str. 1 - Wydawnictwo Politechniki Śląskiej

3
SPIS TREŚCI
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ I SKRÓTÓW ............................................ 7
1. WSTĘP ...................................................................................................................... 9
2. PRZEGLĄD LITERATUROWY ........................................................................... 12
2.1. Barwniki syntetyczne, właściwości, klasyfikacja i zastosowanie ................... 12
2.1.1. Barwniki azowe...... .............................................................................. 15
2.1.2. Barwniki trifenylometanowe ................................................................ 18
2.2. Obecność barwników syntetycznych w środowisku ....................................... 21
2.2.1. Źródła emisji zanieczyszczeń barwnikowych do środowiska .............. 21
2.2.2. Skutki środowiskowe wynikające z obecności zanieczyszczeń
barwnikowych ....... .............................................................................. 26
2.3. Technologie stosowane w usuwaniu barwników ze ścieków ......................... 33
2.3.1. Fizyczne i chemiczne metody usuwania barwników syntetycznych .... 34
2.3.1.1. Fizyczne metody ...................................................................... 34
2.3.1.2. Chemiczne metody .................................................................. 35
2.3.1.3. Fizykochemiczne metody ........................................................ 36
2.3.2. Biologiczne metody dekoloryzacji barwników syntetycznych ............ 36
2.3.2.1. Bakterie wykorzystywane w usuwaniu zanieczyszczeń
barwnych ... .............................................................................. 40
2.3.2.2. Mechanizmy bakteryjnej dekoloryzacji ................................... 42
2.3.2.3. Czynniki wpływające na efektywność procesu bakteryjnej
dekoloryzacji............................................................................ 49
2.3.2.4. Ocena bezpieczeństwa środowiskowego bakteryjnych
procesów dekoloryzacji.......................................................... 55
3. ZDEFINIOWANIE PROBLEMU BADAWCZEGO ............................................. 58
3.1. Cel pracy........................................................................................................... 60
3.2. Tezy pracy ........................................................................................................ 61
3.3. Zakres pracy ..................................................................................................... 62
4. METODYKA BADAŃ ........................................................................................... 63
4.1. Materiały użyte w badaniach ........................................................................... 63
4.1.1. Barwniki ................................................................................................ 63
4.1.2. Zastosowane podłoża ............................................................................ 64
4.1.3. Materiał biologiczny ............................................................................. 64
4.1.3.1. Szczepy bakteryjne .................................................................. 64
4.1.3.2. Organizmy testowe .................................................................. 65
4.2. Metodyka badań bakteryjnej dekoloryzacji .................................................... 66
4.2.1. Przygotowanie inokulum bakteryjnego i namnożenie biomasy ........... 66
4.2.2. Określenie możliwości dekoloryzacyjnych szczepów bakteryjnych .... 66
4
4.2.3. Test stężeniowy ..................................................................................... 67
4.2.4. Dekoloryzacja pojedynczych barwników i ich mieszaniny
w różnych warunkach hodowli (badania główne) ............................... 68
4.2.4.1. Przygotowanie biomasy .......................................................... 68
4.2.4.2. Dekoloryzacja pojedynczych barwników i ich mieszaniny
w warunkach zróżnicowanego wytrząsania hodowli ............. 69
4.2.4.3. Bioreaktory – dekoloryzacja mieszaniny barwników
przez mieszane kultury bakteryjne w różnych warunkach
hodowli ................................................................................... 70
4.2.5. Ocena ekotoksykologiczna ................................................................... 72
4.2.5.1. Fitotoksyczność ....................................................................... 73
4.2.5.2. Zootoksyczność ....................................................................... 73
4.3. Analiza statystyczna ......................................................................................... 74
5. OMÓWIENIE I DYSKUSJA WYNIKÓW ............................................................ 75
5.1. Screening szczepów bakterii aktywnych w dekoloryzacji barwników
syntetycznych różnych grup ........................................................................... 75
5.2. Wyniki testu stężeniowego.............................................................................. 78
5.3. Dekoloryzacja zieleni brylantowej i błękitu Evansa oraz ich mieszaniny
przez pojedyncze szczepy bakteryjne w warunkach zróżnicowanego
wytrząsania hodowli ....................................................................................... 81
5.3.1. Dekoloryzacja trifenylometanowej zieleni brylantowej ....................... 82
5.3.2. Dekoloryzacja azowego błękitu Evansa ............................................... 93
5.3.3. Dekoloryzacja mieszaniny barwników ............................................... 103
5.3.4. Ocena ekotoksykologiczna roztworów poprocesowych
po dekoloryzacji zieleni brylantowej i błękitu Evansa oraz ich
mieszaniny przez pojedyncze szczepy bakteryjne ............................. 112
5.4. Dekoloryzacja zieleni brylantowej i błękitu Evansa oraz ich mieszaniny
przez mieszane kultury bakteryjne w warunkach zróżnicowanego
wytrząsania hodowli ...................................................................................... 116
5.4.1. Dekoloryzacja trifenylometanowej zieleni brylantowej ..................... 117
5.4.2. Dekoloryzacja diazowego błękitu Evansa .......................................... 125
5.4.3. Dekoloryzacja mieszaniny barwników ............................................... 133
5.4.4. Ocena ekotoksykologiczna roztworów poprocesowych
po dekoloryzacji zieleni brylantowej i błękitu Evansa oraz ich
mieszaniny przez mieszane kultury bakteryjne .................................. 146
5.5. Dekoloryzacja mieszaniny barwników przez mieszane kultury
bakterii – bioreaktory .................................................................................... 151
5.5.1. Dekoloryzacja mieszaniny barwników ............................................... 151
5.5.2. Ocena ekotoksykologiczna roztworów poprocesowych
po dekoloryzacji mieszaniny barwników przez mieszane kultury
bakteryjne ............................................................................................ 168
6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI ......................................................................... 171
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 177
