摘 要

醋酸，作为重要的有机化工原料，同时也是一种污染物，广泛存在于醋酸工业、香料制造、农药生产、发酵工业、制药工业和金属处理以及调味品制造等行业单位所排放的废水中。醋酸废水的酸性大、COD值高，难以处理。而处理不当的醋酸废水排放到自然界中，容易造成水体的黑化，导致河流和湖泊的生态破坏，造成难以估计的损失。

传统的物理化学的处理方法都存在能耗大，可能存在二次污染等问题。而日益丰富的微生物技术，特别适于处理如醋酸废水这类含大量COD的废水。该方法是一种低成本的废水处理技术，同时兼具效益高、不造成二次污染等优点，尤为适合我国能源短缺和环境治理方面资金不足的现状。本文利用微生物技术，研究醋酸降解菌在醋酸废水治理领域的应用情况：

(1) 本研究从武汉理工大学某山坡土壤中富集筛选出了四株醋酸降解菌株，其中菌株C₁具有较强活性，经过80h的培养后培养液中的OD₆₀₀达到0.6835，醋酸降解率可达89.3%，培养液的最终pH为7.9。

(2) 通过单因素实验，得到菌株C₁的最优生长条件为：pH=7.0，温度为35°C，醋酸质量浓度不高于5g•L^-1，接种量为2%。在该最优条件下培养菌株，生物量提升了17.51%，醋酸降解率高达96.15%，优化效果明显。

(3) 针对醋酸降解菌株C₁的好氧特性，设计了模拟废水实验对菌株的降解能力进行了研究，结果显示菌株C₁在SBR模拟装置内对醋酸有着稳定的降解能力，72h后平均COD去除率可达到85.22%，达到可排放标准。

(4) 醋酸降解菌株C₁产生的蛋白和多糖的交互作用使其具有自絮凝能力，产生的絮体具有良好的沉降性能，在实际应用中可以更便捷的形成活性污泥，从而避免菌体的流失，降低成本。

关键词：醋酸降解菌；絮凝细菌；醋酸废水；醋酸

Abstract

Acetic acid, as an important organic chemical raw material, is also a kind of pollutant, which is widely found in wastewater discharged from industries such as acetic acid industry, perfume manufacturing, pesticide production, fermentation industry, pharmaceutical industry, metal processing and condiment manufacturing. Acetic acid wastewater has high acidity and high COD value and is difficult to handle. The improper treatment of acetic acid wastewater discharged into the natural world is likely to cause blackening of the water body, which can lead to the extinction of rivers and lakes, resulting in incalculable losses.

Traditional physical and chemical treatment methods have large energy consumption and may have secondary pollution problems. The increasingly abundant microbial technology is particularly suitable for treating wastewater containing large amounts of COD such as acetic acid wastewater. The method is a low-cost wastewater treatment technology, and has the advantages of high efficiency and no secondary pollution, and is particularly suitable for the current situation of insufficient funds in China's energy shortage and environmental governance. In this paper, we use microbial technology to study the application of acetic acid degrading bacteria in the field of acetic acid wastewater treatment:

(1) In this study, four strains of acetic acid degradation were screened from a hillside soil of Wuhan University of Technology. Among them, strain C₁ had strong activity. After 80 hours of culture, the OD₆₀₀ in the culture solution reached 0.6835, and the degradation rate of acetic acid reached 89.3%. The final pH of the culture broth was 7.9.

(2) The optimal growth conditions of strain C₁ were obtained by single factor experiment: pH=7.0, temperature was 35 °C, acetic acid concentration was not higher than 5g•L^-1, and inoculum was 2%. Under the optimal conditions, the biomass was increased by 17.51%, and the degradation rate of acetic acid was as high as 96.15%. The optimization effect was obvious.

(3) Aiming at the aerobic characteristics of acetic acid degradation strain C₁, the simulated wastewater experiment was designed to study the degradation ability of the strain. The results showed that the strain C₁ had stable degradation ability to acetic acid in the SBR simulation device, and the average COD removal rate after 72 hours. It can reach 85.22% and meet the discharge standard.

(4) The interaction between the protein and polysaccharide produced by acetic acid degradation strain C₁ makes it self-flocculation, and the flocs produced have good sedimentation performance. In practical applications, activated sludge can be formed more conveniently, thereby avoiding the loss of bacteria and reducing cost.

Keywords: acetic acid degrading bacteria; flocculent bacterium; acetic acid wastewater; acetic acid

