生物炭载体研制及其固定红球菌PDX01降解高浓度吡啶废水的性能研究.pdf

摘要

吡啶广泛应用于农业、制药业和化学工业中，因其结构稳定且毒性高，导致含吡

啶废水可生化性差，如何实现其高效生物降解是环境科学研究的热点问题之一。通过

筛选分离高效降解优势菌是一种有效的解决方法，但优势菌易受环境条件的干扰、分

离难且多次培养成本高。为提高其抗环境干扰能力，利用固定化技术进行优势菌挂膜

和富集，可有效增强其活性和稳定性。因此，本研究以废弃生物质为原料研制了系列

生物炭材料，进行了生物炭固定化优势菌Rhodococcussp.PDX01降解吡啶的研究，

探讨了生物炭对吡啶的吸附性、生物炭固定PDX01降解吡啶性能以及对实际废水的

处理效果，并借助SEM、XRD、FTIR、EPR、元素分析和吸附模型等手段和方法，

初步解析了相关的机理，获得了以下主要结论：

（1）以木屑、杏壳等废弃生物质为原料成功研制了系列生物炭材料，其中木屑

生物炭具备了最利于微生物吸附固定的特征。木屑生物炭表面孔径大于5μm有利于

PDX01杆状细胞进入；表面所带正电荷数量更多，吸水量高达7.216g水/g生物炭，

更利于固定微生物；且元素组成中碳含量高，C/H占比更高，说明芳香化程度高于其

他生物炭；此外，木屑生物炭持久性自由基的含量远低于其他生物炭材料，对微生物

的刺激伤害作用更小。

（2）研制的系列生物炭对吡啶吸附效果表现为：活性炭﹥杏壳生物炭﹥木屑生

物炭，但三种生物炭吸附机理不同，其中木屑生物炭吸附吡啶的过程与准二级动力学

的拟合程度相对较好，其吸附过程主要受化学作用控制。而活性炭和杏壳生物炭的吸

附动力学与准一级动力学基本吻合，其吸附过程主要以物理吸附为主。

（3）在进水pH为7.0、温度为35℃、吡啶浓度为200mg/L的条件下，木屑生

物炭固定化菌可在8h内完全降解吡啶，与纯菌相比缩短了4-6h；且在废水含氯化

钠浓度高达100g/L以及25~45℃等不同温度条件下，生物炭固定化菌均表现出更高

的处理能力和稳定性。

（4）木屑生物炭固定化菌剂降解吡啶的过程可分为两个阶段，第一阶段主要是

通过木屑生物炭对吡啶的吸附以及PDX01菌初步粘附在材料表面进而降解吡啶来共

同完成；第二阶段则是PDX01菌几乎占据了材料表面的活性吸附点位，通过该菌分

泌的胞内外酶来实现对废水中吡啶的降解。

关键词：生物炭；固定化菌剂；吸附；吡啶；废水处理

I

Abstract

Pyridineiswidelyusedinagriculture,pharmaceuticalindustryandchemicalindustry.

Becauseofitsstablestructureandhightoxicity,thebiodegradabilityofpyridinewastewater

ispoor.‘Howtorealizeefficientbiodegradationofpyridinefromwastewater?’isoneof

thehotissuesinenvironmentalscienceresearch.Screeningandisolationofhigh-efficiency

degradationdominantbacteriaisaneffectivesolution,butthesedominantbacteriaare

disturbedeasilybyenvironmentalconditions.Moreover,thecostofcultivatingthese

dominantbacteriaisveryhighanditisdifficulttoisolateandretainthem.Inorderto

improvetheirsanti-environmentaldisturbanceabi