【摘要】：喹啉及其衍生物是應(yīng)用及其廣泛的工業(yè)原料,同時(shí)也是一類致畸、致癌、致突變且難降解的有機(jī)污染物。工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量含喹啉污水的直接排放勢必給水體、土壤以及生活在其中的生物帶來嚴(yán)重的不利影響,有效治理含喹啉污水帶來的污染問題受到廣泛關(guān)注。目前已經(jīng)開發(fā)出多種旨在去除受污染環(huán)境中喹啉的技術(shù),主要包括物理化學(xué)法和生物法。相較于前者,后者處理含喹啉污水具有操作成本低,二次污染較少等優(yōu)點(diǎn),因而受到了更多的重視。本研究從武鋼焦化廠污水處理系統(tǒng)曝氣池中篩選得到一株喹啉高效降解菌株,命名為WUST-qu。揭示了該菌株形態(tài)學(xué)和生理生化特征,并主要基于16S rRNA基因核苷酸序列同源性對其分類學(xué)地位進(jìn)行了鑒定;探究了該菌株在不同初始pH條件下降解喹啉的特性;考察了菌株Alcaligenes sp.WUST-qu的底物廣譜性和抗生素抗性,并初步研究了該菌株降解喹啉時(shí)的動力學(xué)模型。本文主要研究結(jié)果如下:(1)菌株Alcaligenes sp.WUST-qu為革蘭氏陰性、有芽孢;長為1.15±0.08μm(n=20),寬為0.26±0.01μm(n=20);16S rRNA基因核苷酸(1435 bp)序列比對結(jié)果表明,該菌株與產(chǎn)堿桿菌屬菌株M14和CD243的同源性均高達(dá)99%,故將其鑒定為產(chǎn)堿桿菌屬微生物(Alcaligenes.sp)。(2)pH是影響菌株在源頭生物修復(fù)效果的關(guān)鍵因素之一,探究了菌株Alcaligenes sp.WUST-qu在不同pH條件下降解喹啉的特征。結(jié)果表明,在培養(yǎng)溫度為35℃,搖床轉(zhuǎn)速為150 rpm,接種量為5%(v/v)(OD_(600)=1)的條件時(shí),菌株Alcaligenes sp.WUST-qu能在無機(jī)鹽培養(yǎng)液(MSM)初始pH為5.0~9.0的范圍內(nèi)有效降解喹啉,最適初始pH為中性到略偏堿性(7.0~8.0)。當(dāng)MSM初始pH為5.0時(shí),菌株Alcaligenes sp.WUST-qu能在接種后60 h之內(nèi)將濃度為400 mg·L~(-1)的喹啉完全降解;當(dāng)MSM初始pH為6.0時(shí),該菌株能在接種后54 h之內(nèi)將濃度為600 mg·L~(-1)的喹啉完全降解;當(dāng)MSM初始pH分別為7.0和8.0時(shí),該菌株能在接種后48 h之內(nèi)將濃度為700 mg·L~(-1)的喹啉完全降解;當(dāng)MSM初始pH為9.0時(shí),該菌株能在接種后72 h內(nèi)將濃度為700 mg·L~(-1)的喹啉完全降解。在試驗(yàn)的范圍之內(nèi),700 mg·L~(-1)是該菌株能夠完全降解喹啉的最高濃度。(3)工業(yè)污水中的重金屬離子對微生物的生長和代謝具有不利影響,在培養(yǎng)溫度為35℃,搖床轉(zhuǎn)速為150 rpm,MSM初始pH為7.0,喹啉初始濃度為300mg·L~(-1)的條件下,探究了重金屬離子Fe~(3+),Cr~(6+),Cd~(2+),Cu~(2+),Hg~(2+),Ag~+,Ni~(2+),Cd~(2+),Mn~(2+),Pb~(2+),Ba~(2+),Zn~(2+)對菌株生長和降解喹啉的影響。