生物质炭固定化融合菌株的制备及对多环芳烃的去除研究

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多环芳烃(PAHs)是一种广泛存在于环境中的污染物,主要来源于有机材料的不完全燃烧,对环境和人体产生巨大的危害,土壤PAHs污染更为严重。菌株F14是一株利用原生质体融合技术构建的融合菌株,对PAHs具有降解能力,本文采用生物质炭吸附-包埋-交联的复合式固定化方法制备固定化微生物小球来增加该菌株去除环境中PAHs的能力。研究了固定化微生物小球的理化性质、对溶液中芘的去除效果以及固定化过程中的重要影响参数;同时将固定化微生物小球用于修复PAHs污染的土壤。主要研究结果如下:(1)首先采用聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)作为固定化材料制备固定化小球,对固定化小球成球效果、传质性能和机械性能的分析表明,载体PVA和SA的最佳配比为8%和1%,制备的固定化小球的直径约为3 mm;与游离态微生物相比,固定化微生物可以更好更快地去除芘。(2)分析不同碳化温度下的生物质炭制备的固定化小球的传质性能和SEM图,可以看出,使用生物质炭吸附固定化微生物可以有效地增加载体的比表面积、孔隙率和传质性能等;生物质炭固定化小球对芘的去除能力高于PVA-SA固定化小球,并且生物质炭碳化温度越高,对芘的去除效果越好;与此同时,对固定化小球的使用周期的研究发现固定化小球可以重复使用8个周期。(3)通过改变不同的固定化方法和固定化材料形成不同的固定化颗粒,并且比较其对于芘的去除能力,结果表明:通过化学交联法制备的PVA-SA-生物质炭固定化颗粒对芘的去除率最高;另外通过比较不同的固定化颗粒粒细胞密度和固定化过程中的接种量来确定微生物的最佳添加量,结果发现固定化颗粒的粒细胞密度与芘的去除率呈现负相关,而固定化菌去除芘的最优接种量是500 mg/L,并不是接种量越高,芘的去除效率越好。(4)探讨固定化微生物技术修复多环芳烃污染土壤的可行性,应用游离菌和固定化菌对PAHs污染土壤进行修复,结果表明:在含芘土壤的修复实验中,生物质炭固定化小球的去除效果最好,30 d内对初始浓度为100 mg/kg的土壤中芘的去除率达到49.86%,比游离菌高出27.53%;在焦化厂多环芳烃实际污染土壤的修复实验中,生物质炭固定化小球对PAHs的去除效率高于其他处理组,并且对于6环的PAHs去除率最高能达到62.02%。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
1. 引言第12-24页
    1.1 多环芳烃(PAHs)概述第12-13页
        1.1.1 PAHs的理化性质第12页
        1.1.2 PAHs的来源第12-13页
        1.1.3 PAHs的危害第13页
        1.1.4 芘的性质及危害第13页
    1.2 土壤中PAHs的污染第13-14页
    1.3 PAHs污染的生物修复技术第14-16页
        1.3.1 降解PAHs的微生物第15页
        1.3.2 影响PAHs微生物降解的因素第15页
        1.3.3 PAHs微生物降解中存在的问题第15-16页
    1.4 固定化微生物技术对环境中PAHs的修复第16-21页
        1.4.1 固定化载体材料第17页
        1.4.2 固定化菌种的筛选第17-18页
        1.4.3 固定化方法第18页
        1.4.4 固定化条件第18-19页
        1.4.5 固定化微生物技术的改进第19-20页
        1.4.6 固定化微生物技术在PAHs污染土壤中的应用第20-21页
    1.5 生物质炭的特征及其在修复土壤中的应用第21-22页
    1.6 课题研究的目的、内容和意义第22-24页
        1.6.1 课题研究的目的及意义第22页
        1.6.2 课题研究的主要内容第22-24页
2. 固定化载体的选择及对芘的去除效果研究第24-33页
    2.1 材料与方法第24-26页
        2.1.1 主要试剂第24页
        2.1.2 主要仪器第24-25页
        2.1.3 菌种来源第25页
        2.1.4 培养基第25-26页
    2.2 实验方法第26-27页
        2.2.1 固定化载体的选择第26页
        2.2.2 固定化小球各项物理参数测定第26-27页