Streszczenie ................................................................................................................. 204
5
CONTENTS
ABBREVIATIONS AND SYMBOLS ........................................................................... 7
1. INTRODUCTION ..................................................................................................... 9
2. LITERATURE REVIEW ........................................................................................ 12
2.1. Synthetic dyes, properties, classification and application ................................ 12
2.1.1. Azo dyes .................. .............................................................................. 15
2.1.2. Triphenylmethane dyes .......................................................................... 18
2.2. Presence of synthetic dyes in environment ...................................................... 21
2.2.1. Sources of emission of dyes contaminants into environment ................ 21
2.2.2. The environmental results of presence of dyes contaminants................ 26
2.3. Technologies used for dyes removal from wastewaters .................................. 33
2.3.1. Physical and chemical methods of removal of synthetic dyes.............. 34
2.3.1.1. Physical methods .................................................................... 34
2.3.1.2. Chemical methods ................................................................... 35
2.3.1.3. Physical-chemical methods ..................................................... 36
2.3.2. Biological methods of decolourization of synthetic dyes ..................... 36
2.3.2.1. Bacteria used for dyes removal ............................................... 40
2.3.2.2. The mechanisms of bacterial decolourization ........................ 42
2.3.2.3. Factors affecting bacterial dyes decolourization .................... 49
2.3.2.4. Asessment of environmental safety of bacterial
decolourization processes ...................................................... 55
3. DESCRIPTION OF RESEARCH PROBLEM ....................................................... 58
3.1. Goal of research ................................................................................................ 60
3.2. Thesis ................................................................................................................ 61
3.3. Scope of research.............................................................................................. 62
4. METHODS .............................................................................................................. 63
4.1. Materials used in studies .................................................................................. 63
4.1.1. Dyes ........................................................................................................ 63
4.1.2. Media for bacteria cultivation ................................................................ 64
4.1.3. Biological materials................................................................................ 64
4.1.3.1. Bacteria strains .......................................................................... 64
4.1.3.2. Tests organisms ......................................................................... 65
4.2. Methods of bacteria decolourization studies .................................................... 66
4.2.1. Preparation of bacteria inoculum and biomass multiplying................... 66
4.2.2. Asessment of bacteria strains decolourization possibility ..................... 66
4.2.3. Concentration test................................................................................... 67
4.2.4. Decolourization of single dyes and their mixture in different
incubation conditions (main studies) ..................................................... 68
4.2.4.1. Biomass preparation ................................................................. 68
6
4.2.4.2. Decolourization of single dyes and their mixture in
different agitation conditions of samples ................................ 69
4.2.4.3. Bioreactors – decolourization of dyes mixture by mixed
bacteria cultures in different incubation conditions ................ 70
4.2.5. Ecotoxicological asessment ................................................................... 72
4.2.5.1. Phytotoxicity ............................................................................. 73
4.2.5.2. Zootoxicity ................................................................................ 73
4.3. Statistical analysis ............................................................................................ 74
5. RESULTS AND DISCUSSION ............................................................................. 75
5.1. Screening of bacteria strains active in decolourization of synthetic dyes
from different groups........................................................................................ 75
5.2. Results of concentration test............................................................................. 78
5.3. Decolourization of brilliant green and Evans blue and their mixture
by single bacteria strains in different samples agitation conditions ................ 81
5.3.1. Decolourization of triphenylmethane brilliant green ............................ 82
5.3.2. Decolourization of azo Evans blue ........................................................ 93
5.3.3. Decolourization of dyes mixture ......................................................... 103
5.3.4. Ecotoxicological asessment of samples after decolourization
of brilliant green and Evans blue and their mixture by single
bacteria strains ..................................................................................... 112
5.4. Decolourization of brilliant green and Evans blue and their mixture
by mixed bacteria cultures in different samples agitation conditions ............ 116
5.4.1. Decolourization of triphenylmethane brilliant green ........................... 117
5.4.2. Decolourization of azo Evans blue ...................................................... 125
5.4.3. Decolourization of dyes mixture ......................................................... 133
5.4.4. Ecotoxicological asessment of samples after decolourization
of brilliant green and Evans blue and their mixture by mixed
bacteria cultures ................................................................................... 146
5.5. Decolourization of dyes mixture by mixed bacteria cultures – bioreactors
studies ............................................................................................................. 151
5.5.1. Decolourization of dyes mixture ......................................................... 151
5.5.2. Ecotoxicological asessment of samples after decolourization
of dyes mixture by mixed bacteria cultures ......................................... 168
6. SUMMARY AND CONCLUSIONS.................................................................... 171
BIBLIOGRAPHY ....................................................................................................... 177
Abstract ....................................................................................................................... 207