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降解PVA混合菌系的环境影响因素及其降解机理的研究
作 者: 周明
导 师: 郭雅妮
学 校: 西安工程大学
专 业: 环境工程
关键词: 聚乙烯醇 混合菌 降解 PVA降解酶
分类号: X172
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 36次
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内容摘要
聚乙烯醇(PVA)具有良好的膜强度、粘附性、耐磨性、化学稳定性,被广泛应用于纺织、化工、造纸等多个领域。但其可生化性差,生物降解周期长,而全世界每年有大量的PVA废水产生,我国纺织业每年在经纱上浆过程中,在上浆剂中使用的PVA就有3万多吨,这就造成了严重的环境污染,极大的危害了我们的生态环境。在PVA废水的处理方法中,生物法因其处理效果好且无二次污染等优点得到了大家的广泛关注。因此,研究PVA的生物降解对于减轻环境污染,改善生态环境具有重要意义。本课题利用前期对取自西安市国棉三厂浆纱机底部水槽处的样品(黑色块状,黑样)进行处理,筛选出的一种能较好降解PVA的混合菌系,以及对该混合菌系分离纯化得到的七个单菌。通过摇瓶发酵,考察了种龄、接种量、装液量、温度、初始pH、渗透压和光照等环境因素对混合菌系降解PVA能力的影响。结果表明,种龄为2448h,接种量为4%6%,装液量为100mL时混合菌生长较好,降解PVA速率较快;混合菌系降解PVA的最适温度为25℃30℃,最佳pH=7.0;渗透压在NaCl浓度低于1g/L时不影响混合菌系降解能力;光照对混合菌系降解PVA的能力基本无影响。对混合菌系所产PVA降解酶的酶学性质及其酶催化反应动力学进行研究。结果表明,混合菌系所产PVA降解酶主要为胞外酶;在降解未完全时,该PVA降解酶酶活随着PVA降解效率的提高而降低,在降解完全后,趋于一定;随着PVA浓度的增大,该PVA降解酶酶活逐渐增大;该PVA降解酶的米氏常数Km=2.06×10-3mol/L,最大反应速率vmax=19.5单位/min。对混合菌系降解PVA的降解机理进行研究。结果表明,该混合菌系可以将发酵培养基中初始平均分子量为51260Da的PVA基本完全降解,且在降解过程中有羧酸和甲基酮类物质生成。从混合体系中分离出的7种单菌,均不能单独彻底降解PVA。混合菌系对PVA的降解是一个相互协同的作用,在降解初期,一些能够利用高聚合度PVA的厌氧菌或兼性厌氧菌先优势生长,将大分子量的PVA降解为稍小分子量的聚合物,随着培养体系中PVA平均聚合度的下降,能够利用较低聚合度PVA进行生长的好氧菌开始占据优势,进一步将较小分子量的PVA降解。将该混合菌系应用于模拟废水中,考察混菌对废水的处理效果。结果表明,在发酵培养基中添加染料后,混合菌系降解PVA不受影响,降解效率达99%左右,COD去除率达90%左右,但是混菌对于所添加染料的去除率很低,不到20%;在发酵培养基中添加淀粉会影响混合菌对于PVA的降解,降解效率下降至92.83%,COD去除率不到80%。上浆棉织物的退浆实验结果表明,PVA降解酶退浆效果最好,优于热碱退浆和热水退浆,退浆率达95.08%;PVA降解酶退浆可以在退浆过程中实现棉织物上PVA的初次降解,降低退浆液的COD,增大其可生化性;还可减少热耗和水耗,降低棉织物的损伤。
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全文目录
摘要 2-4 ABSTRACT 4-10 1 绪论 10-18 1.1 聚乙烯醇 10-11 1.1.1 聚乙烯醇性质 10 1.1.2 聚乙烯醇的生产及应用 10-11 1.2 PVA 废水的处理 11-12 1.3 生物降解 PVA 的研究现状 12-16 1.3.1 降解 PVA 的微生物 12-13 1.3.2 PVA 降解酶 13-14 1.3.3 生物降解 PVA 的机理 14 1.3.4 生物降解 PVA 的影响因素 14-15 1.3.5 生物降解 PVA 的实际应用 15-16 1.4 本项目的研究意义及内容 16-18 1.4.1 本项目的研究意义 16-17 1.4.2 本项目的研究内容 17-18 2 实验材料及仪器 18-21 2.1 实验药品 18-19 2.2 实验仪器 19 2.3 实验试剂及材料 19-21 2.3.1 显色剂的制备 19 2.3.2 磷酸钾缓冲液的制备 