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混合菌群共培养对偶氮染料的协同脱色及降解的研究

2020-12-07阅读(598)

混合菌群共培养对偶氮染料的协同脱色及降解的研究

论文摘要

印染废水是国内外公认的最难处理的废水之一,这是因为废水中所含染料具有化学性质稳定,难以被生物降解的特点。其中偶氮染料占的比例最大,占染料总量50%以上。筛选能高效脱色降解偶氮染料的微生物,将其应用到印染废水处理上已经成为研究的热点之一。单一的脱色菌对偶氮染料的脱色效率低,降解不彻底,容易形成二次污染,混合菌群则能克服这些缺点。研究混合菌群共培养协同降解偶氮染料,可为提高印染废水的生物处理效率提供技术支持和相应的理论依据。本研究从印染废水筛选出能高效对偶氮染料直接蓝289脱色的混合菌群QM。将其分离、纯化,得到两种菌株,一株为真菌M3,一株为细菌Q1。单一的菌株进行脱色,脱色率较低,将两种菌株共培养则能显著提高脱色效率,说明两者具有协同对偶氮染料直接蓝289脱色的能力。从形态、生理生化及16SrDNA,18SrDNA基因序列分析方面对两种菌进行鉴定,确定细菌Q1为蜡状芽孢杆菌,真菌M3为白地霉。研究了混合菌群QM对直接蓝289的脱色条件,混合菌群QM脱色较佳条件为:温度30℃、初始pH7.0、静止状态。混合菌群QM具备一定的抗盐能力。与单一的菌株相比,混合菌群的脱色对环境条件的适应范围较广。混合菌群QM对多种不同结构的偶氮染料具有脱色作用,体现较广谱的脱色能力。研究表明混合菌群QM的对偶氮染料的脱色是在共代谢条件下进行的,葡萄糖、氯化铵为共代谢脱色较适合的碳、氮源。运用响应面设计法对共代谢脱色中的三个主要因素葡萄糖、氯化铵、染料浓度进行优化。得到三者的优化条件为:葡萄糖2.80g/L,氯化铵1.60g/L,染料0.15g/L。在染料浓度小于500mg/L下,混合菌群QM对直接蓝289脱色过程符合一级反应动力学,脱色速率与染料浓度之间的关系符合Haldane抑制方程,方程式为v = S + S2 /7122.93.202S + 94.32。研究了单一菌株Q1、M3及混合菌群QM对直接蓝289的脱色机制。结果表明菌株Q1的脱色反应是在低氧化还原电位下进行的。菌株M3脱色过程中,初期脱色主要是由菌体吸附完成的,脱色率较低,当脱色到第4d和5d时,脱色率显著提高,脱色率与漆酶的活性成正比。使用白地霉粗酶液（漆酶的酶活为6450U/L）对直接蓝289进行脱色,1.5h脱色率达到了90.2%。在混合菌群QM对直接蓝289的脱色过程中,菌株M3在培养前期能显著降低培养液的氧化还原电位。运用紫外-可见光谱扫描、HPLC、HPLC-MS技术对直接蓝289脱色的中间产物进行分析,证实混合菌群QM能将直接蓝289降解成小分子的化合物。鉴定的中间产物有3-羟基-2,7-氨基-萘磺酸钠,邻苯二甲酸。推断其中的一条脱色降解途径为直接蓝289偶氮键断裂形成3-羟基-2,7-氨基-萘磺酸钠等芳胺化合物,芳胺化合物进一步被降解生成邻苯二甲酸。初步判断混合菌群QM协同降解染料效应的机制是脱色初期菌株M3显著降低脱色液中氧化还原电位,低氧化还原电位促进菌株Q1对直接蓝289的脱色,脱色的中间产物能被菌株M3进一步降解,其中可能与菌株M3产的漆酶相关。使用海藻酸钙包埋菌株Q1,尼龙网载体吸附菌株M3,将两种菌株固定化。固定化菌株混合培养对直接蓝289进行脱色,结果发现固定化菌株保持较高的脱色活性。紫外-可见光谱扫描、HPLC分析证明固定化菌群能将直接蓝289降解。固定化菌群对直接蓝289的脱色符合一级反应动力学,具备连续脱色的能力。固定化菌群对实际印染废水进行处理,结果表明固定化菌群既能脱色,又能部分降低废水COD含量。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 染料及其废水
  • 1.2 染料废水的危害性
  • 1.3 染料废水处理方法
  • 1.3.1 物理法
  • 1.3.2 化学法
  • 1.3.3 生物法
  • 1.4 微生物对偶氮染料脱色降解的研究
  • 1.4.1 细菌对偶氮染料的脱色
  • 1.4.2 真菌对偶氮染料的脱色
  • 1.4.3 基因工程菌脱色降解偶氮染料的研究
  • 1.4.4 混合菌群脱色
  • 1.4.5 固定化微生物脱色
  • 1.4.6 偶氮染料的结构-生物降解性关系（SBR）
  • 1.5 研究意义和研究内容
  • 1.5.1 研究意义
  • 1.5.2 研究内容
  • 第二章 脱色微生物的筛选、分离与鉴定
  • 2.1 材料
  • 2.1.1 印染废水
  • 2.1.2 偶氮染料
  • 2.1.3 主要试剂
  • 2.1.4 主要培养基
  • 2.2 主要仪器
  • 2.3 实验方法
  • 2.3.1 脱色菌株的筛选
