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氯苯高效降解菌选育及应用其强化生物滴滤运行性能研究

作　者: 冷守琴
导　师: 陈建孟；张丽丽
学　校: 浙江工业大学
专　业: 环境工程
关键词: 氯苯生物降解 Ralstonia pickettii 代谢途径动力学生物滴虑实时荧光定量PCR
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 77次
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内容摘要

氯苯类VOCs广泛用于工业生产过程,化学性质相当稳定,具有生物积累性和生物毒性,对人体具有致癌作用,被美国环保局（EPA）列入优先控制污染物名单。对于这类污染物的治理技术,生物净化技术具有高效、低耗、反应条件温和、二次污染小等优点。本论文选育出1株氯苯的高效降解菌,经鉴定为Ralstonia pickettii,为新发现的具有降解氯苯能力的新菌株,命名为L2。研究了L2的基本特性和动力学行为,基于代谢产物的分离、鉴定和相关酶活分析,推测了菌株降解氯苯的代谢途径。菌株L2最佳生长条件为30℃和pH=7;YE的添加对菌株生长和氯苯降解速率有明显的促进作用;菌株降解氯苯过程符合Haldane动力学模型,氯苯浓度为50 mg·L-l时,最大比生长速率μmax=0.23 h^-1、最大比降解速率vmax=0.18 h^-1;该过程的细胞产率系数为0.25 mg/mg;氯苯降解完全后大部分被矿化为CO₂、H₂O和Cl^-;通过GC/MS、IC和HPLC检测到氯苯降解的部分中间产物,测定开环酶活性,推测出了氯苯的可能代谢途径。基于上述菌株L2降解性能和代谢特征的研究,将菌株L2应用于生物滴滤塔强化氯苯废气的生物净化。分别以L2、“L2+活性污泥”和活性污泥三种不同方式接种生物滴滤塔,在运行30天后,三个BTF挂膜启动基本完成。采用菌株L2和“L2+活性污泥”启动的反应器,启动的速度较快,说明L2能够强化降解氯苯的BTF启动。生物滴滤塔对氯苯的降解行为符合Michaelis-Menten动力学模型,得到菌株L2启动、“L2+活性污泥”启动、污泥启动的BTF对氯苯的单位体积最大降解速率rmax分别为76.3,83.6和35.6g/m3·h,表明菌株L2的引入可显著提高氯苯的生物降解。“L2+活性污泥”启动的BTF对氯苯的去除性能较好,不同的运行条件下其去除率和最大除去负荷都最大, CO₂的最大生成负荷也最大,表明菌株L2可强化反应体系降解氯苯的运行性能,显示了其较强的应用价值。通过实时荧光定量PCR和PCR-DGGE回收测序结果,启动初期投加的高效菌株Ralstonia pickettii L2稳定存在。说明有其他菌株存在的条件下,L2依然可以良好生长,高效降解氯苯,对于强化BTF降解氯苯具有很好的效果,有很好的工业应用价值。根据PCR-DGGE指纹图分析,结果表明在上述三套BTF反应体系,微生物菌群丰富,菌群结构具有相对的稳定性和复杂性,同时根据体系对氯苯较高的降解和矿化性能,我们也推测菌群结构的稳定性和复杂性可促进BTF对目标污染物的净化。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-27
  1.1 课题来源与研究目的及意义  12-13
    1.1.1 课题来源  12
    1.1.2 课题研究的目的及意义  12-13
  1.2 课题研究内容与创新之处  13-14
    1.2.1 课题研究内容  13-14
    1.2.2 课题创新之处  14
  1.3 氯苯类VOCs 的危害  14-16
    1.3.1 氯苯类化合物的性质  14-15
    1.3.2 氯苯类VOCs 的危害及污染现状  15-16
  1.4 氯苯类VOCs 的物理化学治理技术  16-19
    1.4.1 物理法  16-17
    1.4.2 化学法  17-19
  1.5 氯苯类VOCs 的生物降解技术  19-23
    1.5.1 降解菌的研究  19-21
    1.5.2 氯苯类VOCs 生物降解工艺研究  21-23
