環(huán)境工程外文翻譯1

1、譯文：在間歇反應器內(nèi)利用類產(chǎn)堿假單胞菌屬cect5344堿性氰化物進行去除以及研究ph對其的影響摘要：含氰廢水的毒性可以利用cect5344產(chǎn)堿假單胞菌菌株在間歇反應器內(nèi)進行降解。而利用堿性介質(zhì)進行處理就可以避免hcn的揮發(fā)。優(yōu)化這種操作程序，以此即可用于評估氰化物在不同ph值和溶解氧濃度下的降解性能。在無任何連續(xù)調(diào)節(jié)的情況下，讓起始ph值為10，總氰化物的平均去除速率為；然而，這種方法卻使得產(chǎn)生hcn的危險性大大增加。最后發(fā)現(xiàn)氰化物的消耗是由ph決定的。而這樣的話，在ph為10的情況下微生物就無法生存。另一方面，ph為9.5的時候氰化物去除率最多能達到。在高ph值同時低溶解氧（10%）的情況

2、下能夠使hcn的揮發(fā)降低到最小。這個研究對廢水生物處理提供了一個新的基本知識，這又為那些最初利用物化方法凈化含氰化物及氰基金屬配合物廢水提供了一個有效的選擇。關鍵詞：氰化物 假單胞菌 間歇式發(fā)應器 生物降解 廢水1. 簡介氰化物在化工領域十分重要，它在采礦業(yè)（黃金提取），電鍍行業(yè)以及其他工業(yè)領域內(nèi)使用產(chǎn)生量巨大。這些行業(yè)排放大量的含氰廢液，而這些廢液含有大量重金屬并且毒性大，危害性顯著。例如，西班牙的科爾多瓦市，其珠寶行來每年產(chǎn)生大約10噸的堿性廢液（ph大于13），其中包括的游離的氰化物嘗濃度就高達20mg/l(ca. 0.77m)，而這還不算其中大量的氰和一些金屬（fe, co, cu,

3、ni, zn ag, v and au)的配合物。氰化物在環(huán)境有多種存在形式，包括hcn，簡單無機鹽（nacn，kcn），以及與金屬的配合物，硫氰酸鹽類，有機氰化物或腈類。其毒性自身的特有結(jié)構(gòu)決定。因此，游離氰化物對于新陳代謝來說毒性大，危險性高，而對與金屬的配合物而來說，其毒性則由氰從其中釋放的難易程度決定。游離氰化物的毒性隨著ph降低而增大；實際上，共酸形式hcn的毒性是其離子形式cn-的2.3倍。氰化物的毒性效應是通過至少三種人們所知的機制表現(xiàn)出來的，這些機制涉及幾種物質(zhì)的形成：第一，在金屬酶的活性部位與二價或三價金屬形成配合物，比如細胞色素氧化酶。第二，席夫堿中間體在酶催化過程中引起穩(wěn)

4、態(tài)腈衍生物生成或者第三，與代謝殘留的柄酮生成腈醇。由于過去的工業(yè)活動以及意外泄露，世界上有無數(shù)地方被氰所污染。含氰廢水沒有經(jīng)過事先預處理，將其中氰化物的含量減少到很低水平（小于1mg/l）是不許隨意排放的。富含氰化物的廢物通常利用物理和化學方法將氰化物轉(zhuǎn)化為毒性更低的物質(zhì)。通常廣泛應用的去除毒性的方法涉及到化學氧化。比如在堿性條件下加氯氧化就是如此，利用這種方法可以將富含氯的物質(zhì)最初轉(zhuǎn)化為毒性更低的氰酸鹽，而這些氰酸鹽能在繼續(xù)加氯的情況下進一步被氧化。盡管這種方法在降低富含游離氯的廢水的情況下會很有效，但也存在一缺點。因此，在處理金屬氰配合物的時候，其低活性會使得加氯氧化無效。而且，這種工藝也

