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《湖南大学》 2011年
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接种白腐真菌改善含铅农业固废微环境及其作用机理的研究

胡霜  
【摘要】:针对目前农业废物受重金属污染日益严重的现象,本课题考察了在不同Pb~(2+)浓度下,接种白腐真菌降解农业固体废物的情况,以及白腐真菌对不同浓度铅污染钝化能力的差异,同时研究了铅在固态发酵过程中的迁移和转化。本课题旨在通过对白腐真菌的典型菌种一一黄孢原毛平革菌(phanerochaete chrysosporium)与重金属交互作用的基础分析,确定该生物吸附剂的在不同浓度Pb~(2+)作用下对农余废物中主要成份一木质纤维素的降解能力的影响。通过对接种白腐真菌的稻草基质中Pb~(2+)迁移转化的研究,并借助傅立叶红外变换光谱等技术手段,来分析探索白腐真菌对Pb~(2+)的胞外钝化机制进行探索;并结合电脑软件工具对作用官能团种类和数量进行分析,进一步量化钝化规律。最后对强化白腐真菌吸附重金属开展了进一步的研究。 首先,实验通过考察在6个不同铅浓度下,接种的白腐真菌在固态发酵基质中的代谢情况,发现低浓度的Pb~(2+)对白腐真菌生物量、酶活性以及胞外分泌的有机酸有促进作用,高浓度Pb~(2+)有抑制作用。低浓度的铅离子能促进白腐真菌MnP的生成,同时白腐真菌胞外分泌物草酸含量也有增加。相对于高浓度Pb~(2+)对白腐真菌酶活性的强烈抑制作用,白腐真菌胞外分泌物草酸受其影响相对要小得多,在发酵后期草酸含量与Pb~(2+)成正相关。 本课题考察了白腐真菌在降解含铅稻草中的能量流动、碳源的循环、以及不同浓度Pb~(2+)对白腐真菌降解木质素行为的干扰情况。研究结果显示出白腐真菌对重金属的毒性有一定的抗性。在固态发酵初期,Pb~(2+)对白腐真菌降解木质素等复杂有机物产生相对较强的干扰,且Pb~(2+)浓度越高干扰越大,降低了白腐真菌对复杂有机物的降解水平。发酵中后期白腐真菌逐渐适应了Pb~(2+)毒性,发酵基质中的能量循环慢慢恢复,结果表明白腐真菌在分解木质素等较难降解的有机物的同时能逐渐适应低浓度Pb~(2+)的毒性。 本课题通过对不同形态的Pb~(2+)的在固态发酵过程中分配系数的变化进行研究,从而了解Pb~(2+)的迁移和转化情况。通过对Pb~(2+)的水溶交换态、碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态、有机结合态和残留态五种形态在固态发酵前后分配系数的变化情况,具体分析了不同浓度Pb~(2+)对白腐真菌钝化Pb~(2+)的影响及原因,同时发现基质中的腐殖酸对对Pb~(2+)的钝化作用也很明显,Pb~(2+)生物活性降低使其达到环境能够忍受的毒性。在50 mg/kg Pb~(2+)浓度下白腐菌表现出最好的降解性能且对Pb~(2+)的钝化作用最强。实验证明接种白腐真菌改善被铅污染的农业废物具有很强的可行性。 为了解白腐真菌对重金属的吸附潜力,实验采用了电位滴定法结合MATLAB数学软件计算的方法,对白腐真菌生物的吸附官能团进行了定量分析。电位滴定结果表明,在三个pH范围内存在着可以提供H~+的官能团。结合傅立叶红外变换光谱,利用计算机软件MATALB计算,白腐真菌在吸附重金属方面存在的3个重要官能团,它们分别为0.12 mmol/g干样的羧基(pK_i5.00),0.22 mmol/g干样的磷酸基(pK_i7.32),以及0.23 mmol/g干样的酚羟基(pK_i10.45)。与MATLAB软件对白腐真菌吸附Pb~(2+)功能基团的分析结果相符。本实验结论为接种白腐真菌处理含铅固废提供理论依据,以充分发挥白腐真菌钝化重金属的潜力。最后,为强化白腐真菌对重金属的钝化能力,本论文在基于磁性纳米基础上固定化白腐真菌,研究出新型磁性生物吸附剂,以提高其对重金属抗毒性和耐受力。 本课题考察白腐真菌与Pb~(2+)的交互作用机理,并对白腐真菌胞外钝化Pb~(2+)机理进行了初步研究,同时在对强化白腐真菌吸附能力的研究中取得一定成果。本课题的研究成果对相关专业的科研工作者有一定的参考价值。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X712;X172

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