  • 2.3.2 脱色菌株的鉴定
  • 2.3.3 菌体干重的测定
  • 2.4 结果与讨论
  • 2.4.1 偶氮染料脱色菌株的筛选分离
  • 2.4.2 菌株Q1 鉴定
  • 2.4.3 菌株M3 鉴定
  • 2.4.4 菌株生长特性的研究
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 脱色菌对偶氮染料脱色条件的研究
  • 3.1 材料
  • 3.1.1 菌株
  • 3.1.2 偶氮染料
  • 3.1.3 脱色培养基
  • 3.2 主要仪器
  • 3.3 主要方法
  • 3.3.1 脱色率的测定
  • 3.3.2 染料浓度的测定
  • 3.3.3 环境因素对脱色影响实验
  • 3.3.4 连续多批次脱色实验
  • 3.4 结果与讨论
  • 3.4.1 染料的标准曲线
  • 3.4.2 温度对脱色的影响
  • 3.4.3 初始pH对脱色的影响
  • 3.4.4 溶氧对脱色的影响
  • 3.4.5 不同结构的偶氮染料对脱色的影响
  • 3.4.6 盐度对脱色的影响
  • 3.4.7 连续多批次脱色
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 混合菌群共代谢对偶氮染料脱色及动力学研究
  • 4.1 材料
  • 4.1.1 菌株
  • 4.1.2 偶氮染料
  • 4.1.3 主要试剂
  • 4.1.4 基础脱色培养基
  • 4.2 主要仪器
  • 4.3 实验方法
  • 4.3.1 脱色培养及脱色率的测定
  • 4.3.2 染料浓度的测定
  • 4.3.3 混合菌群共代谢脱色单因素分析实验
  • 4.3.4 混合菌群共代谢脱色响应面分析实验
  • 4.4 结果与讨论
  • 4.4.1 碳源对混合菌群脱色的影响
  • 4.4.2 氮源对混合菌群脱色的影响
  • 4.4.3 混合菌群共代谢脱色响应面分析
  • 4.4.4 混合菌群共代谢脱色动力学的研究
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 混合菌群共培养降解偶氮染料的机制的研究
  • 5.1 材料
  • 5.1.1 菌株
  • 5.1.2 偶氮染料
  • 5.1.3 主要试剂
  • 5.1.4 主要培养基
  • 5.2 主要仪器
  • 5.3 实验方法
  • 5.3.1 脱色与染料吸附实验
  • 5.3.2 HPLC 分析
  • 5.3.3 HPLC-MS 分析
  • 5.3.4 紫外-可见光谱扫描分析
  • 5.3.5 细菌细胞提取液的制备
  • 5.3.6 木质素酶系酶活的测定
  • 5.3.7 白地霉M3 发酵罐培养
  • 5.3.8 还原糖的测定
  • 5.3.9 菌体干重的测定
  • 5.3.10 漆酶的脱色实验
  • 5.4 结果与讨论
  • 5.4.1 蜡状芽孢杆菌Q1 脱色机制的研究
  • 5.4.2 白地霉M3 脱色机制的研究
  • 5.4.3 混合菌群QM 脱色降解偶氮染料机制的研究
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 固定化混合菌群对偶氮染料脱色的研究
  • 6.1 材料
  • 6.1.1 菌株
  • 6.1.2 偶氮染料
  • 6.1.3 主要试剂
  • 6.1.4 主要培养基
  • 6.2 主要仪器
  • 6.3 主要方法
  • 6.3.1 菌株固定化方法
  • 6.3.2 固定化细胞电镜观察
  • 6.3.3 脱色实验
  • 6.3.4 染料吸附测定
  • 6.3.5 漆酶测定
  • 6.3.6 固定化混合菌群脱色条件的研究实验
  • 6.3.7 COD 测定
  • 6.3.8 紫外-可见光谱扫描分析
  • 6.3.9 HPLC 分析
  • 6.4 结果与讨论
  • 6.4.1 空白实验的研究
  • 6.4.2 游离菌株与固定化菌株的比较
  • 6.4.3 固定化白地霉M3 产漆酶的研究
  • 6.4.4 固定化混合菌群对偶氮染料脱色的研究
  • 6.4.5 环境条件对固定化菌群脱色的影响
  • 6.4.6 固定化混合菌群连续多批次脱色研究
  • 6.4.7 固定化混合菌群对印染废水的 COD 去除的研究
  • 6.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录 1
  • 附录 2
  • 攻读博士学位期间取得的研究成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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