制革废水中多酚和胶原类物质的稳定化行为研究

作     者：王慧琴 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马宏瑞;朱超

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：制革废水 多酚 胶原 聚合 类腐殖质 

摘      要：皮革加工实际上是通过皮革鞣剂将生皮加工成稳定材料的过程,其中涉及多酚、胶原等物质的相互作用,伴生的水溶性难降解有机物制约着制革废水的处理效率,难以满足日益提高的废水排放标准。本研究通过紫外-可见光谱分析(UV-Vis)、红外光谱分析(FTIR)、三维荧光光谱分析(3DEEM)、固态13C核磁共振波谱分析(solid-state 13C NMR)、凝胶渗透色谱分析(GPC)和元素分析等多种光谱分析和理化方法探究催化条件下制革废水中多酚单宁及胶原等典型组份的相互作用形成聚合物的稳定化过程;选用大肠杆菌(***)作为快速异氧微生物的代表,以稳定化的有机物为基质,通过细菌胞内、胞外荧光特征来分别阐明其对微生物的影响;进一步地,通过3DEEM、UV-Vis分析方法并结合对CODcr、TOC、SUVA等指标的检测探究稳定化的有机物在活性污泥体系中的降解规律。结果表明,制革废水中的典型生物分子与单宁鞣剂会相互作用形成典型高分子量的难降解有机聚合物,单宁在聚合过程中发挥重要的作用。以小分子有机物为前驱体的简单酚-美拉德体系的HALO具有更高的芳香性(H/C=1.16),与多酚-氨基酸/蛋白体系的类腐殖酸(humic acid-like,HAL)产物的光谱特征不同。以蛋白为前驱体的HAL2具有最高的N含量(7.5%)和最高的脂肪度(H/C=1.53)。制革废水中典型组分相互作用产生的有机聚合物的急性暴露(3 day-1000 mg/L)下,大肠杆菌的胞内有机物在蛋白类区域的荧光强度显著增加。随着暴露时间的增加,细菌胞内和上清液的有机物在蛋白类区域的荧光强度降低,而类腐殖酸区域的荧光强度却增强,高浓度下(2000 mg/L)更显著。微生物的加入会使低浓度的有机聚合物的荧光峰发生蓝移,荧光强度降低,而高浓度的有机聚合物的荧光强度却增加。稳定化的有机物的生物吸附去除的效率不高,0.5 h时最大去除率仅为29.67%,生物降解效率也较低,高浓度的有机聚合物的CODCr去除效率仅为29.66%,CODCr为437.5 mg/L,远远未达到废水排放标准。随着活性污泥处理的进行,各处理的出水SUVA值均呈上升趋势,以稳定化的有机物为基质的处理,其出水的SUVA值最大达到6.87 L/(mg·m),腐殖化程度最高。出水溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)的三维荧光光谱结果表明,高浓度的有机聚合物还会刺激蛋白类、腐殖酸类的微生物产物生成。胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)的三维荧光光谱结果表明,高浓度的有机聚合物会使松散EPS(loosely bound EPS,LB-EPS)中腐殖酸的含量增加,紧密EPS(tightly bound EPS,TB-EPS)中多糖的含量减少。因此,制革废水中的典型生物分子与单宁相互作用形成典型高分子量的类腐殖质聚合物,不仅难以生物降解,还对活性污泥处理系统存在潜在风险,影响制革废水的达标排放。