二氯乙烷降解菌的分离鉴定及降解特性研究

论文摘要

随着工业的快速发展,1,2-二氯乙烷（1,2-DCA）的广泛应用及高毒性使它带来的环境问题与健康问题日益突出。与传统的物理、化学法相比,生物法处理具有效率高、能耗低且无二次污染等优点,在环境污染修复中具有广泛的应用前景。本研究从浙江某化工厂污水处理池的活性污泥中筛选分离到一株能以1,2-DCA为唯一碳源和能源生长的菌株T-2,通过对其形态特征、生理生化特性及16S rRNA基因序列分析,确定该菌株为Starkeya sp..查阅相关文献,推断T-2可能为降解1,2-DCA的新菌株,该菌株在GenBank中的登录号为JN606070,并保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC）,保藏号为M2011263。菌株T-2生长和1,2-DCA降解的最适温度为30℃,最适pH为7.0～8.0;在最适温度和pH条件下讨论了 T-2生长和1,2-DCA降解的规律;通过单因素控制实验考察了底物浓度、外加碳源（酵母粉）、Cl-浓度、不同氮源、（NH4）2SO4浓度、微量元素、氧气浓度等因素对菌株T-2降解1,2-DCA的影响,结果表明:菌株T-2能快速完全降解低浓度的1,2-DCA,当1,2-DCA浓度达到800mg·L-1时,不能实现完全降解;酵母粉的加入能促进菌株T-2的生长和1,2-DCA的降解;菌株T-2耐盐浓度较高,Cl-浓度达到15 g·L-1时降解速率才有所下降;T-2对氮源具有普遍适用性,（NH4）2S04作为最经济的氮源,在无机盐培养基中最适浓度为1.8 g.L-1;微量元素中,菌株T-2受Co、Zn、Cu的影响较大,培养基中缺失这些微量元素时降解效率都会明显下降;菌株T-2降解1,2-DCA还需要一定浓度的氧气。菌株T-2降解1,2-DCA的过程遵循Haldane动力学模型,其最大比生长速率μmax为0.065 h-1,最大比降解速率vmax为0.54 h-1;菌株T-2以1,2-DCA生长的细胞产率系数（以1,2-DCA计）为0.191 mg·mg-1,生长的过程中能同时把1,2-DCA最终矿化为CO2和H2O,通过测定1,2-DCA降解后菌体生物量、CO2生成量、TOC量及Cl-释放量来分析降解过程中的碳平衡、氯平衡和矿化率情况,得到最终矿化率为45%。1,2-DCA的降解主要是菌体细胞起作用,且这些菌体细胞不需要经过1,2-DCA的诱导就可以直接降解1,2-DCA,且对1,2-DCA具有较高的底物专一性;利用GC-MS方法检测到1,2-DCA降解过程中主要的中间产物2-氯乙醇,推测菌株降解1,2-DCA可能的代谢途径为:1,2-DCA先脱掉一个C1生成2-氯乙醇,2-氯乙醇经过两次的氧化生成氯乙酸,氯乙酸再脱掉另外一个C1后转化为不含氯的简单有机物进入生化反应循环。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 1,2-二氯乙烷的物理化学性质
• 1.2 1,2-DCA的污染及治理现状
• 1.2.1 1,2-DCA的来源和污染状况
• 1.2.2 1,2-DCA的危害
• 1.3 1,2-DCA的处理方法
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学法
• 1.3.3 生物法
• 1.4 课题研究意义与内容
• 1.4.1 课题研究目的与意义
• 1.4.2 课题研究的内容
• 1.4.3 课题创新之处
• 1.4.4 课题来源
• 第二章 二氯乙烷降解菌的筛选与鉴定
• 2.1 实验材料与方法
• 2.1.1 活性污泥
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 实验药品
• 2.1.4 实验仪器
• 2.1.5 1,2-DCA浓度的测定方法
• 2.1.6 菌体浓度的测定方法
• 2.1.7 1,2-DCA降解菌株的驯化、富集及分离纯化
• 2.1.8 种子液的制备
• 2.1.9 菌株的形态观察
• 2.1.10 菌株的生理生化分析
• 2.1.11 16S rRNA序列鉴定及系统发育树建立
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 1,2-DCA降解菌的分离纯化及降解活性验证
• 2.2.2 菌株降解1,2-DCA的序批实验
• 2.2.3 菌株的形态特征
• 2.2.4 菌株的生理生化特征
• 2.2.5 16S rRNA序列鉴定及系统发育树建立
• 2.2.6 1,2-DCA降解菌的保藏
• 2.3 本章小结
• 第三章 菌株降解特性及外在因素的影响研究
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 菌种
• 3.1.2 培养基
• 3.1.3 主要仪器设备及检测方法
• 3.1.4 不同培养温度和pH值对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.1.5 菌株生长与1,2-DCA降解的特性
• 3.1.6 不同NaCl浓度对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.1.7 不同氮源对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.1.8 外加碳源对菌株降解1,2-DCA的影响
• 4）₂SO₄浓度对菌株降解1,2-DCA的影响'>3.1.9 不同（NH₄）₂SO₄浓度对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.1.10 微量元素对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同培养温度和pH值对菌株T-2降解1,2-DCA的影响
• 3.2.2 菌株T-2生长与1,2-DCA降解的特性
• 3.2.3 不同NaCl浓度对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.2.4 不同氮源对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.2.5 外加碳源对菌株降解1,2-DCA的影响
• 4）₂SO₄浓度对菌株降解1,2-DCA的影响'>3.2.6 不同（NH₄）₂SO₄浓度对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.2.7 微量元素对菌株降解1,2-DCA的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 菌株降解动力学研究
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 菌种
• 4.1.2 培养基
• 4.1.3 主要仪器设备及检测方法
• 4.1.4 菌株降解不同浓度的1,2-DCA
• 4.1.5 菌株降解1,2-DCA的动力学及细胞产率
• 4.1.6 菌株降解1,2-DCA的碳平衡、氯平衡及矿化情况
• 4.1.7 菌株的衰亡系数
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 菌株降解不同浓度的1,2-DCA
• 4.2.2 菌株降解1,2-DCA的动力学及细胞产率
• 4.2.3 菌株降解1,2-DCA的碳平衡、氯平衡及矿化情况
• 4.2.4 菌株的衰亡系数
• 4.3 本章小结
• 第五章 菌株特性及降解中间产物的研究
• 5.1 实验材料与方法
• 5.1.1 菌种
• 5.1.2 培养基
• 5.1.3 主要仪器设备及分析方法
• 5.1.4 降解酶定位的初步研究
• 5.1.5 底物对菌株的诱导实验
• 5.1.6 1,2-DCA降解过程中有机碳变化情况
• 5.1.7 1,2-DCA降解过程中间产物的检测
• 5.1.8 菌株生长的底物谱研究
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 降解酶定位的初步研究
• 5.2.2 底物对菌株的诱导实验
• 5.2.3 1,2-DCA降解过程中有机碳变化情况
• 5.2.4 1,2-DCA降解过程中间产物的检测
• 5.2.5 菌株生长的底物谱研究
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录