結(jié)果表明,Fe~(3+),Cr~(6+),Cd~(2+),Cu~(2+),Hg~(2+),Ag~+,Ni~(2+)對菌株Alcaligenes sp.WUST-qu的生長具有明顯的抑制作用,并因此而抑制了菌株對喹啉的降解,其中Cd~(2+)對菌體生長的毒性最大;Mn~(2+),Pb~(2+),Ba~(2+)對菌株生長和喹啉降解影響不大,Zn~(2+)可促進(jìn)菌株的生長和對喹啉的降解。(4)由于抗生素的廣泛使用,導(dǎo)致土壤和水體中(包括工業(yè)污水)均出現(xiàn)抗生素的殘留。探究了菌株Alcaligenes sp.WUST-qu在含喹啉(300 mg·L~(-1))的瓊脂-MSM平板上培養(yǎng)時(shí)對在醫(yī)療和畜牧業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的5種抗生素的抗性和在MSM中培養(yǎng)時(shí)對喹啉降解的影響。結(jié)果表明,菌株Alcaligenes sp.WUST-qu只對氨芐青霉素有抗性,而對鏈霉素,四環(huán)素,卡那霉素和氯霉素均高度敏感。在含有50μg·mL~(-1)青霉素的MSM中,在培養(yǎng)溫度為35℃,搖床轉(zhuǎn)速為150 rpm,MSM初始pH為7.0,菌株Alcaligenes sp.WUST-qu可在20 h內(nèi)可將初始濃度為500 mg·L~(-1)的喹啉降解到檢測不出的水平。(5)底物廣譜性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,菌株Alcaligenes sp.WUST-qu在經(jīng)測試的21種工業(yè)污水中常見的污染物中,包括甲苯、對二甲苯、吡啶、吲哚、乙酸、鄰苯二酚、正丙醇、異丙醇、甲酸、硝基苯、乙醚、乙苯、正己烷、苯酚、鄰苯二甲酸二丁酯、二苯胺、鄰甲酚、乙酸乙酯、丙酮、苯胺、乙醇,以在接入菌種72 h后菌體生物量增加一個(gè)數(shù)量級為判斷菌株能否利用該碳源的依據(jù),該菌株能夠以苯酚、乙酸、正丙醇作為唯一碳源生長。探索了菌株在以苯酚為唯一碳源和能源時(shí)降解苯酚的特征,結(jié)果表明,在培養(yǎng)溫度為35℃,搖床轉(zhuǎn)速為150 rpm,MSM初始pH為8.0,接種量為5%(v/v)(OD_(600)=1.0),該菌株能在接種后32 h之內(nèi)將初始濃度為700 mg L~(-1)的苯酚完全降解。(6)采用Haldane動力學(xué)方程對菌體的生長動力學(xué)進(jìn)行表征。通過對指數(shù)生長期的生物質(zhì)濃度與培養(yǎng)時(shí)間的半對數(shù)作圖做線性最小二乘回歸,擬合出菌體的比生長速率。將菌株的比生長速率與對應(yīng)的底物濃度進(jìn)行非線性最小二乘擬合得到Haldane方程中的生長動力學(xué)參數(shù)如下:μ_m=1.6576 h~(-1),K_s=36.42 mg·L~(-1),K_i=81.418 mg·L~(-1),R~2=0.968。在喹啉濃度小于500 mg·L~(-1)時(shí),菌株對喹啉的降解符合零級動力學(xué)。(7)采用GC-MS對菌株Alcaligenes sp.WUST-qu降解喹啉過程中的中間產(chǎn)物進(jìn)行了監(jiān)測,檢測到2-羥基喹啉的存在;喹啉氮除了用作菌體生長所需要的氮外,主要以NH_4~+-N的形式釋放,在培養(yǎng)液中添加外源電子供體如草酸有利于NH_4~+-N的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X172;X703

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本文編號：2632035