硫氧化菌的分离鉴定、降解特性及其固定化研究

论文摘要

随着经济的发展以及环保法规日趋严格,对能源需求的进一步扩大,控制含硫物质的污染、生物脱硫技术的开发和改进己成为国民经济及环保的迫切要求。本文从环境中分离得到降解H2S的优势菌,全面系统地研究了优势菌的降解特性,构建高效的脱硫工程菌,以提高微生物的脱硫能力。本论文从浙江华海制药厂废水处理站水样中驯化、分离得到4株以硫化物为唯一硫源生长的高效降解菌株,经过对其形态特征、生理生化以及16S rRNA基因序列分析,确定这4株菌株分别属于根瘤杆菌属、人苍白杆菌属、土壤农杆菌属和鞘氨酸杆菌属,并分别命名为T3、B3、T4和B4。查阅相关文献,可确定上述菌株除了B3,其它3株均为降解硫化物的新性能物种。考察了硫氧化菌对硫化钠的液相去除能力和去除规律。菌株T3比其它菌株具有更高的降解效率,其最佳生长和降解温度为30℃左右,最佳pH=8.0；菌株对碳源具有普遍适用性,而以氯化铵为最佳氮源生长；最佳条件下,当硫化钠浓度低于300mg/L时,菌株生长良好并可高效降解硫化钠,2d内可将其降解彻底,浓度为400～500mg/L时,菌株生长缓慢,降解速率下降,当浓度高于500mg/L时,菌株降解速率显著降低,说明在该浓度下菌株降解过程中产生有害物质,抑制了菌株的生长及降解特性；通过测定生物氧化过程中各种形式硫的含量,初步确定菌株对硫化钠的去除机理为S2-→S2O32-/S0→SO32-→SO42-。进一步研究了菌株T3对H2S的降解特性并根据其对不同浓度H2S的降解曲线进行动力学拟合。结果表明,菌株T3降解H2S的特性同其对硫化钠的降解特性基本一致。动力学拟合发现,菌株降解H2S的速率及降解过程中菌株生长速率,符合Haldane动力学方程,动力学参数分别为μmax=0.1652g/（g·h）,Ks=24.23mg·H2S/L,Ki=665.35mg/L。通过拮抗实验和不同组合方式考察混合菌株对H2S的降解效果,得出T3/B3为优势混合菌。采用海藻酸钠和改进的海藻酸钠-PVA包埋T3/B3优势混合菌,并与自由的优势混合菌对照,发现在同一浓度水平上,三种生物处理方法对H2S的降解率为海藻酸钠-PVA固定化小球>海藻酸钠固定化小球>未固定化微生物,并且海藻酸钠-PVA固定化小球具有良好的机械强度和基质通透性能。采用海藻酸钠-PVA复合载体对优势混合菌进行固定化,以其对H2S的降解率来表示细胞的活性,确定固定化操作的最优条件：复合载体的配比为2%海藻酸钠+7%PVA；与1%氯化钙溶液和4%硼酸溶液交联时间为24h；固定化细胞的粒径为2mm左右；包菌量为0.3g/L；固定化细胞用量为4g。固定化细胞对于pH值、温度和H2S浓度的适应范围较自由细胞宽,在pH5.0～10.0、温度25℃～40℃、H2S浓度100～400ppm时,固定化细胞对H2S具有较高的降解能力。当H2S浓度提高到400ppm以上时,自由的优势混合菌降解效果下降较大,而固定化细胞还能保持60%以上的降解率,并且其重复脱硫能力得到极大的提高,为工业应用提供了可能性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 硫化氢污染现状
• 1.2 硫化氢污染的来源
• 1.3 硫化氢的性质及危害
• 1.3.1 硫化氢的性质
• 1.3.2 硫化氢污染的危害
• 1.4 恶臭硫化物的主要处理方法
• 1.4.1 物理法
• 1.4.2 化学法
• 1.4.3 生物法
• 1.4.4 生物法除臭的应用研究
• 1.5 微生物细胞固定化方法研究进展
• 1.5.1 固定化细胞的性质和优点
• 1.5.2 微生物细胞固定化方法
• 1.5.3 固定化微生物在脱硫工艺中的应用
• 1.6 课题研究内容及意义
• 1.6.1 课题研究目的及意义
• 1.6.2 课题研究内容
• 1.6.3 课题创新之处
• 1.6.4 课题来源
