白腐真菌好氧丝状生物膜在难降解有机废水处理中的连续生长机制

发布时间：2020-05-22 17:03

【摘要】：难降解有机废水难以被有效且低成本处理,但白腐真菌因能降解多种难降解有机污染物而在此类废水治理中有巨大的应用潜力。然而,白腐真菌反应器难以实现长期的连续运行。课题组前期基于脉管载体和蒸笼反应器构建出好氧丝状生物膜,首次实现了在开放体系下对于垃圾渗滤液和焦化废水的长期连续处理,但尚未考察白腐真菌好氧丝状生物膜在上述废水中的连续生长机制。针对此问题,本论文考察了P.chrysosporium好氧丝状生物膜的形成和在反应器内的连续生长过程,结果表明:·在挂膜阶段,P.chrysosporium孢子能够附着到脉管载体的细纤维丝中,继而萌发生长,最终形成覆盖于载体表面的好氧丝状生物膜;·在P.chrysosporium好氧丝状生物膜投加到蒸笼反应器中,生物膜着色,表明其首先对废水中的污染物质进行吸附;另外,其连续合成木质素过氧化物酶(Lip)降解废水中的COD和氨氮。这表明:P.chrysosporium好氧丝状生物膜进行了吸附-降解-生长的过程;·在垃圾渗滤液和焦化废水处理中,P.chrysosporium好氧丝状生物膜的外膜会被撕裂并且成片脱落,但固定于载体细纤维丝中的内膜继续存在于载体细纤维丝中,继续生长,再次形成P.chrysosporium好氧丝状生物膜的新外膜,增加P.chrysosporium好氧丝状生物膜厚度。随后,新形成的外膜又会出现撕裂和脱落。基于此,论文提出基于脉管载体构建的P.chrysosporium好氧丝状生物膜能够在难降解有机废水中连续生长的机制:P.chrysosporium好氧丝状生物膜的外膜脱落-内膜向外生长形成新外膜-新外膜再脱落-内膜再次生长的循环生长过程,即脱落-外推式生长的循环生长机制。连续生长的实现可归因于:(1)脉管载体,其上的好氧丝状生物膜可以从载体内和载体外双向向膜供应氧气和营养物质,实现膜的连续生长;(2)蒸笼反应器,其可实现P.chrysosporium好氧丝状生物膜的分层和静止培养,减少对膜的破坏;(3)序批式的运行方式,其可以减少其它微生物和代谢物等对膜的干扰。
【图文】：

昆明理工大学硕士学位论文21.1白腐真菌及木质素降解酶系1.1.1白腐真菌白腐真菌具有分泌木质素降解酶系的能力，其好氧菌丝能够进入木质细胞腔内，进一步造成木质腐朽腐烂。对于白腐真菌这一概念的正确理解有两点：第一，白腐真菌是从功能上对其进行相关的描述，并不是从生物学上的分类的概念；第二，白腐真菌是包含一系列能够降解木质素的真菌物种，，主要包括担子菌和一些相关物种。白腐真菌的种类非常之多，能够分布在多种菌属之中。其中，黄孢原毛平革菌（PhanerochaetechrysosporiumBurdsal）为白腐真菌的典型菌种，是研究者关注最多的菌种。黄孢原毛平革菌（P.chrysosporium）具有发达的菌丝，对污染物具有很强的降解能力[9]。在环境中，白腐真菌能够有效地将木质素分解为简单物质——CO2和H2O。本论文的研究中，选用黄孢原毛平革菌（P.chrysosporium）为研究菌株。1.1.2白腐真菌木质素降解酶系白腐真菌降解环境中污染物质主要是通过其分泌产生的胞外酶——木质素过氧化物酶系来实现的。白腐真菌代谢产生的木质素过氧化物酶系主要包括两类酶系：第一类为过氧化氢产生酶系；第二类为木质素氧化酶系[9]。其中木质素氧化酶系包括三种：木质素过氧化物酶（LiP）、锰过氧化物酶（MnP）和漆酶（Lac）。图1-1白腐真菌木质素降解酶系统Fig.1-1ThelignindegradingenzymesystemofWhite-rotfungi

昆明理工大学硕士学位论文4Ⅱ。MnP和H2O2发生反应生成H2O和MnPI，在这个反应过程中，底物Mn(II)能够将MnPI和MnPII还原，自身被氧化生成Mn(Ⅲ)；这种氧化态的Mn离子—Mn(Ⅲ)再去氧化机底物，以下重点介绍MnP的催化氧化过程。图1-2LiP催化氧化机理Fig.1-2LiPcatalyticoxidationmechanismMnP的催化循环可以表述如下：MnP+H2O2→MnPⅠ+H2OMnPⅠ+Mn(Ⅱ)→MnPⅡ+MnP(Ⅲ)MnPⅡ+Mn(Ⅱ)→MnP+MnP(Ⅲ)+H2O此外，MnP的催化循环过程还可以见图1-3所示：图1-3MnP催化氧化机理Fig.1-3MnPcatalyticoxidationmechanism
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X172;X703

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本文编号：2676317