  1.6 PCR 技术在环境工程生物处理研究中的应用  23-27
    1.6.1 PCR-DGGE 技术的基本原理  23-24
    1.6.2 PCR-DGGE 技术在环境微生物学中的应用  24-25
    1.6.3 反转录PCR 技术  25
    1.6.4 实时荧光定量PCR 技术  25-27
第二章实验材料与分析方法  27-44
  2.1 实验材料  27-31
    2.1.1 实验药品与仪器  27-29
    2.1.2 菌种来源与培养基  29-30
    2.1.3 实验装置  30-31
  2.3 分析方法  31-44
    2.3.1 分析检测方法  31-33
    2.3.2 菌种选育与鉴定  33-35
    2.3.3 菌株降解性能分析  35-39
    2.3.4 生物滴滤塔工艺参数测定方法  39
    2.3.5 实时荧光定量PCR 技术  39-42
    2.3.6 PCR- DGGE 分析  42-44
第三章氯苯高效降解菌的选育及特性研究  44-60
  3.1 高效降解菌株的分离与鉴定  44-48
    3.1.1 菌株的形态特征观察  44-45
    3.1.2 菌株L2 DNA 序列分析及其系统发育树建立  45-47
    3.1.3 菌株BIOLOG 鉴定  47-48
  3.2 菌株L2 对氯苯降解特性  48-54
    3.2.1 菌株生长和降解氯苯的最佳条件  48-49
    3.2.2 菌株降解不同初始浓度的氯苯  49-50
    3.2.3 不同浓度氯苯降解的矿化率分析  50-51
    3.2.4 酵母浸液（YE）添加对氯苯降解的影响  51-52
    3.2.5 菌株降解氯苯动力学及其细胞产率  52-54
  3.3 菌株降解氯苯的代谢产物及代谢途径  54-58
    3.3.1 中间产物检测  54-56
    3.3.2 氯苯代谢产物开环酶活性分析  56-57
    3.3.3 3-氯邻苯二酚1,2 双加氧酶的测定  57
    3.3.4 氯苯可能的代谢途径分析  57-58
  3.4 本章小结  58-60
第四章高效菌株L2 强化生物滴滤塔降解氯苯的性能研究  60-85
  4.1 反应器启动阶段的运行性能  60-63
    4.1.1 启动阶段去除率  60-61
    4.1.2 启动阶段生物量  61-63
  4.2 稳定运行阶段  63-75
    4.2.1 停留时间的影响  63-66
    4.2.2 进气负荷的影响  66-67
    4.2.3 进气浓度的影响  67-69
    4.2.4 CO_2 生成量分析  69-72
    4.2.5 压降  72
    4.2.6 生物量  72-74
    4.2.7 动力学分析  74-75
  4.3 微生物生态分析  75-83
    4.3.1 微生物的平均代谢活性  76-79
    4.3.2 微生物对不同碳源的代谢能力  79-83
  4.4 本章小结  83-85
第五章生物滴滤塔内微生物种群结构研究  85-104
  5.1 实时荧光定量PCR 技术对滴滤塔内菌株L2 的定量分析  85-87
    5.1.1 引物特异性验证  85-86
    5.1.2 反应器运行期间荧光定量分析  86-87
  5.2 PCR-DGGE 技术对滤塔内微生物的16S rDNA 的指纹分析  87-102
    5.2.1 基因组DNA 的提取和16SrDNA V3 区扩增  87-88
    5.2.2 稳定运行状态下微生物群落分析  88-99
    5.2.3 微生物种群多样性分析  99-102
  5.3 本章小结  102-104
第六章主要结论和研究展望  104-108
  6.1 主要结论  104-107
  6.2 建议  107-108
参考文献  108-123
致谢  123-124
攻读学位期间发表的学术论文目录  124

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