。的形成米曲霉通过真菌细胞表面的多糖化合物和多糖化合物与钙藻酸盐之间的氢键，使真菌在床上的粘附最大，从而提高生物膜在底物上的保质期。这导致米曲霉薄膜定期形成Ca-藻酸盐，并提供真菌与盐水的最大接触。1200分钟后，停止消除过程，柱子达到了突破点。最大底物去除常数为0.034 mg₅l^－1闵^－1饱和常数为0.00026 mg BOD₅l^－1闵^－1以2ml min^－1通过Halobacillus dabanensis．

承认

我们对阿扎德伊斯兰大学北德黑兰分校马哈茂迪赫实验室的最后支持表示衷心感谢。特别感谢伊朗基因工程中心在这个项目中的协助。

参考

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