表面活性剂联合共代谢基质强化微生态菌系降解间二甲苯
发布时间：2020-11-20 17:03
间二甲苯作为BTEX的重要组分,不溶于水、可生化性差,其不规则排放会严重危害人类健康和生态环境。本论文以焦化废水处理厂的活性污泥为菌源,选用间二甲苯为目标污染物,基于多基质递进式驯化模式构建间二甲苯微生态菌系并进行鉴定,确定利于间二甲苯微生态菌系生长的最优条件;同时研究表面活性剂对微生态菌系生长及对间二甲苯生物降解效果的影响,探索在间二甲苯生物降解过程中间二甲苯、表面活性剂及微生态菌系之间的作用机制;在此基础上通过进一步添加共代谢基质研究共代谢基质对微生态菌系生长及间二甲苯生物降解的影响并优选出最优共代谢基质。研究结果如下:通过“诱导基质(甲苯)-中间基质(3-甲基苯邻二酚)-目标基质(间二甲苯)”的多基质递进式驯化模式构建间二甲苯微生态菌系,经鉴定驯化后的间二甲苯微生态菌系在属水平上由Pseudomonas sp.和Myroides sp.占主导地位,分别占比38.3%和26.9%。间二甲苯生物降解的最优温度及p H分别为30℃、7。微生态菌系仅对初始浓度小于等于200mg/L的间二甲苯具有较好的耐受性,间二甲苯被微生态菌系完全降解时的矿化率为76.9%。针对间二甲苯溶解度低的特性,实验选择非离子型表面活性剂吐温80(C24H44O6)及阴离子型表面活性剂SDS(C12H25SO4Na)研究其对间二甲苯生物降解的强化作用。对吐温80而言,当吐温80浓度小于临界胶束浓度(CMC)时,此时体系中仅存在吐温80与间二甲苯之间的碳源竞争作用。当吐温80浓度等于CMC时,此时体系中两种基质间的碳源竞争作用强于吐温80的增溶作用。当吐温80浓度大于CMC时,此时体系中吐温80的增溶作用占据明显优势,而碳源基质间的碳源竞争作用微弱。对SDS而言,当SDS浓度小于CMC时,此时体系中仅存在SDS与间二甲苯之间的碳源竞争作用。当SDS浓度等于CMC时,此时体系中SDS的增溶作用强于两种基质的碳源竞争作用。当SDS浓度大于CMC时,此时体系中SDS对微生态菌系的毒性作用最强,SDS的增溶作用次之,基质之间的碳源竞争作用最弱。实验结果表明相较于浓度为CMC的SDS,浓度为2CMC的吐温80可使间二甲苯获得最佳降解性能。实验选择苯、甲苯及乙苯作为共代谢基质研究其对表面活性剂存在条件下的间二甲苯的生物降解。添加50mg/L的甲苯作为共代谢基质时,微生态菌系的生长繁殖最好,稳定状态下菌液密度达到1.925g/L;同时间二甲苯也能在最短时间48h内降解完全,完全降解时间分别比100mg/L苯、100mg/L乙苯作为共代谢基质时缩短了12h、24h。除此之外,相较其他两种共代谢基质,50mg/L的甲苯也能在最短的时间内降解完全,但由于微生态菌系优先利用间二甲苯及甲苯两种碳源,会使吐温80的消耗量偏低。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X172;X701
【部分图文】：
包括苯（Benzene）、甲苯（Toluene）、乙苯（EthylbenzenXylene）、间二甲苯（m-Xylene）及对二甲苯（p-Xylene），染料、石油加工等有机化工领域的重要原料。BTEX 挥发性强中造成大气污染，大气中 BTEX 的主要来源如表 1-1 所示。表 1-1 大气中 BTEX 的主要来源[3]Table 1-1 The major sources of BTEX in the atmosphere分类 来源室内源装潢装饰材料（油漆、涂料等）办公设备（打印、复印等）人为活动（烹饪、吸烟、香料等）工业作业（溶剂生产、喷漆、印刷等）及室外源交通工具尾气工业燃烧释放（煤、燃油、燃气）1 列出了美国统计的苯系物排放清单，从图中可以看出，交通用排放分别占比 40%与 34%，是造成苯系物大量排放的主要
Figure 3-2 Changes of bacterial density with acclimation time during acclimation process由图 3-2 可知，空爆 1 天后，菌液密度经测定为 0.4g/L，随着诱导基质甲苯的加入，微生态菌系以较快的速率生长繁殖，至第 8 天达到 0.97g/L。微生态菌系对诱导基质甲苯的生物降解能力强，在驯化初始并无明显的适应期，并能保持较快的生长繁殖速率。第 10 天开始仅添加中间基质 3-甲基苯邻二酚，导致当天测得的菌液密度值较第 8 天略微降低，这是因为微生态菌系对 3-甲基苯邻二酚存在一个适应期，不能适应的细菌由于新碳源的加入出现了死亡。随着 3-甲基苯邻二酚的不断加入，微生态菌系开始逐渐适应 3-甲基苯邻二酚，菌液密度因此不断上升，至第 16 天达到 1.31g/L。第 18 天开始仅添加目标基质间二甲苯，当天测定的菌液密度值也出现了略微下降的现象，随后一直保持稳定上升状态，至第26 天达到最大值 2.1g/L，此后一直稳定在 2.1g/L 左右，表明基于“诱导基质（甲苯）-中间基质（3-甲基苯邻二酚）-目标基质（间二甲苯）”的多基质递进式驯化模式的间二甲苯微生态菌系的定向驯化基本完成。本人在对中间基质的选择进行前期探索时发现，在多基质递进式驯化模式过程中当中间基质选用邻苯二酚时，驯化 20 天后间二甲苯微生态菌系的密度稳定在 1.2g/L 左右[81]。本论文选用
