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

【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。