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 我国水资源与水环境污染现状 1

1.2 醋酸废水的危害 2

1.3 醋酸废水处理的研究进展 3

1.3.1 中和法 3

1.3.2 电化学法 3

1.3.3 精馏法 4

1.3.4 联合法 5

1.4 微生物技术在醋酸废水处理领域的研究 5

1.5 研究课题的意义和内容 6

1.5.1 研究课题的目的与意义 6

1.5.2 研究课题的主要内容 6

第二章 醋酸降解菌株的筛选、纯化及其活性研究 7

2.1 引言 7

2.2 实验材料与仪器 7

2.2.1 微生物样品的采集 7

2.2.2 实验主要仪器及试剂 7

2.3 实验方法 9

2.3.1 培养基配方 9

2.3.2 菌株的筛选、分离与保存 9

2.3.3 菌株的生长曲线测定 10

2.3.4 菌株的降解能力测定 10

2.4 结果与讨论 11

2.4.1 菌株的筛选、分离与保存 11

2.4.2 菌株生长曲线的研究 13

2.4.3 菌株降解能力的研究 14

2.4.4 菌株的生理生化实验结果 15

2.5 本章小结 16

第三章 醋酸降解菌的生长条件优化 17

3.1 引言 17

3.2 实验材料和方法 17

3.2.1 菌株来源 17

3.2.2 培养基 17

3.2.3 实验主要仪器及试剂 17

3.2.4 实验方法 18

3.3 结果与讨论 18

3.3.1 pH值对菌株降解能力的影响 18

3.3.2 温度对菌株降解能力的影响 19

3.3.3 底物浓度对菌株降解能力的影响 20

3.3.4 接种量对菌株降解能力的影响 21

3.3.5 最优条件下菌株的生长情况与降解能力检测 22

3.4 本章小结 23

第四章 醋酸降解菌在模拟废水处理中的应用 24

4.1 引言 24

4.2 实验方法和材料 25

4.2.1 污水采样、菌株及模拟废水 25

4.2.2 实验主要仪器及试剂 25

4.2.3 实验方法 27

4.3 结果与讨论 28

4.3.1 模拟废水实验结果 28

4.3.2 红外光谱分析结果 28

4.4 本章小结 30

第五章 结论与存在的问题 31

5.1 结论 31

5.2 存在的问题 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1 我国水资源与水环境污染现状

水，特别是淡水，是维系生物生命活动的根本。地球表面的绝大部分被水所覆盖，总量近1.38×10⁹km³；但有97%的水是海水，无法饮用，大多数情况下也无法用于灌溉。另外3%的淡水中，仅有0.29%存在于河流和湖泊等地表水之中，仅仅这部分水才是人类赖以生存的保障。曾经，人们养成了水资源“取之不尽用之不竭”的错误观点，这种状况一直持续到近几十年来，人们才开始认识到地球水资源的匮乏问题已经到了需要迫切解决的程度。

伴随着经济和城镇化的飞速发展，我国在迎来飞跃式进步的同时，各类污染物的排放量也急剧增长，水资源污染愈发严重，对环境的威胁愈发严重。根据中华人民共和国生态环境部发表的《2017中国生态环境状况公报》^[1]显示：全国地表水1940个评价、考核、排名断面（点位）中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类分别占2.2%、36.7%、32.9%、14.6%、5.2%和8.4%。5100个地下水水质监测点中，水质为优良级、良好级、较好级、较差级和极差级的监测点分别占8.8%、23.1%、1.5%、51.8%和14.8%。主要污染指标为化学需氧量、氨氮和总磷^[2]。

工业废水是造成水体污染的主要原因，其成分复杂，污染范围广，含有铬、汞、镍、镉、铅等重金属的离子、有机化合物以及无机化合物，处理难度较大。它们来自工业生产过程中随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物等等。在排放到大自然之前，这些物质如果不能得到及时有效的处理，有可能造成极其严重的环境污染问题。

表1.1 2013年全国废水中主要污染物排放量

2013年，化学需氧量（COD）排放总量为2352.7万吨，氨氮排放总量为245.7万吨^[3]。

1.2 醋酸废水的危害

乙酸，又称醋酸，作为一种重要的有机化工原料，同时作为污染物，也是醋酸工业、香料、农药、发酵工业、制药工业和金属处理以及调味品制造厂等企业所排放的废水中的主要污染物。这类废水具有酸性大、COD值高，难处理等特点。过量的醋酸排入水体中，会改变水体酸碱度，同时微生物在对它们进行分解的过程中，会消耗水体中的溶解氧，导致水体含氧量降低，进而影响鱼类和其他生物的生长与繁殖。当水中的溶解氧被消耗殆尽后，水中的有机物便会参与到厌氧反应中，生成硫化氢、甲烷等物质，进而使水体出现臭味，危害水生生物，导致水生生物大量死亡，破坏生态平衡。更为严重的情况下，还有可能导致河流和湖泊的大量生物灭绝，造成难以挽回的损失。

我国目前醋酸稀溶液的排放量可达40万吨，其质量分数浓度从0.5%-65%不等^[4]，由于没有较好的回收处理办法，这些废水往往未经正常处理直接被排放，不光会导致环境污染，还会造成资源的浪费。

醋酸废水溶液的产生主要有以下几个来源：

（1）醋酸作为原料的醋酸乙烯单体、醋酸酯、对苯二甲酸、醋酸纤维素的合成；（2）酸酐生产；（3）制药行业；（4）糠醛生产和造纸工业；（5）精细化工生产。因此对稀醋酸溶液进行处理是工业上常见的问题。

表1.2 污水允许排放最高化学需氧量（COD）标准（单位：mg/L）

当前，在地表水污染和工业废水性质的研究、工业废水的排放标准以及废水处理厂的运行管理中，多以化学需氧量COD作为有机污染物参数。在一定条件下，将氧化1L水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量用作指标，折算成每升水样被完全氧化后所需的氧的毫克数，以mg/L表示。它反映了水中受还原性物质污染的程度，是水体有机污染的一项重要指标。同时在含醋酸废水中，COD值的大小同样可以反映水样中醋酸含量的多少。在1998年1月1日开始实施的《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）中，对排放废水中的COD值进行了规定，具体如上表1.2所示。

1.3 醋酸废水处理的研究进展

1.3.1 中和法

中和法常用于浓度较低的醋酸废水，通常以石灰石或者纯碱作为碱剂与废水中和，反应生成的醋酸盐通常不再进行回收处理。

金皓^[5]采用石灰石法中和醋酸废水，处理后的醋酸废水pH可达6-6.5，符合后续生化处理的水质要求，相比用液碱中和的方式，该法的处理成本降低了82.8%。