白腐真菌反应器中细菌的抑制方法研究

论文摘要

白腐真菌能降解许多异生物质,在水污染控制中具有潜在应用价值,但其反应器体系易被细菌污染,导致反应器运行失败,制约了白腐真菌的工程应用。为此,本论文提出通过研发新载体,采用固定化培养,固定化菌丝打断后接种等策略以提高单位体积白腐真菌生物量,增强白腐真菌与污染细菌的竞争能力,并结合臭氧抑菌来解决染菌问题。试验研究了这些策略的可行性和有效性。设计并制备了一种新载体—打结棉线载体,试验考察了采用此载体对P.chrysosporium固定化培养特性的影响。结果表明,与自由悬浮生长体系相比,在投加打结棉线载体的固定化培养体系中,葡萄糖的利用速率和生物量分别提高1倍、0.9倍,合成锰过氧化物酶(MnP)的时间从第6 d提前到第3 d,且MnP的峰值合成量提高2.5倍,达到1469 U/L。探索出一种提高单位体积白腐真菌生物量的新方法,即将附着在打结棉线载体上的菌丝打断作为接种物,再次固定化培养。此法可将每个载体的附着生物量由孢子接种所形成的0.01 g提高至0.0314 g。设计并构建了设有外部循环臭氧杀菌单元的白腐真菌反应器系统,消除臭氧对白腐真菌的影响;发现低浓度(如0.98 mg/L)臭氧对MnP活性没有影响,表明将臭氧用于抑制白腐真菌反应器中的污染细菌是可行的。进一步采用正交试验,获得了臭氧抑制白腐真菌反应器中污染细菌的优化操作条件。综合上述试验结果,在设计的反应器系统中,以连续运行的方式考察了臭氧的抑菌效果,并对比了固定化、自由悬浮生长和提高单位体积生物量对反应器抑菌、合成MnP及对酸性蓝45的降解特性的影响。结果表明,臭氧可将白腐真菌反应器内污染细菌的数量抑制在1.18×105 CFU/mL;在此基础上,采用固定化培养的P.chrysosporium(1.7 g/L)可使污染细菌下降至8.4×104 CFU/mL,低于自由悬浮生长时的7.13×105 CFU/mL近1个数量级;提高单位体积白腐真菌的生物量至4.3 g/L时,污染细菌进一步下降至4.65×104 CFU/mL;成功实现了P.chrysosporium连续合成MnP和对酸性蓝45的持续脱色。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 白腐真菌的生物学特性
• 1.2 白腐真菌木质素降解酶系统及其降解机理
• 1.2.1 白腐真菌木质素降解酶系统的组成和特点
• 1.2.2 白腐真菌木质素降解酶系统对底物的降解机理
• 1.3 白腐真菌反应器研究现状
• 1.3.1 各类反应器的结构特点
• 1.3.1.1 移动床或流动床式白腐真菌反应器
• 1.3.1.2 固定床式白腐真菌反应器
• 1.3.1.3 悬浮生长式白腐真菌反应器
• 1.3.2 反应器的运行参数
• 1.3.3 反应器的运行策略与结果
• 1.4 抑制白腐真菌反应器中细菌污染的策略
• 1.5 本课题的研究目的和主要研究内容
• 1.5.1 本课题的研究目的
• 1.5.2 技术路线
• 1.5.3 主要研究内容
• 第2章 打结棉线载体的设计、制备及其对P.chrysosporium 生长和MnP 合成特性的影响
• 2.1 试验材料和方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.3 分析方法
• 2.2 打结棉线载体的设计、制备及其特征
• 2.2.1 打结棉线载体的设计与制备
• 2.2.2 打结棉线载体的特点
• 2.3 载体投加量对P.chrysosporium 生物量的影响
• 2.4 固定化P.chrysosporium 对葡萄糖的利用率和其生物量的变化
• 2.5 打结棉线载体对P.chrysosporium 生长稳定性的影响
• 2.6 不同载体量对P.chrysosporium 合成MnP 的影响
• 2.7 本章小结
• 第3章 提高白腐真菌单位体积生物量的方法
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验设备与装置
• 3.1.3 试验方法
• 3.1.3.1 固定化菌丝打断方法的试验
• 3.1.3.2 打断的固定化菌丝再次固定化生长特性的试验
• 3.1.4 分析方法
• 3.2 采用超声打断固定化菌丝的效果
• 3.3 机械搅拌打断固定化菌丝的效果
• 3.3.1 采用60 个附菌载体在不同条件下的菌丝打断效果
• 3.3.2 采用90 个附菌载体在不同条件下的菌丝打断效果
• 3.3.3 采用120 个附菌载体在不同条件下的菌丝打断效果
• 3.4 打断的固定化菌丝再次固定化生长的特性
• 3.4.1 打断菌丝在载体上的生长过程
• 3.4.2 打断菌丝在载体上的生长特性
• 3.5 本章小结
• 第4章 臭氧对MnP 活性的影响及抑菌效果的研究
• 4.1 试验材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.3 分析方法
• 4.2 不同浓度的臭氧对MnP 活性的影响
• 4.3 经臭氧作用后的MnP 对甲基橙的降解特性
• 4.4 低浓度臭氧对E.coli 的杀灭效果
• 4.5 MnP 抗臭氧的机理探讨
• 4.6 本章小结
• 第5章 白腐真菌反应器的设计与构建
• 5.1 白腐真菌反应器系统的设计
• 5.2 白腐真菌反应器系统的运行
• 5.2.1 反应器系统的运行条件
• 5.2.1.1 白腐真菌反应器单元的运行条件
• 5.2.1.2 臭氧杀菌单元的运行条件
• 5.2.2 白腐真菌反应器系统运行效果
• 5.2.2.1 间歇投加臭氧的抑菌效果
• 5.2.2.2 臭氧杀菌单元连续运行的抑菌效果
• 5.3 本章小结
• 第6章 臭氧抑制白腐真菌反应器中污染细菌的条件优化
• 6.1 臭氧投加量的调节措施
• 6.2 优化臭氧抑菌条件的正交试验
• 6.2.1 正交试验的方法与步骤
• 6.2.2 反应器装置与反应器的运行条件
• 6.3 正交试验的结果与分析
• 6.3.1 抑菌过程中细菌的数量变化
• 6.3.2 正交结果的直观分析
• 6.3.3 正交结果的方差分析
• 6.3.3.1 自由度（f）的计算
• 6.3.3.2 偏差平方和的计算
• 6.3.3.3 平均偏差平方和的计算
• 6.3.3.4 F 比
• 6.3.3.5 显著性
• 6.3.4 确定各因素的最优水平
• 6.3.5 优化条件的验证试验
• 6.4 本章小结
• 第7章 白腐真菌反应器的运行
• 7.1 试验条件与方法
• 7.1.1 试验条件
• 7.1.2 白腐真菌反应器系统及其运行条件
• 7.1.3 分析方法
• 7.2 白腐真菌反应器中的pH 变化
• 7.3 白腐真菌反应器中葡萄糖、氨氮浓度的变化
• 7.4 白腐真菌反应器中污染细菌的数量变化
• 7.5 反应器中P.chrysosporium 合成MnP 的情况
• 7.6 反应器中P.chrysosporium 对酸性蓝45 的脱色效果
• 7.7 反应器中P.chrysosporium 的形态变化
• 7.8 本章小结
• 第8章 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果