论文题目: 有机磷农药曲霉生物降解特性及其动力学的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 石成春
导师: 郭养浩
关键词: 氧化乐果,曲霉,生物降解,三甲基磷酸酯,草甘膦
文献来源: 福州大学
发表年度: 2005
论文摘要: 有机磷农药的生物降解及其污染水体、土壤的生物修复技术是目前的研究热点。本论文研究了有机磷农药曲霉生物降解过程特性及相关技术。本工作从福建省三农集团废水污泥中分离筛选到一株耐高浓度氧化乐果(3000mg/L)、且降解速率较高的曲霉G21。系统研究了曲霉G21 对氧化乐果降解的过程特性。曲霉G21 无法在以氧化乐果为唯一碳源的培养基上生长。外加碳源物质(葡萄糖)是控制曲霉G21 生长的关键性因素。在葡萄糖和氧化乐果共基质体系中,曲霉G21 对葡萄糖和氧化乐果的降解和摄取表现为明显的顺序利用,曲霉优先利用可发酵性碳源葡萄糖,待体系中葡萄糖消耗完毕后才开始快速降解氧化乐果。系统地研究温度、pH 值、葡萄糖、氧化乐果、外加磷源浓度等因素对曲霉生长和对氧化乐果降解活性的影响。在优化条件下(pH5.5,温度30℃,葡萄糖浓度3g/L),氧化乐果初始浓度2000mg/L,降解反应7d,降解率达90%。采用Fed-Batch 培养方式研究氧化乐果曲霉降解过程动力学。研究表明,氧化乐果生物降解属底物抑制过程。氧化乐果浓度为900mg/L 时,氧化乐果比降解速率最佳,其值为0.5mg/h?gdw;氧化乐果浓度高于900mg/L 时,底物抑制现象加剧。采用计算机拟合方法,得到氧化乐果曲霉生物降解动力学模型及相关参数。所得模型可以很好的描述氧化乐果比降解速率与氧化乐果浓度的关系,对指导曲霉G21 生物降解氧化乐果过程具有重要的指导意义。采用GC-MS 手段追踪研究氧化乐果曲霉降解的中间产物及其累积规律。首次报道了O,O,S-三甲基磷酸酯是氧化乐果曲霉G21 生物降解的重要中间产物。氧化乐果分子结构中羰基和其相邻的碳原子的C-C 键可能是曲霉G21 胞外酶的作用位点。在水或土壤介质中,曲霉G21 对O,O,S-三甲基磷酸酯具有较强的进一步降解活性,该有毒中间产物不会随氧化乐果降解率提高而在环境中累积,而是随着氧化乐果生物降解程度提高而被转化降解。研究表明,曲霉G21 对氧化乐果的降解具有生物安全性。污染土壤的生物修复是当前环境保护领域研究的热点。本工作研究了曲霉G21对氧化乐果污染土壤的生物修复能力。在污染物浓度较低时(15mg/kg 干土)时,投加曲霉对生物修复强化作用不明显,但在浓度较高时(150~500mg/kg 干土),外加曲霉明显加快氧化乐果降解速率,原土中氧化乐果污染物的半衰期由8.9d 缩短到4.9d。实验表明,曲霉G21 适用于中高浓度(或污染事故)情况下的土壤生物修复场合。以曲霉G21 为母本经草甘膦驯化筛选,获得可以草甘膦为唯一磷源生长,且具有较高草甘膦降解活性的菌株G21b。草甘膦降解过程也具有显著的底物抑制效应,在草甘膦浓度500mg/L 时,比降解速率最佳,其值为0.016 g/h·gdw。在优化条件下(pH6.0,温度30℃,葡萄糖浓度5~7g/L),草甘膦初始浓度300mg/L,降解反应5d,降解率达97%。本工作筛选的曲霉G21能耐受高浓度氧化乐果和草甘膦,并具有高效降解活性。曲霉是环境友好的微生物,降解中间产物不累积。因而曲霉G21 具备有机磷农药污染环境生物修复潜在的应用前景。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 引言
1.1 课题研究的学术背景及意义
1.2 国内外生物修复研究进展
1.3 环境微生物降解有机磷农药研究进展
1.4 课题立论依据
1.5 主要研究内容和课题创新点
第二章 氧化乐果降解菌筛选及其降解特性的研究
2.1 引言
2.2 实验方法
2.2.1 化学试剂
2.2.2 主要实验仪器
2.2.3 污泥样品采集
2.2.4 培养基组成
2.2.5 菌种的鉴定
2.2.6 氧化乐果降解分批培养实验方法
2.2.7 分析方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 氧化乐果降解菌株的筛选、驯化和初步鉴定
2.3.2 间歇反应器中曲霉G21降解氧化乐果特性的研究
2.4 小结
第三章 Fed-Batch反应器中氧化乐果降解动力学的研究
3.1 引言
3.2 实验方法
3.2.1 菌株G21分批补料(Fed-Batch)培养实验方法
3.2.2 其它实验方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 葡萄糖对曲霉生长和氧化乐果比降解速率的影响
3.3.2 反应器中氧化乐果浓度对曲霉生长的抑制作用
3.3.3 氧化乐果曲霉降解动力学模型的研究
3.4 小结
第四章 氧化乐果污染土壤曲霉G21生物修复研究
4.1 引言
4.2 实验方法
4.2.1 土样预处理
4.2.2 曲霉G21对土壤中氧化乐果的降解实验方法
4.2.3 土壤样品中氧化乐果残留量的测定
4.2.4 其它实验方法
4.2.5 相关定义
4.3 结果与讨论
4.3.1 土壤中氧化乐果含量分析
4.3.2 砂壤土和粉粘土中曲霉G21降解氧化乐果特性
4.3.3 500mg/kg干土浓度条件下氧化乐果在土壤中的降解动态
4.3.4 曲霉G21对氧化乐果污染土壤生物修复效果评价
4.4 小结
第五章 氧化乐果曲霉G21降解中间产物的研究
5.1 引言
5.2 实验方法
5.2.1 液体样品的备制
5.2.2 土壤样品的备制
5.2.3 GC-MS测定条件
5.3 结果与讨论
5.3.1 共基质条件下氧化乐果降解中间产物及其累积效应分析
5.3.2 土壤中氧化乐果降解中间产物及其累积效应的分析
5.4 小结
第六章 曲霉降解草甘膦特性及其动力学的研究
6.1 引言
6.2 实验方法
6.2.1 化学试剂
6.2.2 菌种来源
6.2.3 化学仪器和设备
6.2.4 培养基组成
6.2.5 草甘膦降解菌的驯化
6.2.6 培养方法
6.2.7 分析方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 曲霉G21的草甘膦降解驯化过程
6.3.2 间歇反应器中曲霉降解草甘膦特性研究
6.3.3 Fed-Batch反应器草甘膦降解动力学模型的研究
6.4 小结
第七章 总结论和建议
7.1 结论
7.2 建议和展望
参考文献
个人简介
致谢
发布时间: 2005-10-10
参考文献
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