5、會產(chǎn)生污泥，并且需要授權(quán)處理；加上由于需求大量的氯，其自身成本也增加；此外，這還會導致一此有害有機化合物生成。其他一些方法包括利用so2或氣態(tài)化合物（國際鎳公司懸浮熔煉法），銅催化過氧化氫氧化法，臭氧氧化法，鐵沉淀法以及電解分離法。然而，這些方法的成本都非常高關且需要特殊設備和專門維護。因為目前沒有一個物理或化學方法能為人們完全接受，因此人們迫切需要發(fā)展一個低成本，能有效降解氰化物的工藝。微生物方法相對于傳統(tǒng)工藝而言(生物降解和生物修復)會是一個潛在的低成本，環(huán)境友好型方法。利用微生物降解氰化物相對物理和化學方法而言有很多優(yōu)勢，其中就包括：就地處理成本低；能完全地將有毒物質(zhì)傳化自然地無毒派生物

6、。然而，在通過合適的試點研究之后，其工藝的發(fā)展及由試驗點向全工業(yè)領域推廣過程中，我們要做的還有很多。盡管氰化物對生物體有害，但自從一些能通過酶反應代謝氰的微生物被發(fā)現(xiàn)后，相對于傳統(tǒng)化學方法而言，在去除氰化方面，生物方法仍然是一種可行的選擇。首次用微生物去除氰化物是在哈母斯特克（美國南達科他州）的一個金礦業(yè)上。自那以后，利用微生物降解氰就成為很多研究者在實驗室、飛行行業(yè)及各方面的研究主題。而至今在這方面所遇到的最大因難就是對微生物大多數(shù)酶而言，需要中性ph才能發(fā)揮其最優(yōu)良活性，而這對去除富含氰化物的物質(zhì)而言，卻是不合適的，因為能常在堿性條件下，氰化物的去除效果才最好。有些學者成功地在中性或酸性條

7、件下利用微生物降解了氰化物；也許，一些微生物菌珠在堿生氰化物中能生存，但在這種條件下卻不能進行有效地降解。在之前的研究中，我們分離并標識了一類微生物菌株產(chǎn)堿假單胞菌cect5344，這類菌株能夠在堿性條件下以氰化物作為唯一氮源進行生長。在這項工作中（這項工作只是另一更綜合優(yōu)化研究的一部分），我們用產(chǎn)堿假單胞菌珠cect5344在批式反應器中，于堿性條件下處理富含氰化物廢水，并考察了各類與微生物成長相關的變量（比如供氧，ph）對其去除效率的影響。2.材料與方法2.1化學藥品氰化鈉（nacn，純度大于97%），氯化銨（99.5%）和醋酸鈉（99%），這些是由美國的sigmaaldrich公司提供。

8、氮則從法國巴黎的air liquid公司購買。而其他用于研究的化學藥品是分析級的。將所有這些藥品溶于超純水中制成溶液，這種超純水是用從貝特福特的密里博公司引進的超純水系統(tǒng)制備。2.2.微生物及其生長條件嗜堿并以含氰化合物為營養(yǎng)的產(chǎn)堿假單胞菌株cect5344能在lb培養(yǎng)基上培養(yǎng)。此外，它還能夠在加了50mmol/l醋酸鈉（作碳源）和2mmol/l氰化鈉或氯化銨（作單一氮源）基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)。通過加入0.1克當量濃度的naoh調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的ph為9.5至10。常備的200mmol/l的nacn溶液通過在naoh調(diào)節(jié)下溶入nacn制成。而固體培養(yǎng)基則是由比重為1.5%的細菌瓊脂粉制成。在new br

9、unswick scientific c24型號的軌道細菌培養(yǎng)器中，保持有氧條件，30c，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為250r/min，此類細菌通常能正常生長。培菌液需加在100ml的錐形瓶中，其容量為錐形瓶總?cè)萘康?0%，制成后，將其在30c，轉(zhuǎn)速為250r/min條件下進行培養(yǎng)。最后種菌的純度則在培養(yǎng)皿中進行檢測。2.3.細菌生長的檢測對菌種生長進行狀況檢測有三種方法，即：一，檢測在600nm光波長條件下的吸光度；二，在富含lb培養(yǎng)基基質(zhì)的固體培基經(jīng)稀釋10倍后，在平板上計量菌落的形成單位數(shù)，其單位為cfuml-1。三，將5ml的培養(yǎng)液樣本經(jīng)whatmantm 一號濾紙過濾，并與100c下干燥至恒重，稱細胞

