【摘要】： 本文利用高效耐鹽偶氮染料降解微生物探索高效、穩(wěn)定脫色并徹底礦化偶氮染料廢水的生物處理工藝�？疾炝巳玖蠞舛�、鹽度及金屬離子對野生菌群宏觀處理效果及微觀群落結(jié)構(gòu)的影響；從野生土壤菌群中篩選耐鹽偶氮還原菌株,對其進(jìn)行鑒定及特性進(jìn)行考察,并考察其與氧化還原介體的耦合作用強(qiáng)化偶氮脫色過程；針對偶氮染料脫色中間產(chǎn)物礦化難的問題,利用青霉菌-細(xì)菌聯(lián)合體系改善了脫色過程及礦化程度。主要包括如下研究內(nèi)容： 以野生土壤微生物群落為研究對象,馴化其對偶氮染料進(jìn)行脫色,考察了染料濃度、鹽度及金屬離子對菌群脫色不同偶氮染料的影響。在一定的濃度范圍內(nèi),結(jié)構(gòu)相對簡單的偶氮染料脫色過程受初始染料濃度影響較小,而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的染料脫色速率會(huì)隨著初始濃度的提升明顯下降。鹽度的提升會(huì)抑制染料的生物脫色過程,但隨著馴化時(shí)間的延長,活性會(huì)有所恢復(fù),說明菌群具有一定的耐鹽能力。一些金屬離子會(huì)對菌群的脫色活性產(chǎn)生抑制作用,1 mmol／L的不同金屬離子對脫色過程的抑制作用順序?yàn)椋篊u2+Al3+和Zn2+Mg2+、Ca2+和pb2+；隨著離子濃度的提升,Al3+和Zn2+產(chǎn)生的抑制作用會(huì)增強(qiáng),而Mg2+和Ca2+的影響幾乎不變。DGGE指紋圖譜一定程度上顯示了群落結(jié)構(gòu)在不同條件下的動(dòng)態(tài)變化,序列分析結(jié)果顯示,優(yōu)勢菌種主要屬于Bacillus、Pseudomonas、Sedimentibacter、Clostridiales、Streptomyces等菌屬。 從該野生土壤群落中分離得到1株耐鹽偶氮染料脫色菌,命名為TL。通過形態(tài)觀察、生理生化和16S rDNA序列分析,確定其歸屬于Exiguobacterium屬,其16S rDNA全序列登錄GenBank數(shù)據(jù)庫,序列號(hào)為EU159578。首次驗(yàn)證了該菌屬具有耐鹽偶氮還原功能。 以活性艷紅X-3B為目標(biāo)物,考察了菌株TL的基本特性,確定了其生長、降解的最佳條件為：接種量6%(v／v),pH=5.4-7.0,溫度為30-40℃,鹽度(NaCl)≤150g／L。相比于Na+和K+的影響,Mg2+和Ca2+的加入能夠促進(jìn)菌株TL對偶氮染料的脫色,而Al3+、Zn2+、Fe3+和Cu2+則會(huì)不同程度上抑制菌株TL的活性。菌株TL不能很好的利用葡萄糖、蔗糖、乳糖等作為共代謝基質(zhì)進(jìn)行脫色,但銨鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽均為較適宜的無機(jī)氮源。其脫色反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律,當(dāng)初始濃度小等于700 mg／L時(shí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)為0.22-0.26 h-1,而當(dāng)濃度在800-1000 mg／L時(shí),反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)明顯下降。通過UV-Vis、LC-MS等分析手段驗(yàn)證,菌株TL對偶氮染料的脫色過程符合典型生物還原規(guī)律。 氧化還原介體——蒽醌對菌株TL的完整細(xì)胞還原脫色活性艷紅X-3B過程具有催化作用,其最佳條件為：染料濃度小等于75 mg／L,蒽醌濃度0.6 g／L,接種量6 g／L(濕重),溫度30-40℃(30℃最佳),pH值為3.02-4.00(主要為吸附作用)和7.00-9.08(主要為生物還原作用)；相比于Na+,Mg2+和Ca2+可以促進(jìn)脫色過程,Zn2+、Al3+、Fe3+和Cu2+則會(huì)不同程度上抑制脫色過程。利用菌TL的生物強(qiáng)化作用和蒽醌介體的催化作用,模擬脫色處理酸性大紅GR廢水,結(jié)果顯示,生物強(qiáng)化作用能夠使工藝啟動(dòng)時(shí)間比非強(qiáng)化體系縮短了約2.5 d,而蒽醌的加入能夠?qū)⒌拓?fù)荷和高負(fù)荷進(jìn)水條件下的脫色速率分別提高1000 mg／(g·d)和500 mg／(g·d),同時(shí)滿足了快速啟動(dòng)和穩(wěn)定、高效運(yùn)行的雙重目的,但蒽醌會(huì)對未經(jīng)馴化的體系有抑制作用,需在工藝啟動(dòng)完畢后加入。PCR-DGGE結(jié)果顯示,采用分步耦合強(qiáng)化的啟動(dòng)模式下,微生物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,強(qiáng)化菌株能夠與活性污泥中的其他優(yōu)勢菌種共存,說明其具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。 考察了具有偶氮脫色能力的青霉菌Penicillium sp. QQ-細(xì)菌Exiguobacterium sp. TL聯(lián)合生物體系對高鹽X-3B廢水的脫色過程及脫色中間產(chǎn)物的初步解析,并利用該聯(lián)合體系建立新型的“厭氧-好氧”組合工藝對高鹽X-3B廢水進(jìn)行礦化處理。首先利用表面響應(yīng)法對聯(lián)合體系的最佳脫色條件進(jìn)行了模擬,得出最佳條件為：青霉菌QQ接種量132.67 g／L,細(xì)菌TL接種量1.09 g／L,葡萄糖濃度2.25 g／L,酵母粉濃度2.10g／L,溫度33.0℃,pH值6.50,初始X-3B濃度235.14 mg／L；ANOVA方差分析結(jié)果顯示該模型及各考察因素對脫色過程均具有顯著性影響,而其中青霉菌QQ的接種量與酵母粉濃度的協(xié)同作用具有顯著性影響。青霉菌QQ、細(xì)菌TL聯(lián)合作用條件下以及細(xì)菌TL單獨(dú)作用條件下X-3B脫色產(chǎn)物的HPLC圖譜具有明顯的差別,根據(jù)圖譜及宏觀現(xiàn)象推斷前者主要為小分子大極性化合物,為芳香胺化合物的進(jìn)一步分解產(chǎn)物,而后者則很有可能為對應(yīng)的芳香胺化合物及其自發(fā)氧化、聚合產(chǎn)物。通過比較確立了新型的“厭氧-好氧”組合生物工藝,厭氧及好氧生物單元的接種物分別為青霉菌QQ+細(xì)菌TL和活性污泥,200mg／L的活性艷紅X-3B經(jīng)該組合工藝處理后,可被完全礦化。
【圖文】：