• 第二章 实验材料与分析方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 水样
• 2.1.2 培养基
• 2.1.3 固定化载体组成
• 2.1.4 实验药品
• 2.1.5 实验仪器
• 2.2 硫化物降解菌株的分离纯化
• 2.2.1 硫化物降解菌株的分离纯化
• 2.2.2 菌悬液的制备
• 2.3 菌株微生物学鉴定
• 2.3.1 菌株的生理生化分析
• 2.3.2 微生物相观察
• 2.3.3 菌株耗氧速率测定
• 2.3.4 16S rRNA序列鉴定及系统发育树建立
• 2.3.5 Biolog鉴定
• 2.4 硫化物降解实验
• 2.4.1 不同培养温度下菌株对硫化物的降解
• 2.4.2 不同pH值条件下菌株对硫化物的降解
• 2.4.3 外加营养物质对硫化物降解的影响
• 2.4.4 菌株对不同初始浓度硫化物的降解
• 2.4.5 硫化物代谢途径分析
• 2.5 优势混合菌固定化条件的优化
• 2S降解性能的比较'>2.5.1 不同载体固定化对H₂S降解性能的比较
• 2.5.2 复合载体固定化条件的优化
• 2.5.3 固定化颗粒性能测定
• 2S的降解'>2.5.4 不同环境条件下固定化细胞对H₂S的降解
• 2S的降解'>2.5.5 固定化细胞对不同浓度H₂S的降解
• 第三章 高效硫氧化菌的分离鉴定及降解特性研究
• 3.1 菌种的驯化与分离
• 3.1.1 硫化物降解菌的初筛
• 3.1.2 硫化物降解菌的复筛
• 3.2 菌种鉴定
• 3.2.1 菌株的生理生化
• 3.2.2 菌株DNA,PCR结果
• 3.2.3 菌株测序结果
• 3.2.4 菌株系统发育树的建立
• 3.2.5 菌株T3的Biolog鉴定结果
• 3.3 菌株对硫化物的降解特性
• 3.4 菌株耗氧速率
• 3.5 菌株T3对硫化物的降解特性
• 3.5.1 分析监测项目与方法
• 3.5.2 温度对菌株T3生长和降解硫化物的影响
• 3.5.3 pH对菌株T3生长和降解硫化物的影响
• 3.5.4 不同碳源、氮源对菌株T3生长和降解硫化物的影响
• 3.5.5 菌株T3降解不同初始浓度的硫化物
• 3.5.6 菌株T3氧化硫化物的代谢途径分析
• 3.6 本章小结
• 2S的特性与动力学研究'>第四章 菌株T3降解H₂S的特性与动力学研究
• 4.1 硫化氢气相色谱分析条件确定
• 2S的特性研究'>4.2 菌株降解H₂S的特性研究
• 2S的降解'>4.2.1 不同培养温度下菌株对H₂S的降解
• 2S的降解'>4.2.2 不同pH值条件下菌株对H₂S的降解
• 2S的降解及代谢途径分析'>4.2.3 菌株对H₂S的降解及代谢途径分析
• 2S的动力学研究'>4.3 菌株降解H₂S的动力学研究
• 2S比较'>4.4 其它菌株降解H₂S比较
• 4.5 本章小结
• 2S'>第五章 固定化小球降解H₂S
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 菌种
• 5.1.2 优势混合菌试验
• 5.1.3 培养基
• 5.1.4 细胞固定化方法
• 5.2 固定化载体的选择
• 5.3 复合载体固定化最佳条件确定
• 5.3.1 复合载体配比的影响
• 5.3.2 固定化颗粒尺寸的影响
• 5.3.3 包埋菌液量的影响
• 5.3.4 固定化细胞用量对固定菌降解的影响
• 2S的降解'>5.4 不同环境条件下固定化细胞对H₂S的降解
• 5.4.1 pH值对降解速率的影响
• 5.4.2 温度对降解速率的影响
• 2S的降解'>5.5 固定化细胞对不同浓度H₂S的降解
• 5.6 固定化细胞的重复脱硫能力
• 5.7 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