混合真菌染料脱色系统的构建及脱色机制研究

论文摘要

本研究利用活性黑RB5和活性红M-3BE作为筛选因子,利用酵母富集培养基A、产漆酶培养基B和白腐真菌培养基D从4种不同的自然生境中筛选高效脱色菌群,并比较了几种培养基对富集染料降解微生物的效果,结果表明,酵母富集培养基中所获得的微生物菌群可以对多种不同染料有效脱色、菌群多样性好、培养基组分简单并且可以产生木质素过氧化物酶中的至少两种酶,因此选用于后续研究。从大量的筛选中共得到2组高效脱色菌群,它们在24 h内对50mg/L的活性红M-3BE、酸性红A、活性艳兰KNR的脱色率达到99.73%、97.42%、64.59%。从这些混合菌群中分离到16株真菌纯菌种,根据形态特征初步鉴定为水霉科、曲霉科（红曲霉属）、节壶菌科和白粉菌科,其中8株菌对活性红M-3BE具有明显的脱色作用,2株菌AaR1和AeR1脱色效率最高并且接近混合菌群的脱色效率,通过26S rDNA片段分析表明,AaR1与Fusarium oxysporum有99%的相似性,AeR1与Geosmithia viridis有97%的相似性。用所筛选的混合菌群构建生物膜反应器,在恒定曝气量40 L/min、温度2830℃和13 h水力停留时间条件下,研究了外加营养物浓度对活性黑BES的脱色和矿化效果的影响,结果表明在人工配制染料废水中,葡萄糖浓度对染料脱色率、矿化率、出水pH、SS等水质有明显影响:在酵母富集培养基原液中直接加入30 mg/L染料作为进水的情况下（即葡萄糖和硫酸铵浓度分别为5 g/L、1 g/L）虽然脱色率可以达到100%,但系统可能处于缺氧的环境下,出水pH很低、SS量高达1300 mg/L。将培养基配比进行5倍和10倍稀释作为进水,在10倍稀释的情况下,脱色率下降为69%79%之间,但染料矿化率明显提高到67.6%,没有可测到的残余糖,出水pH中性。在此条件下对活性红BES的脱色率和矿化率分别在62.3%～68.7%、25.4%～51%之间,对酸性红B的脱色率和矿化率分别在89.9%～92.9%和86.5%～90%。利用该系统对色度为200～320、COD750～1175 mg/L的实际印染废水进行处理,在每L废水中补加0.2g葡萄糖的情况下,色度和COD去除率都达到90%。在反应器运行各条件下的稳定阶段利用培养的方法对生物膜上的微生物组成进行分析,其真菌细菌比例在6.8:1～51.8:1之间,说明系统中真菌菌群占绝对优势。在反应器连续开放条件下运行3个多月之后,对生物膜上的微生物菌群进行分子生物学分析,建立了细菌16S rRNA基因克隆文库和真菌26S rRNA基因克隆文库,通过对两个克隆文库进行序列相似性分析表明,细菌主要聚为四类,分别为Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Actinobacteria。其中有71.4%的序列属于Alphaproteobacteria;真菌克隆文库中70%的序列属于半知菌纲假丝酵母属,另外26.7%聚在绿色木霉中。说明在真菌菌群中是以酵母菌为绝对优势真菌。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 染料简介
• 1.2 染料废水的处理
• 1.2.1 染料废水污染现状
• 1.2.2 染料废水处理方法
• 1.3 染料的生物脱色及机制研究进展
• 1.3.1 真菌对染料的脱色研究
• 1.3.2 细菌对染料的脱色研究
• 1.3.3 藻类对染料的脱色研究
• 1.3.4 构建基因工程菌
• 1.3.5 混合菌群
• 1.4 本研究的目的和意义
• 第二章 高效脱色真菌菌群的富集、驯化和筛选
• 2.1 前言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 方法
• 2.3 实验结果及分析
• 2.3.1 培养基对脱色菌群的富集筛选
• 2.3.2 混合菌群对其它染料的脱色
• 2.3.3 脱色菌群产酶的比较
• 2.3.4 脱色菌群中可培养菌株的丰富度比较
• 2.3.5 脱色菌种的筛选及对不同染料的脱色
• 2.3.6 脱色菌种的鉴定
• 2.4 小结
• 第三章 高效脱色真菌菌群对废水的连续处理及工艺研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 微生物菌群
• 3.2.2 造纸废水
• 3.2.3 人工配制染料废水
• 3.2.4 实际染料废水
• 3.2.5 连续小试装置和操作条件
• 3.2.6 水质分析项目
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 高效脱色真菌菌群对实际造纸废水的处理
• 3.3.2 高效脱色菌群对人工配制染料废水的连续处理
• 3.3.3 高效脱色菌群对实际染料废水的连续处理
• 3.4 小结
• 第四章 反应器中微生物群落产酶及群落结构分析
• 4.1 前言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 主要试剂与试剂盒
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 反应器中微生物菌群的酶活检测
• 4.2.4 反应器中优势微生物菌群的生物培养
• 4.2.5 生物膜上微生物群落基因组DNA 的提取
• 4.2.6 利用细菌和真菌通用引物对提取的基因组DNA 进行PCR 扩增
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 反应器中高效脱色菌群的产酶分析
• 4.3.2 反应器中高效脱色菌群的生物培养计数分析
• 4.3.3 真菌克隆文库和细菌克隆文库序列分析
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录