Phanerochaete sp. HSD的锰依赖性过氧化物酶产酶优化及微菌丝球强化处理染料废水

论文摘要

工业染料废水脱色及处理中物理和化学的处理方法成本高,难度大。白腐真菌具有降解包括染料在内的有毒物质的能力,利用白腐真菌进行生物强化处理是染料废水处理的重要发展方向,而高效微生物的筛选及生物强化工艺是该方面研究的关键。河南师范大学生命科学学院应用与环境微生物实验室筛选到一株具有胞外产生锰过氧化物酶的真菌Phanerochaete sp. HSD,具有促进好氧颗粒污泥形成和增加脱色效果的能力。该研究从利用该菌锰过氧化物酶进行染料脱色、生物强化进行颗粒污泥驯化以及染料废水处理等方面开展了探索性研究工作。首先利用限制性培养基分析了碳源和氮源对Phanerochaete sp. HSD菌株的产锰过氧化物酶能力的影响,然后用部分因子设计法来筛选对产锰过氧化物酶的重要影响因子,表明氮源和锰离子浓度是重要影响因子。用响应面分析法中的CCD设计（central composite design）分析N源和Mn2+对锰过氧化物酶的影响效果,经软件Minitab 15进行分析处理,回归得到的Y的二次多项式方程,通过解该二次多项式方程得知当氮源为0.628 g/l,锰离子浓度为52.2μmol/l时,可获得相应的最大锰过氧化物酶活性2606 U/l。比优化前高了247 %。Phanerochaete sp. HSD产生的锰过氧华物酶对刚果红、甲基橙、铬黑T具有很强的脱色效果:处理浓度为350 mg/L时刚果红8 h脱色率可达到95 %;处理浓度为600 mg/L甲基橙,9 h脱色率达到95 %;处理浓度为300 mg/L铬黑T,13 h脱色率达到91.4 %。紫外-可见光分析表明锰过氧华物酶对三种染料的脱色原因均是染料被酶分解、特别是偶氮双键被打开所致。培养基中加入高浓度的锰离子对Phanerochaete sp. HSD生物量、菌丝和菌丝体形态均产生显著影响。较高的锰离子浓度对菌丝生长具有抑制作用,菌丝球呈现逐渐减小趋势。当培养基中锰离子浓度达到2.00 mmol/L时,所产微菌丝球（MMPs）直径最小、数量最多。同时在高锰离子浓度条件下,微菌丝球能够大量产生厚垣孢子。微菌丝球集菌丝、厚垣孢子于一体,因此产生厚垣孢子的MMPs是一种新型的生物强化剂。高锰条件下菌丝球微型化及产厚垣孢子现象的发现对于生物强化技术研究具有重要价值。利用MMPs在SBR反应器中进行好氧颗粒污泥的驯化试验,以过2周的驯化成功培育出好氧颗粒污泥（生物强化好氧颗粒污泥,BAGs）。用结晶紫示踪微菌丝球结果表明,加入的微菌丝球可以直接作为生发核心以此形成好氧颗粒污泥。在人工生物强化条件下加入的微菌丝球主要通过两种途径促进颗粒化:（1）微菌丝球直接作为生长中心参与污泥颗粒的形成,菌丝孢子萌发、生长,其它微生物附着其上,形成更大的颗粒结构。这种形成途径是最快速和直接的。（2）微菌丝球是由厚垣孢子和菌丝的聚合体组成的,在曝气过程中可能被分散在水相环境中,孢子萌发和菌丝生长会成为新的微菌丝团,从而成为污泥颗粒新的核心,从而形成更多的污泥颗粒。因此微菌丝球是一种良好的可用于生物强化的微生物菌剂剂型。利用微菌丝球驯化出的好氧颗粒污泥在SBR反应器中进行铬黑T废水处理实验,进水铬黑T浓度为400 mg/L废水时,处理6 h降解率达93.7 %,处理10 h几乎完全降解。处理效果明显优于普通污泥和好氧颗粒污泥的处理效果,说明利用微菌丝球进行生物强化驯化和处理染料废水是可行的,采用MMPs进行好氧颗粒污泥驯化和染料废水处理是一种新颖的生物强化技术,值得进一步深入研究以期推广和应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 我国环境污染的形势
• 1.2 印染废水污染状况
• 1.3 白腐菌在污水处理中的应用
• 1.4 SBR
• 1.4.1 SBR 工艺简介
• 1.4.2 SBR 的操作过程
• 1.4.3 SBR 的工艺的主要特点
• 1.5 好氧颗粒污泥
• 1.5.1 好氧颗粒污泥的特性
• 1.5.2 影响好氧颗粒污泥形成及稳定的因素
• 1.6 生物强化
• 1.6.1 生物强化技术的效果
• 1.7 立题依据及意义
• 2 材料与方法
• 2.1 培养基
• 2.2 实验器材
• 2.3 染料脱色效果的测定
• 2.4 菌株HSD 厚垣孢子的产生
• 2.4.1 SBR 反应器的运行
• 2.5 分析测量方法
• 2.5.1 COD
• 2.5.2 MLSS、TS、出水SS
• 2.5.3 HRT：HRT
• 2.5.4 SV30 和 SVI
• 2.5.5 污泥比重
• 2.5.6 含水率
• 2.5.7 pH 的测定
• 2.5.8 酶活测定方法
• 2.5.9 Phanerochaete sp. HSD 胞外可溶性蛋白的浓度
• 2.5.10 电镜观察
• 3 结果与分析
• 3.1 Phanerochaete sp. HSD 菌株的产锰过氧化物酶培养基优化
• 3.1.1 碳、氮源限制对产酶的影响
• 3.1.2 产酶培养基各成分对产酶影响评价
• 3.1.3 产酶主要影响因素响应面分析
• 3.2 MnP 酶对染料的脱色作用
• 3.2.1 MnP 酶对甲基橙的脱色作用
• 3.2.2 MnP 酶对刚果红的脱色作用
• 3.2.3 MnP 酶对铬黑T 的脱色作用
• 3.2.4 染料经锰酶处理后可见-紫外吸收变化
• 3.3 高锰条件下液体培养菌丝球微型化及产厚垣孢子现象
• 3.3.1 高锰离子浓度菌丝球微型化现象
• 3.3.2 高锰条件下菌丝球产厚垣孢子现象
• 3.4 利用微菌丝球进行好氧颗粒污泥的驯化
• 3.4.1 在SBR 反应器中培养好氧颗粒污泥
• 3.4.2 摇瓶培养观察颗粒化过程
• 3.4.3 结晶紫染色微菌丝球示踪颗粒形成过程
• 3.4.4 好氧颗粒污泥的亚显微特征
• 3.5 微菌丝球法驯化好氧颗粒处理铬黑T 废水
• 3.5.1 生物强化颗粒污泥降解染料铬黑T
• 3.5.2 生物强化好氧颗粒污泥、普通污泥、普通好氧颗粒的对比
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录