        2.2.3 PVA-SA固定化小球对芘的去除第27页
        2.2.4 芘降解率的测定方法第27页
    2.3 结果与讨论第27-32页
        2.3.1 固定化材料的最佳结合比例第27-28页
        2.3.2 芘的标准曲线第28-29页
        2.3.3 PVA-SA固定化小球对芘的去除效果分析第29-32页
    2.4 本章小结第32-33页
3. 生物质炭固定化融合菌株F14及对芘的去除第33-42页
    3.1 前言第33页
    3.2 材料与方法第33-34页
        3.2.1 主要试剂第33页
        3.2.2 主要仪器第33页
        3.2.3 生物质炭的制备第33-34页
    3.3 实验方法第34-35页
        3.3.1 生物质炭固定化小球的制备第34页
        3.3.2 生物质炭固定化小球物理参数测定第34页
        3.3.3 比表面积(BET)的测定第34页
        3.3.4 扫描电镜分析(SEM)第34-35页
        3.3.5 生物质炭固定化小球对芘的去除研究第35页
        3.3.6 固定化小球的重复使用周期第35页
    3.4 结果与讨论第35-41页
        3.4.1 生物质炭固定化小球各物理参数比较第35-36页
        3.4.2 固定化小球比表面积及孔结构分析第36-37页
        3.4.3 固定化小球扫描电镜图第37-38页
        3.4.4 固定化小球对芘的去除效果研究第38-40页
        3.4.5 固定化小球的重复使用周期第40-41页
    3.5 本章小结第41-42页
4. 固定化过程中影响因素的研究第42-51页
    4.1 前言第42页
    4.2 材料与方法第42页
    4.3 实验方法第42-43页
        4.3.1 不同固定化颗粒的制备方法第42-43页
        4.3.2 粒细胞密度对于芘去除的影响第43页
        4.3.3 微生物接种量对于芘去除的影响第43页
    4.4 结果与讨论第43-49页
        4.4.1 不同固定化颗粒的外观效果图第43-44页
        4.4.2 固定化颗粒扫描电镜图第44-46页
        4.4.3 不同方法制备的固定化颗粒对芘去除的影响第46-47页
        4.4.4 粒细胞密度对于芘去除的影响第47-48页
        4.4.5 微生物接种量对于芘去除的影响第48-49页
    4.5 本章小结第49-51页
5. 固定化微生物对多环芳烃污染土壤的修复第51-67页
    5.1 前言第51页
    5.2 材料与方法第51-53页
        5.2.1 主要试剂第51-52页
        5.2.2 主要仪器第52页
        5.2.3 煤渣的来源第52页
        5.2.4 供试土壤第52-53页
    5.3 实验方法第53-58页
        5.3.1 固定化小球的制备第53页
        5.3.2 模拟芘污染土壤修复实验第53-55页
        5.3.3 应用固定化微生物修复焦化厂多环芳烃污染土壤第55-56页
        5.3.4 p H对去除土壤中芘的影响第56页
        5.3.5 表面活性剂吐温-80 对去除土壤中芘的影响第56页
        5.3.6 土壤中酶活分析方法第56-58页
    5.4 结果与讨论第58-66页
        5.4.1 模拟芘污染土壤中芘的去除率研究第58-60页
        5.4.2 固定化微生物对焦化厂污染土壤中多环芳烃去除效果研究第60-63页
        5.4.3 p H对去除土壤中芘的影响第63页
        5.4.4 表面活性剂吐温-80 对去除土壤中芘的影响第63-64页
        5.4.5 土壤中的酶活变化第64-66页
    5.5 本章小结第66-67页
6. 结论与展望第67-69页
    6.1 结论第67-68页
    6.2 展望第68-69页
参考文献第69-78页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第78-79页
致谢第79-80页
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