10、干重，單位為g cell/l。2.4.分批培養(yǎng)條件該實驗在biostat b類發(fā)酵罐外加容量為5l的生物反應器內(nèi)進行（見圖示1）。其操作程序如下：反應器裝滿了營養(yǎng)物質(zhì)，包括50mmol/l醋酸鈉（碳源）和2mmol/l氯化氨（氮源）。反應器及其基質(zhì)需經(jīng)過高壓蒸氣滅菌，且其中不能含有mgso4和 feso4，這就需在先高壓蒸氣滅菌后，經(jīng)過濾，然后再加到基本培養(yǎng)基液中制成。在產(chǎn)堿假單胞菌于基本培養(yǎng)基（其中含有2mmol/l的氯化銨作為氮源）經(jīng)24小時培養(yǎng)后，有5ml的培養(yǎng)液被消耗掉了；這種培養(yǎng)液在培養(yǎng)之初時菌量大約為3105 cfuml-1，其干重為0.010 g cell l-1，然而在經(jīng)過24

11、小時其銨鹽被消耗完后，nacn原液則要按所需氰濃度為45mg/l的量加入容器中進行培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度保持在30c，起始ph利用naoh調(diào)節(jié)為9.5至10。在開始培養(yǎng)后，通過自動添加0.1克當量濃度的naoh調(diào)節(jié)ph值。培養(yǎng)過程中需不斷以450r/min速度攪拌。通過利用可消毒的氧分壓探針以及利用脈沖空氣控制閥促進曝氣的生物反應器主控裝置來使溶解氧保持在35%或10%。為了防止hcn的泄露，反應器內(nèi)的排氣冷卻器與含有較高濃度naoh溶液的洗瓶相連。若瓶內(nèi)溶液中氰化物較少，則說明曝氣程序效果較好。2.5.分析方法銨離子可用泰斯勒試劑進行定量，而氰化物則可用比色法進行定量。2.6.數(shù)據(jù)統(tǒng)計所有標繪數(shù)據(jù)是

12、三組獨立實驗的平均值。其平均標準偏差不超過3%。 圖1圖1說明：生物反應器示意圖。批量實驗在發(fā)酵罐與反應器內(nèi)進行，反應器是一個最大容量為5l的玻璃量杯，其上有蓋以保證密封條件。通過攪拌使內(nèi)部溶液混合。其氣體處理系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子流量計和電磁閥組成。該系統(tǒng)通過回流泵或水浴使溫度保持在30c。ph則通過蠕動泵添加基本溶液來調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)配有ph計，氧分壓探針及溫度計。通過mfcs或da軟件來進行視圖化，數(shù)據(jù)采集，以及展現(xiàn)發(fā)展趨勢。3.結(jié)果及分析在這項研究中，我們檢測了在含有氰化物的批式反應器中ph和溶解氧對這類嗜堿性的產(chǎn)堿假單胞菌珠cect5344生存能力的影響。這類菌珠能在ph為11.5，氰根濃度達780

13、mg/l的溶液中生存。我們通過一系列實驗來檢驗ph的影響，其起始ph為均為10，之后就不再對ph進行控制。在經(jīng)過140小時后，檢測到氰化物明顯降解及微生物顯著生長。圖2a-c表明了氰化物，銨離子，溶解氧，ph幾者變化同微生物生長之間的關系。為了避免由氣提引起溶解氧不足及hcn的揮發(fā)，將溶解氧濃度設置在35%（圖2b）。在這種條件下，cn濃度為45mg/l的廢水，其氰化物在57.6小時后均被去除（平均支除速率為0.78mgcn l1 h1)，這相當于氰的平均消耗率為2.81mg cn l1 o.d.1 h1（圖2a）。從圖2b中可以看出，溶解氧濃度及ph值的降低是產(chǎn)堿假單胞菌分解氰化物引起的結(jié)果

