【摘要】： 五氯酚(pentachlorophenol,PCP)作為有機氯農藥廣泛地用作殺菌劑、殺螺劑、殺藻劑、殺蟲劑和除草劑,此外也用作木材防腐劑等,從而進入水體、河流與湖泊的沉積物、土壤等環(huán)境。由于其化學性質穩(wěn)定、殘效期長、毒性高,對生物和人體具有廣譜毒性和致突變性,五氯酚被認為是環(huán)境中主要的持久性有機污染物(POPs)及優(yōu)先監(jiān)測污染物之一,而其生物危害性及其在自然環(huán)境中的遷移、轉化與降解等規(guī)律與降解和生物修復研究也一直是全世界研究和關注的熱點。 白腐菌在對五氯酚這類難降解有機物的生物修復中顯示出良好的應用前景。因為這種擔子菌類降解污染物具有非專一性、徹底性、廣譜性及適于固液兩種基質等特點,它還有著獨特的胞外酶系,對許多異生物質有獨特的降解能力和降解機理,其中對白腐菌研究得最多的是黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)。 本課題針對五氯酚污染的幾種典型環(huán)境:農業(yè)廢物、污水、河流底泥和土壤,模擬其污染清情況,分別用黃孢原毛平革菌的游離菌、所產漆酶和固定化菌對其進行處理和生物修復。而后探討了湘江河流底泥吸附五氯酚的動力學和熱力學特點,為評價和預測五氯酚在水環(huán)境中的遷移、歸宿及人工控制這類污染物提供了可靠的理論依據(jù)。 本課題首先選取典型農業(yè)廢物——稻草,利用稻草基質在固態(tài)發(fā)酵條件下研究白腐菌降解五氯酚的效果。通過研究發(fā)酵過程中黃孢原毛平革菌的生物量、酶活變化及降解五氯酚和木質素的降解情況發(fā)現(xiàn)黃孢原毛平革菌的生長趨勢、酶活變化以及五氯酚和木質素的降解速度都呈基本一致的趨勢,前10d生物量、酶活增長非常迅速,到第10d,達到最高,之后逐漸下降,五氯酚和木質素的降解率也隨之變化,證明了微生物的生長情況、酶系的活性是和降解率緊密相關的。同時紫外光譜和紅外光譜分析結果也表明在白腐菌的作用下,稻草中的木質素結構遭到嚴重破壞,難降解的大分子長鍵烴被切斷成易降解的小分子短鍵烴。因而,白腐菌在降解五氯酚的同時,也達到了處理難降解稻草木質素的獨特效果。 其次研究了黃孢原毛平革菌產漆酶的優(yōu)化條件,以及所產出的漆酶對水中五氯酚的降解。黃孢原毛平革菌雖然長時間被認為是不能產漆酶的白腐真菌,但本研究證明它在特定培養(yǎng)基上——利用農、林、食品工業(yè)的殘渣(香蕉皮和玉米芯)作為固態(tài)發(fā)酵的底物,具有較好的產漆酶能力。這樣既解決了這些含碳水化合物高的廢物引起的環(huán)境的問題,又能生產更有利用價值的真菌漆酶。當香蕉皮與玉米芯混合比例為1∶2、誘導劑為0.4mMCuSO4時,黃孢原毛平革菌能獲得最高漆酶活,使用硫酸銅和藜蘆醇做誘導劑都可提高漆酶酶活。同時利用該條件下所產的漆酶酶液對五氯酚污染的污水進行了處理,比較了粗酶液與純化酶液以及添加介質與不添加介質體的處理效果,發(fā)現(xiàn)純化漆酶優(yōu)于粗酶液,添加介質ABTS能提高漆酶活性,提高處理率。利用低成本的農林業(yè)殘渣作為發(fā)酵底物生產真菌漆酶并應用到污染物修復中去,這將是一條既經濟又高效的途徑,對環(huán)境污染治理產生一定意義。 然后探討了固定化和游離黃孢原毛平革菌對五氯酚降解效果及堆制過程中添加黃孢原毛平革菌和未加菌時各種參數(shù)的變化,包括有機質、碳氮比、木質纖維素、腐殖質、種子發(fā)芽、微生物量碳等。在經過近兩個月的堆制后,堆料達到腐熟和穩(wěn)定并基本消除五氯酚的毒害。實驗結果說明了堆肥是對五氯酚污染的土壤進行生物修復的一種有效方法,在堆肥中添加白腐菌有助于木質纖維素的降解和腐殖質的形成,而且固定化技術也是生物修復中可行的方法之一。 最后對湘江長沙河段5個斷面沉積物樣品進行了初步分析,研究了樣品的物理化學性質,吸附動力學性質,吸附等溫線類型以及吸附熱力學性質。研究分別用拋物線模型和線性模型對五氯酚吸附動力學進行擬合,結果是線性方程對湘江沉積物的擬合情況更好,實驗還分別測定了五氯酚在湘江不同沉積物上的吸附等溫線,并分別用線性吸附模型、非線性的Freundlich吸附模型、雙模式吸附模型行了擬合,可以推斷出在沉積物吸附五氯酚過程中發(fā)揮主要作用的并不是線性分配作用,而是非線性吸附,其符合Freundlich吸附等溫式。由吸附熱力學實驗得到五氯酚在湘江沉積物上的吸附熱值,由此推斷五氯酚在湘江沉積物的吸附主要為物理吸附,主要吸附機理為疏水鍵力,同時一定程度上存在范德華力、偶極間力和氫鍵力。這一研究對評價和預測五氯酚在水環(huán)境中的遷移、歸宿及處理這類污染物可提供可靠的理論依據(jù)和參考。
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703
【圖文】：

