海洋细菌Aliiglaciecola lipolytica处理偶氮染料废水的研究

发布时间：2020-06-09 01:31

【摘要】：偶氮染料作为染料家族中一种非常重要的原材料,因具有一定的毒性、致突变性和诱变性而引起广泛的关注。未达标的偶氮染料废水直接排放到水体中会对人体健康和环境生态造成严重的危害,因此一种环保、高效的处理技术是非常必要的。微生物具有耗能低、无二次污染被广泛应用于偶氮染料废水的处理,但大部分采用厌氧-好氧结合来处理且处理后的泥水分离效果较差,对单一好氧型且具有良好沉降性能的微生物研究鲜有报道。本研究选用一株具有自絮凝特性的海洋细菌Aliglaciecolal lipolytica(A.lipolytica)作为研究对象,探究其在有氧条件下对偶氮染料刚果红(CR)的脱色能力和该菌株的胞外聚合物(EPS)在其自絮凝过程中的作用。本研究为CR的生物脱色提供新的菌株,为难降解的偶氮染料废水处理提供高效、经济、环保、操作简单的方法。主要研究内容与结论如下:(1)通过单因素批次实验研究不同环境因素-初始染料浓度、温度、盐度、pH、溶解氧(转速)、初始接种量、电子供体/受体对A.lipolytica脱色CR的影响,揭示该菌株对CR脱色的最优性能。结果表明A.lipolyftica脱色CR的最佳环境条件为:温度35℃、盐度20g/L、pH=6、初始接种量为1.5g/L、需要有氧条件、葡萄糖和硫酸铵作为共代谢底物,初始CR浓度为100 mg/L脱色率在24 h达到95%,表明A.lipolytic对CR有高效的脱色能力。(2)研究该菌株对CR脱色的机理。SEM和AFM观察结果表明菌株脱色CR前后形貌特征发生改变,由长杆状变为短杆状,且EPS的产量显著减少;该菌株脱色CR动力学和热力学符合准二级动力学、Langmuir等温吸附规律;FTIR表明该菌体表面-OH、N-H、C-OH、N=N这些官能团对CR有吸附作用;UV/VIS分析和HPLC-MS分析揭示CR的偶氮双键断裂和磺酸基团脱落,使得其降解成分子量更小的1-氨基-2-羟基萘;在该降解过程起主要作用的是漆酶和偶氮还原酶;整个脱色过程中,吸附作用占比为54.67%,降解作用占比40.33%。(3)研究该菌在CR废水中的沉降性能、在LB培养基中不同环境因素(盐度、pH、温度)对其EPS产量和自絮凝效率的影响以及EPS在自絮凝过程中的作用。结果表明菌株在CR废水中有良好的沉降能力;通过相关性分析表明盐度是影响自絮凝效率的关键因素之一;松散型EPS(LB-EPS)和紧密型EPS(TB-EPS)在自絮凝过程中均起作用且胞外多糖(PS)起主要作用;UV-VIS、3D-EEM、XPS分析以及细胞外凝胶蛋白电泳分析表明LB-EPS和TB-EPS主要靠表面的疏水性官能团C-(C/H)和C-O-C/C-O-H、大分子蛋白(PN)之间的相互作用使得细胞与细胞粘附在一起。综上所述,本文初步建立A.lipolytica对偶氮染料CR的脱色效能,其能够在有氧条件下实现高效脱色偶氮染料CR且有良好的泥水分离效果。本研究扩展可应用于脱色偶氮染料CR的菌株资源,有一定的工业应用潜力,为偶氮染料废水的生物处理提供一定的理论意义。
【图文】：

以及依赖氧化还原中间体的偶氮还原过程、细胞膜上的偶氮呼吸链。下面就细菌脱色偶逡逑氮染料的三种机理分别进行阐述：逡逑有氧条件下，通过特异性的偶氮还原酶直接催化偶氮的还原，具体过程如图１．２邋ｔ２５］。逡逑ＮＡＤ（Ｐ）＋邋＇邋，邋ＦＭＮ逦ｅｎｚｙｍｅ邋＇邋，邋Ｃ３）逦Ｎ＝Ｎ逦Ｃ＾Ｄ逡逑ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ邋NB邋＾邋ＦＭＮＨ２逦ｅｎｚｙｍｅ邋NB、Ｃ３）逦叫顺２逦ＣＡｔＴ）逡逑图１－２好氧条件下细菌脱色偶氮染料的机制逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｚｏ邋ｄｙｅｓ邋ｂｙ邋ａｅｒｏｂｉｃ邋ａｚｏｒｅｄｕｃａｔａｓｅｓ逡逑厌氧环境下，一种是微生物体内的非特异性的偶氮还原酶直接使偶氮染料接受电子逡逑从而被还原脱色ｆ５％另一种是由氧化还原中间体介导，比如醌化合物、黄素类化合物等，逡逑微生物氧化电子供体同时还原氧化还原中间体或者辅酶，使处于还原态的氧化还原中间逡逑体将电子转移给偶氮染料

以及依赖氧化还原中间体的偶氮还原过程、细胞膜上的偶氮呼吸链。下面就细菌脱色偶逡逑氮染料的三种机理分别进行阐述：逡逑有氧条件下，，通过特异性的偶氮还原酶直接催化偶氮的还原，具体过程如图１．２邋ｔ２５］。逡逑ＮＡＤ（Ｐ）＋邋＇邋，邋ＦＭＮ逦ｅｎｚｙｍｅ邋＇邋，邋Ｃ３）逦Ｎ＝Ｎ逦Ｃ＾Ｄ逡逑ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ邋NB邋＾邋ＦＭＮＨ２逦ｅｎｚｙｍｅ邋NB、Ｃ３）逦叫顺２逦ＣＡｔＴ）逡逑图１－２好氧条件下细菌脱色偶氮染料的机制逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｚｏ邋ｄｙｅｓ邋ｂｙ邋ａｅｒｏｂｉｃ邋ａｚｏｒｅｄｕｃａｔａｓｅｓ逡逑厌氧环境下，一种是微生物体内的非特异性的偶氮还原酶直接使偶氮染料接受电子逡逑从而被还原脱色ｆ５％另一种是由氧化还原中间体介导，比如醌化合物、黄素类化合物等，逡逑微生物氧化电子供体同时还原氧化还原中间体或者辅酶，使处于还原态的氧化还原中间逡逑体将电子转移给偶氮染料
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;X172

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本文编号：2703968