14、。因此，ph值由初始的10降到終約為7.5；然而，在ph降至9之前，已經(jīng)有大約60%的氰化物被降解。因此，氰的降解是主要發(fā)生在ph為9至10之間。很多微生物以能夠在堿性條件下降解氰化物為人們所知。因此，人們發(fā)現(xiàn)， 腐皮鐮刀菌的一類真菌菌株ihem 8026經(jīng)過96小時后，于堿性條件下能夠降解濃度為50mg/l的氰化物（平均速率為0.52mgcn l1 h1），但是基質(zhì)中酵母提取物濃度達125mg/l。該氰化物的降解速率同此文中菌珠cect5344能降解的速率相似，但是前者需要酵母提取物的存在。同樣，洋蔥假單胞菌屬在ph為10時也能降解氰化物，但需要葡萄糖作為碳源。此外，葡萄糖與氰能發(fā)生化學反應

15、，因此葡萄糖作為碳源行不通。斜生珊藻也能有效降解氰化物，在初始ph為10.3時其降解速率能達0.10mg cn l1 h1，且無需后續(xù)控制。但這可能會導致hcn逸出。有些學者已成功在中性條件下利用假單胞菌屬對氰化物進行生物去除。培養(yǎng)液中含有酵母提取物(kin btm)和甘油，并以此作為碳源。然而，在這種情況下，氰化物的生物降解實際上決定了其化學轉(zhuǎn)化。微生物的生長，是以菌落形成單位cfu，吸光度（波長為600nm）和干重來表達。這三種類形表達了相似的變化形式（圖2c）。在將氰化物加到氨增長型細胞中時，出現(xiàn)了很長一段遲滯期。實際上，在這個階段中，并沒有發(fā)現(xiàn)任何的增長現(xiàn)象，但是氰化物確實有被去除，且

16、氰化物濃度被降低到了約30mg/l。在這初級階段中，也許會要求引出一些導致氰降解的理論現(xiàn)象，比如對氰不敏感的呼吸作用，以氰化物形式來獲取鐵的載鐵體機制，以及涉及生物降解路徑的特定酶或代謝中間產(chǎn)物等。正如后面所說，遲滯期受ph影響很大，其后伴隨著指數(shù)增長，并且在加入氰化物60至80小時后，能達到最好的去除效果。而氰化物去除的同時，伴隨著細菌的對數(shù)生長期以及氧消耗量的大幅增加。圖2圖2說明：在無后續(xù)ph控制下，類產(chǎn)堿假單胞菌cect5344于ph為10時對氰化物的去除。(a)銨與氰化物消耗量（b）ph變化與氧 (c)600nm光波長下，測量吸光度檢測到的細菌生長（cfu ml-1，dw g cel

17、l l-1）。在經(jīng)過24小時，氮源（氯化銨）被消耗掉后，加入氰化物（45mgl-1）。初始ph為10但無需后續(xù)控制。正如圖3所示，細菌生長和氰化物的去除始終密切相關。因此在各種模式下，包括連續(xù)性操作，這一菌株似乎在降低含有氰化物廢水毒性方面會十分有效。培養(yǎng)液中加入的氰根（作為單一氮源）濃度為45 mgl-1時，我們發(fā)現(xiàn)，當yx/cn 值為5.9 o.d. (600 nm) g1 cn時，另兩個參數(shù)分別為3.58 g cell l1 g1 cn，1.191010 cfuml1 g1 cn。這些數(shù)值與氰化物的去除產(chǎn)量0.17 g cno.d. (600 nm)1, 0.28 g cn g1 cel

18、l l， 8.41011 gcn cfu1 ml是密切相關的。圖3圖3說明：該菌株能去除氰化物。菌生長量表示方法有吸光度用（）表示，干重用（-）表示，以及菌落形成單位cfu用（.）表示。該菌是在含氰的批式反應器中，初始ph為10且無后續(xù)控制情況下進行培養(yǎng)，并以氰去除效益（g/l）展現(xiàn)出來，最終得出該線性圖形從動力學上來講，對于指數(shù)生長階段，我們可以假定是在一級動力學（）的情況下，通過細胞的物料平衡來估算其特有生長速率。其中x代表細胞濃度，xi代表對數(shù)成長初期的細胞濃度。代表在時間點t時的生長速率。實際上，正如圖4所示，最終獲得的直線圖形與細胞濃度表達方法無關，而其細胞比生長速率最終測得為0.0