使其變成高度活性的三價錳離子Mn3+[03]。化循環(huán)由HZO:結合到MnP本體上起開始啟動，形成一種過氧化氧化物的氧一氧鍵斷裂，從亞鐵血紅素上轉移2個電子，形成由氧化產生的中介體之一—MnP化合物I，它是一個Fe4氣氧一葉化酚底物和二價錳離子Mn2+，此時HZo:的雙氧分子鍵斷裂后釋下來氧化還原反應繼續(xù)進行，一個二價錳離子Mn2+首先被有二劑如乙醇酸鹽或草酸鹽鰲合，鰲合的Mn2+充當MnP化合物I的被氧化成Mn3+，乙醇酸鹽和草酸鹽繼續(xù)穩(wěn)定由Mn2+轉化成Mn3n3+鰲合物從酶內的釋放，而MnP化合物I被還原，形成MnP化一個Fe4+一氧一葉琳復合體。MnP化合物11的還原反應以MnP化合繼續(xù)進行下去，只是MnP化合物H只能被二價錳離子Mn2+還原，轉化成Mn3+，從而導致MnP本體被釋放，同時也產生第二個水一65]。

圖1.5漆酶的催化循環(huán)Fig.1.5CatalytieeycleofLaccase菌漆酶的應用非常廣泛。由于漆酶具有特殊的催化性能和生物制漿、生物漂白，以及有毒化合物的降解等方面具有工業(yè)中漆酶主要用于制漿、漂白和造紙廢液處理。傳統(tǒng)的毒化合物而造成環(huán)境污染，而利用漆酶對紙漿進行漂白就。此外，漆酶還可用于造紙工業(yè)紙漿的生產。傳統(tǒng)的紙漿煮蒸原料，除去木質素制成的，這不僅會使得部分纖維素紙漿產率，而且嚴重污染環(huán)境。采用漆酶選擇性降解木質和能耗，縮短紙漿生產周期，降低生產成本，將會給造紙益和社會效益。菌漆酶對紡織染料的脫色、降解效果也不錯，Glenn等{69]抱原毛平革菌護hanorochaetechry:口sPorl’um)對染料廢水方面利用漆酶可以降解氯酚類有機化合物。大ver:icolo:漆

厭氧過程中沒有氧分子參加，酸化過程中產生的能量較少，許多能量保留在有機酸分子中，在甲烷菌作用下以甲烷氣體的形式釋放出來，厭氧堆肥的特點是反應步驟多、速度慢、周期長。圖1.8為厭氧堆肥過程。·…鸚料}有機酸H:S等、醉類.能丫、、一、，、一。}、，{料竺終)、;.微聲{物產酸階段婦產，酸菌活性產攀烷!;介段乖烷蕩沂料-圖1.8厭氧堆肥過程 Fig1.8ProeessofanaerobieeomPosting

【引證文獻】

相關博士學位論文 前2條

1 余震;五氯酚污染土壤的堆肥修復及其微生物群落組成研究[D];湖南大學;2012年

2 居玉坤;密閉倉式污泥高溫好氧快速發(fā)酵資源化技術及應用研究[D];中國地質大學（北京）;2014年

本文編號：2799839