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《大连理工大学》 2007年
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R.mucilaginosa,S.albidoflavus和M.luteus对硝基苯的好氧生物降解

郑春莉  
【摘要】: 本文报道了3株新分离的在好氧条件下以硝基苯为唯一碳、氮、能源的菌株,对其进行了生理生化特性研究和rDNA分子序列分析,考察了3株菌的游离态细胞和固定化细胞生长及降解硝基苯的特性,并推测出菌株降解硝基苯的途径,以期为实际硝基苯工业废水的处理提供理论依据 通过形态特征、生理生化特性以及rDNA分子序列分析,3株菌分别鉴定为胶红酵母菌(Rhodotorula mucilaginosa Z1)、微白黄链霉菌(Streptomyces albidoflavus Z2)和藤黄微球菌(Micrococcus luteus Z3)。菌株Z1、Z2、Z3在GenBank的登录号分别为DQ778627、DQ855477、DQ855476。菌株Z1、Z2、Z3已作为专利菌种保存于中国普通微生物菌种保藏中心,注册编号分别为CGMCC No.1758、CGMCC No.1759、CGMCCNo.1760。 菌株Z1的最适生长与降解条件为:温度30℃,pH=7.0,摇床转速180 r/min,接种量9mg/L(干重)。菌株Z2的最适生长与降解条件为:温度30℃,pH=7.0,摇床转速150r/min,接种量12mg/L(干重)。菌株Z3的最适生长与降解条件为:温度25℃,pH=7.0,摇床转速150 r/min,接种量9mg/L(干重)。在以硝基苯为唯一碳、氮、能源的液体培养基中,最佳降解条件下,当硝基苯初始浓度为200mg/L时,菌株Z1、Z2、Z3完全降解硝基苯的时间分别为60h、72h、120h,TOC去除率均在98%以上,该实验结果表明硝基苯最终被矿化为无害的二氧化碳和水。在以硝基苯为唯一碳、氮、能源的液体培养基中,菌株Z1、Z2和Z3对硝基苯的最大耐受浓度分别为450、400和250mg/L。最佳降解条件下,菌株Z1、Z2和Z3对硝基苯的降解动力学均符合典型的底物抑制模型,菌株Z1的模型参数为:q_(max)=4.11(1/h),K_s=151.42mg/L,K_i=32.569mg/L;菌株Z2的模型参数为:q_(max)=3.19(1/h),K_s=106.73mg/L,K_i=38.03mg/L;菌株Z3的模型参数为:q_(max)=2.32(1/h),K_s=67.13mg/L,K_i=40.29mg/L。 进一步考察了高盐度下以及其它有机物质和硝基苯共存时3株菌对硝基苯的降解。在以硝基苯为唯一碳、氮、能源的液体培养基中,最佳降解条件下,当硝基苯初始浓度为200mg/L时,3株菌均能在盐度(以氯化钠质量浓度计)≤5%的条件下有效降解硝基苯。最佳降解条件下,当150mg/L的苯酚和200mg/L的硝基苯共存或75mg/L的苯胺与200mg/L的硝基苯共存时,菌株Z1能有效降解硝基苯;当200mg/L的苯酚和200mg/L的硝基苯共存或50mg/L的苯胺与200mg/L的硝基苯共存时,菌株Z2能有效降解硝基苯;当25mg/L的苯酚和200mg/L的硝基苯共存或25mg/L的苯胺和200mg/L的硝基苯共存,菌株Z3几乎不降解硝基苯。 采用表面吸附固定化技术,选取大孔网状载体DW-22为固定化材料分别考察了菌株Z1、Z2和Z3在DW-22型载体上的生长与降解硝基苯的最适条件。菌株Z1在DW-22型载体上的最适生长与降解条件为:温度30℃,pH=7.0,摇床转速160r/min,接种量6mg/L(干重)。菌株Z2在DW-22型载体上的最适生长与降解条件为:温度30℃,pH=7.0,摇床转速130r/min,接种量10mg/L(干重)。菌株Z3在DW-22型载体上的最适生长与降解条件为:温度25℃,pH=7.0,摇床转速130r/min,接种量6mg/L(干重)。在以硝基苯为唯一碳、氮、能源的液体培养基中,最适生长与降解条件下,当硝基苯初始浓度为200mg/L时,固定化Z1、Z2、Z3细胞完全降解硝基苯的时间分别为30h、40h、96h。固定化细胞对硝基苯的降解动力学均符合经典的底物抑制模型,固定化Z1细胞的动力学参数为:q_(max)=8.38(1/h),K_s=185.59mg/L,K_i=132.39mg/L;固定化Z2细胞的动力学参数为:q_(max)=6.34(1/h),K_s=153.63mg/L,K_i=126.73mg/L;固定化Z3细胞的动力学参数为:q_(max)=4.31(1/h),K_s=110.39mg/L,K_i=54.95mg/L。与游离态细胞相比,固定化细胞的耐热性、耐盐性和耐毒性均得到提高。本研究同时进行了固定化Z1细胞降解硝基苯的半连续流试验,实验结果表明:与游离态细胞相比,固定化细胞具有良好的耐水力负荷和冲击负荷的能力。 推测了菌株Z1降解硝基苯的途径:硝基苯经部分还原生成2-氨基酚,2-氨基酚再开环降解,进一步矿化;同时在2-氨基酚的开环过程中,副产物吡啶甲酸生成,Z1进一步降解吡啶甲酸。本研究同时推测了菌株Z1降解吡啶甲酸的途径:吡啶甲酸经羟基化反应生成6-羟基吡啶甲酸,6-羟基吡啶甲酸再开环降解,最终矿化为无害的二氧化碳和水。 综上所述,本研究分离的胶红酵母菌(Rhodotorula mucilaginosa Z1)、微白黄链霉菌(Streptomyces albidoflavus Z2)和藤黄微球菌(Micrococcus luteus Z3)在实际硝基苯工业废水的处理中有着广阔的应用前景。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X703

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