19-20 2.3.3 粗酶液的制备 20 2.3.4 D、E 试剂 20 2.3.5 渗透剂 JFC 的制备 20 2.3.6 上浆棉织物的准备 20-21 3 环境因素对混合菌降解 PVA 能力的影响 21-29 3.1 菌种培养 21 3.1.1 菌种来源 21 3.1.2 培养基 21 3.1.3 培养方法 21 3.2 实验方法 21-22 3.2.1 菌体生长的测定 21 3.2.2 PVA 含量和降解效率的测定 21-22 3.3 结果与分析 22-29 3.3.1 混合菌生长曲线和降解 PVA 曲线 22-23 3.3.2 种龄对 PVA 降解能力的影响 23 3.3.3 接种量对 PVA 降解能力的影响 23-24 3.3.4 装液量对 PVA 降解能力的影响 24-25 3.3.5 温度对 PVA 降解能力的影响 25-26 3.3.6 初始 pH 对 PVA 降解能力的影响 26-27 3.3.7 渗透压对 PVA 降解能力的影响 27 3.3.8 光照对 PVA 降解能力的影响 27-29 4 PVA 降解酶酶催化反应动力学研究 29-36 4.1 菌种培养 29 4.1.1 菌种来源 29 4.1.2 培养基 29 4.1.3 培养方法 29 4.2 实验方法 29-30 4.2.1 菌体生长的测定 29 4.2.2 PVA 含量和降解效率的测定 29 4.2.3 标准曲线的测定 29 4.2.4 酶活的测定 29-30 4.2.5. PVA 降解酶分布情况的测定 30 4.2.6 PVA 降解酶活性与底物浓度的关系 30 4.3 结果与分析 30-36 4.3.1 PVA 标准曲线 30 4.3.2 混合菌系所产 PVA 降解酶的酶学特性 30-31 4.3.3 PVA 降解酶酶活与 PVA 降解效率的关系 31-32 4.3.4 PVA 降解酶酶活与底物浓度的关系 32 4.3.5 PVA 降解酶酶催化反应动力学方程的建立 32-34 4.3.6 PVA 降解酶酶催化反应动力学方程的验证 34 4.3.7 PVA 降解酶酶催化反应动力学方程的讨论 34-36 5 混合菌系降解 PVA 降解机理研究 36-49 5.1 菌种培养 36-37 5.1.1 菌种来源 36 5.1.2 培养基 36 5.1.3 培养方法 36-37 5.2 实验方法 37-38 5.2.1 菌体生长的测定 37 5.2.2 PVA 含量和降解效率的测定 37 5.2.3 UV-Vis 光谱分析 37 5.2.4 HPLC 分析 37 5.2.5 IR 分析 37 5.2.6 高效凝胶色谱分析 37-38 5.3 结果与分析 38-49 5.3.1 研究降解机理时样品参数及特征 38-39 5.3.2 发酵液 pH 与降解效率的关系 39 5.3.3 UV-Vis 光谱分析 39-40 5.3.4 HPLC 分析 40-41 5.3.5 甲基酮验证实验 41 5.3.6 IR 分析 41-42 5.3.7 高效凝胶渗透色谱分析 42-44 5.3.8 降解过程中菌种间相互作用 44-47 5.3.9 混合菌系降解 PVA 降解途径讨论 47-49 6 混合菌系处理模拟废水小试 49-55 6.1 菌种培养 49 6.1.1 菌种来源 49 6.1.2 培养基 49 6.1.3 培养方法 49 6.2 实验方法 49-50 6.2.1 菌体生长的测定 49 6.2.2 PVA 含量和降解效率的测定 49 6.2.3 COD 的测定 49 6.2.4 BOD 的测定 49 6.2.5 染料标准曲线的测定 49 6.2.6 染料浓度的测定 49-50 6.2.7 棉织物的退浆 50 6.2.8 退浆率的测定 50 6.3 结果与分析 50-55 6.3.1 染料标准曲线 50-51 6.3.2 混合菌系对模拟 PVA 废水的降解 51-53 6.3.3 模拟退浆实验 53-54 6.3.4 混合菌系对实际 PVA 废水的处理 54-55 7 结论与展望 55-57 7.1 主要结论 55 7.2 研究工作小结及展望 55-57 参考文献 57-63 攻读学位期间发表的文章 63-66 致谢 66
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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境微生物学
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