對簡單的染料具有較強(qiáng)的耐受能力;而對生物毒性較大、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的染料，其耐受濃度范圍相對較小。染料濃度對脫色菌群群落結(jié)構(gòu)的影響如圖2.3(a)所示，菌群結(jié)構(gòu)相似性關(guān)系如圖2.3(b)所示。同時(shí)， QuantityOne軟件還能生成顯示任何兩個(gè)樣品間相似性關(guān)系的相似性矩陣，如表2.8所示。由該條件下的DGGE指紋圖譜可以看出，不同染料脫色體系的群落結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了相似性和差異性兩方面。群落的差異性主要是由不同染料的結(jié)構(gòu)差異性及濃度差異性引起，前者主要是指一些主要取代基團(tuán)的數(shù)量和取代位置的影響，一些僅僅存在于某一樣品脫色體系中的條帶體現(xiàn)了該類影響的特性，如條帶6、7、9等;而后者主要導(dǎo)致了一些漸變規(guī)律的產(chǎn)生

一一 InitialNaCIconeentration;一△一Deeolor沈 ationrate (a)AeidRedB;(b)BrilliantRedK-ZG;(e)BrilliantRedX一 B;(d)BrilliantRedKE一3B圖2.6中所示為鹽度的提升對三種染料脫色體系中菌群結(jié)構(gòu)的影響及群落間的相似性關(guān)系圖。表2.9為樣品間的相似性矩陣。由圖可見，相比于低鹽度條件下的微生物群落，，高鹽條件下各體系中菌群的生物多樣性大幅度降低，可見高鹽條件對一些原有的優(yōu)勢菌種產(chǎn)生了抑制作用。同時(shí)，各體系中的微生物群落多樣性隨鹽度的提升變化不是十分明顯，且呈現(xiàn)生物多樣性略微下降的趨勢。具體來看，條帶14、18、19是主要的優(yōu)勢條帶，出現(xiàn)在絕大多數(shù)甚至全部樣品中，推斷他們是耐鹽菌株;條帶13出現(xiàn)在高鹽度條件的樣品中，而在低鹽度環(huán)境中沒有檢出，由此推斷其可能為一株中度嗜鹽菌，僅
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：X703

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 許炳雯;基因工程菌BphAB_(LA-4)轉(zhuǎn)化吲哚行為的研究[D];大連理工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2623393