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以玉米秸秆吸附—包埋—交联的复合固定化方法固定微生物处理芘的研究

李婧  
【摘要】:本研究以多环芳烃芘(pyrene)为生物降解研究的模型物,利用本实验室筛选到的三株多环芳烃降解菌(GY2B、GP3A和GP3B)来构建混合菌。对比了不同组合混合菌对芘的7d降解效果,以降解效率较佳的GY2B+GP3B(73.6%)和GP3A+GP3B(76.8%)作为固定化的对象。通过“玉米秸秆吸附-包埋-交联”相结合的复合固定化方法对混合菌进行了固定化,微生物先与玉米秸秆进行吸附培养后,与10%PVA+0.5%SA的固定化混合载体混合,将混合物逐滴滴入5%Ca(NO3)2溶液中,浸渍1h,然后将小球在-20℃下保存24h,再在4℃保存12h,最后在室温解冻。复合固定化微生物对芘的降解效果得到了提高,探明了固定化小球的理化性质,明确了环境条件对固定化微生物的影响,研究了其作用过程和作用机理,对混合菌的实际应用前景进行了初步评估。 结果表明,经过固定化菌对温度、pH值和污染物的耐受范围都有所扩大,而最佳温度为30℃,最佳pH为7。固定化处理在一定程度上减缓环境因素对细菌活性的影响,使细菌能够保持较高的降解效率。 研究发现,固定化微生物比游离态微生物对芘的去除效率显著提高,可以在相对短的时间内达到相对高的去除率。固定化GY2B+GP3B玉米球在第5d的去除率达到97.3%,固定化GP3A+GP3B玉米球在第4d即达到97.0%。对固定化微生物小球的理化性质的分析测定表明,固定化玉米球有良好的机械强度和表面特性。从BET的测试结果显示小球具有较高的比表面积,而由于玉米秸秆的加入,固定化球的比表面积和孔隙率都得到了不同程度的提高;扫描电镜图观察到固定化球外表面凹凸不平,富有孔隙,小球表面内部是具有大量孔隙的骨架结构,这有利于传质,在内部生长的微生物和基质有充分的接触面积和机会,微生物在载体内部生长良好,并未发生异变。经研究,固定化混合菌玉米小球类似于一个吸附降解一体化的微型反应器,吸附与降解同时进行。研究结果充分证明的复合固定化混合菌去除芘的可行性和有效性,具有良好的应用前景。 经GC-MS分析,GP3A+GP3B混合菌芘代谢产物有1-羟基芘、1-氢硫酸芘、4,5-二羟基芘和菲-4-羧酸,GP3A+GP3B混合菌降解芘的过程应为协同合作,分别代谢的过程。GY2B+GP3B混合菌芘代谢产物有菲-4-羧酸,二甲基酞酸,1-羟基-2-萘酸,1-萘酚和水杨酸,推测芘的降解是GY2B+GP3B混合菌的集体代谢的综合作用的结果,GP3B的中间转化产物作为GY2B生长代谢的基质,使得芘得到更彻底的降解。


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