19、74 h1若以這個速率來唐預測，菌株cect5344所需時間會是9.4小時，這將會高出以氰酸鹽，銨，硝酸鹽作為氮源時所需時間的兩倍。在之前的研究工作中就發(fā)現(xiàn)，惡臭假單胞菌株cp1在含對氯笨酚的廢水中，其比生長速率為0.013 h1。而一種類產(chǎn)堿假單胞菌株kpn在優(yōu)化條件，并以吡啶作為碳源和氮源時，其比生長速率為0.2 d1。待添加的隱藏文字內(nèi)容2圖4圖4說明：該圖適用于細胞生長符合一級動力學規(guī)律的菌珠。展示了ln (x/xi)值與時間變化之間的關系。共中x表示細胞濃度，xi表示初始細胞濃度：（）表示lno.d. 600 nm/o.d. 600nmi ，（）表示lndw/dwi，而()表示lnc

20、fu/cfui。圖5圖示5說明：展示了產(chǎn)堿假單胞菌珠cect5344在ph控制為10時對氰化物的去除效果。a圖表示銨和氰化物。b圖為ph變化和溶解氧。c圖為在波長為600nm下的監(jiān)測到的細菌成長過程中的吸光度。當?shù)绰然@被消耗后，調(diào)節(jié)并保持持續(xù)ph為10直到500h后，取消對ph的控制。圖6圖6說明：展示了產(chǎn)堿假單胞菌cect5344在ph控制在9.5時對氰化物的降解效果。圖a為銨和氰化物的消耗，以及在波長為600nm下的監(jiān)測到的細菌成長過程中的吸光度。b圖為ph變化及溶解氧飽和度。在24小時后，氯化銨消耗盡時，加入濃度為45mgl-1的氰。整個過程中保侍ph為9.5。在氰的生物降解方面，p

21、h是一個重要的影響因素。實際上，為了提高這種生物工藝降解的安全性和有效性，需要在較高ph條件下以防止hcn（pka = 9.2)的形成。這就使得我們必需在一個持續(xù)叫高ph值的條件下來評價菌體的生長和氰的同化。因此，如第二部分描述的那樣，細胞會提前成熟，并且在加入氰化物后，ph會調(diào)節(jié)并保持在10左右（圖5，在時間為500h時）。從圖5c中可以看出，盡管在這種條件下細胞生長會受抑制，但其濃度仍保持在5108 cfuml1左右。圖2中情況也類似，我們發(fā)現(xiàn)有些氰化物在遲滯期就被消耗掉了，氰化物濃度由45mgl1降至30mgl-1，但是控制ph并不能夠滿足氰化物的進一步降解（圖5a所示）。其中還發(fā)現(xiàn)溶解

22、解濃度的微量變化（如圖5b所示）。另一方面，不控制ph變化（圖5中從500h至最后）時，細菌在生長的同時也伴隨著氰化物的去除。盡管持續(xù)的高ph（10)條件會使其生物降解效率偏低甚至根本無法降解，但該微生物始終能夠生存，并且在該條件下能何持一定量的濃度。這個結(jié)果表明，ph值變化需在有控范圍內(nèi)以確保氰化物的完全降解，并同時防止氰化氫的析出。這就使我們要在控制ph為9.5時檢測來氰化物的降解程度，在這個過程中，溶解氧飽和度也應始終保持在10%左右（低于之前）。同之前一樣，在銨有限的情況下，細胞提前成熟。利用這個程序，氰化物在經(jīng)69.1h之后去除量為44.9mg/l，其去除平均速率約為0.64mgcn l1 h1，相當于2.31mgcn l1 o.d.1 h1（如圖6a所示）。其最后獲得的值只是比在第一個實驗中初始ph為10.0，無后續(xù)調(diào)節(jié)及氧飽和度為35%時稍小一點。然而，這兩個實驗在統(tǒng)計學上基乎沒什么差異