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低强度超声波干预固定化细胞降解直链十二烷基苯磺酸钠的研究

作　者: 向丽君
导　师: 王伯初
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 低强度超声波固定化细胞铜绿色假单孢菌 LAS模拟废水
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文利用低强度超声波具有促进传质等特点,将超声波作为外界环境因子引入固定化细胞降解污水过程中,以阴离子表面活性剂中主要成分直链十二烷基苯磺酸钠(简称LAS)为对象,研究超声波与固定化铜绿色假单孢菌相结合对LAS的降解,探索高效降解LAS的最优参数条件,并建立了超声干预固定化细胞降解LAS的动力学模型,为超声波在固定化细胞技术上的应用提供参考。本文的主要研究内容和结果如下:1.对四种较常用的包埋法固定化铜绿色假单孢菌(AS1.860)进行了比较研究。第一种是海藻酸钠-氯化钙型, 第二种是海藻酸钠,碳酸钙-氯化钙型,第三种是常规的聚乙烯醇(PVA)硼酸法,第四种海藻酸钠-聚乙烯醇包埋法(采用了成分较复杂的聚乙烯醇硼酸加石英、铁粉和少许海藻酸钙、碳酸钙的处理方法)。结果表明:第二种方法制备的小球不但硬度和强度最好,操作简单可行,原料成分少、廉价易得,而且对LAS的降解活性较高,是最适宜的方法(见表2-3,图2.4)。2.研究各因素(包括LAS初始浓度、溶液初始pH值、通氧量以及菌体接种量等)对低强度超声波干预固定化AS1.860降解LAS的影响。超声波干预条件为:频率24kHz,功率2W,超声间歇时间与超声刺激时间分别为30s和30s,超声全程时间20min。结果表明:1)LAS浓度在116mg/L 以下时,超声波加载固定化细胞能够较好促进LAS的去除;2)溶液pH值在5～9时对LAS的去除率较稳定且去除效果较好;3)通氧量(以摇床转速计)控制在200～250 r/min较适宜;4)菌体接种量(以载体包埋量计)控制在2～4g湿菌体/100mL载体溶液较适宜(见图3.1~图3.3,表3-4)。 3.在各最适影响参数条件下(即LAS初浓度50mg/L,pH值中性,通氧200 r/min,菌体接入量2g/100mL),对超声波加载固定化铜绿色假单孢菌降解LAS的参数条件进行了优化。通过正交实验研究了超声波频率(A)、强度(B)、超声时间/间歇时间(C)和超声全程时间(D)对LAS降解的影响,结果表明:1)各因素对LAS的降解有不同的影响,其影响降解的趋势为C>D>B>A;2)超声波干预固定化细胞的最优条件:超声波频率24kHz,强度8W,超声时间/间隙时间10s/30s,超声全程时间20min。此时超声组比固定组的LAS降解率提高约14%(见表3-6,图3.5)。4. 在各最适影响参数和优化超声条件下,对固定化细胞降解LAS的动力学模型进行了推导,并对动力学模型参数进行估计,得到LAS浓度在30～100mg/L范围内,超声波干预固定化细胞降解LAS的动力学方程:-rs=4.05s/(158.21+s)。通过相关系数及F检验表明该动力学模型是相当显著的,即两个主要参数的取值是可信<WP=5>的(见表4-3,图4.2)。5. 在最适条件下,对比研究了固定化细胞和超声波干预下固定化细胞对LAS的降解。结果表明:超声波加载组比固定化组的降解率提高10%以上(见表5-4,图5.1)。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-11
1 绪论  11-22
  1.1 超声波在污水处理中的研究  11-14
    1.1.1 超声波处理废水的机理  11-12
    1.1.2 超声波在污水处理中的应用  12-14
    1.1.3 超声波技术处理废水的前景展望  14
  1.2 固定化细胞技术在污水处理中的研究  14-17
    1.2.1 固定化细胞处理废水的机理  14-15
    1.2.2 固定化细胞技术在污水处理中的应用  15-17
    1.2.3 固定化细胞处理废水的前景展望  17
  1.3 LAS及其生物降解  17-18
  1.4 本课题简介  18-22
    1.4.1 研究意义  18-19
    1.4.2 本文主要工作  19-20
    1.4.3 本文研究思路与技术路线  20
    1.4.4 本文创新之处  20-22
2 铜绿色假单孢菌的生理特征及其固定化方法的研究  22-30
  2.1 铜绿色假单孢菌生长曲线的测定  22-23
    2.1.1 铜绿色假单孢菌的复苏及培养  22-23
    2.1.2 铜绿色假单孢菌生长曲线的测定  23
  2.2 亚甲蓝分光光度法测定LAS(GB749  23-24
    2.2.1 主要材料  24
    2.2.2 方法  24
  2.3 四种固定化铜绿色假单孢菌方法的比较  24-26
    2.3.1 材料  24-25
    2.3.2 方法  25-26
  2.4 结果  26-28
    2.4.1 铜绿色假单孢菌在本实验条件下的生长曲线  26
    2.4.2 LAS标准曲线的绘制  26-27
    2.4.3 四种固定化铜绿色假单孢菌降解LAS模拟废水的结果  27-28
  2.5 讨论  28-30
3 低频率超声波刺激固定化细胞降解LAS的影响因素研究  30-42
  3.1 低频率超声波刺激固定化细胞降解LAS的主要影响因素研究  30-33
    3.1.1 LAS初始浓度对其降解的影响  30-31
    3.1.2 pH值对LAS降解的影响  31-32
    3.1.3 通氧量对LAS降解的影响  32
    3.1.4 菌体量对LAS降解的影响  32-33
  3.2 结果  33-36
    3.2.1 LAS初始浓度对其降解的影响结果  33-34
    3.2.2 pH值对LAS降解的影响结果  34
    3.2.3 通氧量对LAS降解的影响结果  34-35
    3.2.4 菌体量对LAS降解的影响结果  35-36
  3.3 正交实验确定超声波加载固定化细胞的条件  36-40
    3.3.1 材料  36
    3.3.2 方法  36-38
    3.3.3 超声波加载固定化细胞条件的正交实验结果分析  38-39
    3.3.4 各正交实验组与固定化细胞组降解LAS的比较结果  39-40
  3.4 讨论  40-42
4 超声加载固定化细胞的动力学模型研究  42-49
  4.1 材料与装置  42-43
    4.1.1 材料  42-43
    4.1.2 超声波加载装置  43
  4.2 超声波加载固定化细胞的动力学模型推导  43-47
    4.2.1 游离细胞降解LAS动力学模型的基本假设  43-44
    4.2.2 超声波干预下固定化细胞反应的动力学模型  44-45
    4.2.3 动力学模型实验验证  45-47
  4.3 结论  47
  4.4 讨论  47-49
5 固定化细胞与优化超声加载固定化细胞降解LAS的比较研究  49-56
  5.1 超声对固定化细胞生物活性及降解寿命的影响评价  49-51
    5.1.1 实验材料  49-50
    5.1.2 方法  50
    5.1.3 实验结果  50-51
  5.2 优化超声加载固定化细胞降解LAS的实验验证  51-54
    5.2.1 实验材料与方法  51-52
    5.2.2 四种不同处理LAS方式验证实验结果  52-54
  5.3 超声波加载固定化细胞的机理探讨  54-56
6 结论及后续工作建议  56-58
  6.1 本文的主要研究内容和结果  56-57
  6.2 后续工作建议  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录  62-63

低强度超声波干预固定化细胞降解直链十二烷基苯磺酸钠的研究

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