3 间二甲苯微生态菌系的构建及降解特性研究3.2 间二甲苯微生态菌系的鉴定（Identification of m-XyleneMicroecological Bacteria System）对驯化前后的样品进行基因组 DNA 抽提，利用 1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提的基因组 DNA。随后对细菌 16SrRNA 的 V3-V4 区进行 PCR 扩增，所用引物为 338F（引物序列：5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3’）及 806R（引物序列：5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’）。高通量测序工作委托上海美吉生物医药科技有限公司完成，所用测序平台为 PE300。（1）驯化前后间二甲苯微生态菌系在纲水平上的分布及差异性分析驯化前后间二甲苯微生态菌系在纲水平上的分布如图 3-3 所示。
【参考文献】
本文编号：2891726
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X172;X701
【部分图文】：
包括苯（Benzene）、甲苯（Toluene）、乙苯（EthylbenzenXylene）、间二甲苯（m-Xylene）及对二甲苯（p-Xylene），染料、石油加工等有机化工领域的重要原料。BTEX 挥发性强中造成大气污染，大气中 BTEX 的主要来源如表 1-1 所示。表 1-1 大气中 BTEX 的主要来源[3]Table 1-1 The major sources of BTEX in the atmosphere分类 来源室内源装潢装饰材料（油漆、涂料等）办公设备（打印、复印等）人为活动（烹饪、吸烟、香料等）工业作业（溶剂生产、喷漆、印刷等）及室外源交通工具尾气工业燃烧释放（煤、燃油、燃气）1 列出了美国统计的苯系物排放清单，从图中可以看出，交通用排放分别占比 40%与 34%，是造成苯系物大量排放的主要
Figure 3-2 Changes of bacterial density with acclimation time during acclimation process由图 3-2 可知，空爆 1 天后，菌液密度经测定为 0.4g/L，随着诱导基质甲苯的加入，微生态菌系以较快的速率生长繁殖，至第 8 天达到 0.97g/L。微生态菌系对诱导基质甲苯的生物降解能力强，在驯化初始并无明显的适应期，并能保持较快的生长繁殖速率。第 10 天开始仅添加中间基质 3-甲基苯邻二酚，导致当天测得的菌液密度值较第 8 天略微降低，这是因为微生态菌系对 3-甲基苯邻二酚存在一个适应期，不能适应的细菌由于新碳源的加入出现了死亡。随着 3-甲基苯邻二酚的不断加入，微生态菌系开始逐渐适应 3-甲基苯邻二酚，菌液密度因此不断上升，至第 16 天达到 1.31g/L。第 18 天开始仅添加目标基质间二甲苯，当天测定的菌液密度值也出现了略微下降的现象，随后一直保持稳定上升状态，至第26 天达到最大值 2.1g/L，此后一直稳定在 2.1g/L 左右，表明基于“诱导基质（甲苯）-中间基质（3-甲基苯邻二酚）-目标基质（间二甲苯）”的多基质递进式驯化模式的间二甲苯微生态菌系的定向驯化基本完成。本人在对中间基质的选择进行前期探索时发现，在多基质递进式驯化模式过程中当中间基质选用邻苯二酚时，驯化 20 天后间二甲苯微生态菌系的密度稳定在 1.2g/L 左右[81]。本论文选用
3 间二甲苯微生态菌系的构建及降解特性研究3.2 间二甲苯微生态菌系的鉴定（Identification of m-XyleneMicroecological Bacteria System）对驯化前后的样品进行基因组 DNA 抽提，利用 1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提的基因组 DNA。随后对细菌 16SrRNA 的 V3-V4 区进行 PCR 扩增，所用引物为 338F（引物序列：5’-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3’）及 806R（引物序列：5’-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3’）。高通量测序工作委托上海美吉生物医药科技有限公司完成，所用测序平台为 PE300。（1）驯化前后间二甲苯微生态菌系在纲水平上的分布及差异性分析驯化前后间二甲苯微生态菌系在纲水平上的分布如图 3-3 所示。
【参考文献】
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本文编号：2891726
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