光合细菌培养工艺优化及在污水处理中应用

发布时间：2020-11-20 03:03

　　 光合细菌是具有原始光能合成体系的原核生物的总称,其在食品加工、清洁能源、畜禽养殖、农业种植、环境治理等方面可发挥重要作用。而目前光合细菌在培养过程中遇到一些实际问题导致培养生物量低,培养成本高,制约了光合细菌的应用前景。为了解决这些问题,本文对分离自崇明岛池塘淤泥的光合细菌混合菌及深红红螺菌进行了培养条件、培养基及培养工艺优化,并将深红红螺菌用于连续流污水处理。为了得到光合细菌最佳培养条件以及最优培养基,本文首先对光合细菌培养温度及光照强度进行优化,得出深红红螺菌最适培养温度为25℃,最适光强为5000 LUX;混合菌最适培养温度为28 ℃,2000～6000 LUX下对光照不敏感;在此基础上,先后通过Plackett-Burman实验、最陡爬坡实验和响应面设计分别对深红红螺菌及混合菌进行培养基优化,将深红红螺菌和混合菌生物量浓度提高40.77%和34.15%,至0.425和0.618 g/L。在此基础上,为了进一步提高生物量浓度,分别对光合细菌进行补料批培养。对于深红红螺菌,探究比较不同碳源流加方式对其生长的影响,结果表明,从48 h起分别将琥珀酸钠和乙酸钠浓度维持在0.2、0.16 g/L对深红红螺菌生物量累积最有利,能够将深红红螺菌生物量提高79%,至0.76 g/L;对于光合细菌混合菌,本文首次将氧化还原电位ORP(oxidation reduction potential,氧化还原电位)变化与光合细菌混合菌的培养过程相耦合,将ORP开始上升作为菌体因缺少碳源琥珀酸钠停止生长的信号,并以此指导碳源流加,最终将混合菌生物量提高115%,最终达1.46 g/L。为了研究深红螺菌在污水中应用效果,本文先后对批处理及连续流状态下模拟污水处理条件进行研究。结果表明,微好氧光照条件最有利于模拟污水处理,最适初始有机物浓度为3000 mg/L;连续流处理状态下,最佳水力停留时间为72 h,此时COD去除速率为0.715g/L/d。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;Q93-335
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 光合细菌
        1.1.1 光合细菌的定义
        1.1.2 光合细菌分类
    1.2 深红红螺菌
        1.2.1 深红红螺菌属性及分布
        1.2.2 深红红螺菌代谢特性
    1.3 光合细菌的应用
        1.3.1 光合细菌在食品、医药等领域工业应用
10的合成'>            1.3.1.1 辅酶Q¹⁰的合成
            1.3.1.2 天然色素的合成
            1.3.1.3 合成5-氨基乙酰丙酸
            1.3.1.4 加工成保健品
        1.3.2 光合细菌在新能源工业中应用
        1.3.3 光合细菌在农业应用
        1.3.4 光合细菌在养殖业应用
        1.3.5 光合细菌在环保方面应用
            1.3.5.1 农药降解
            1.3.5.2 降解重金属
            1.3.5.3 染料降解
            1.3.5.4 污染气味去除
            1.3.5.5 污水处理
    1.4 课题研究的背景、意义和内容
        1.4.1 研究背景及目的
        1.4.2 研究内容
第2章 材料与方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 菌种
        2.1.2 实验仪器
        2.1.3 实验仪器
    2.2 培养基及溶液配制
    2.3 分析与测定方法
        2.3.1 pH测定
        2.3.2 ORP测定
660)测定'>        2.3.3 吸光度(OD₆₆₀)测定
        2.3.4 菌体干重（DCW）测定
660)关系'>        2.3.5 菌体干重（DCW）与吸光度(OD₆₆₀)关系
        2.3.6 铵离子浓度测定
        2.3.7 溶磷浓度测定
        2.3.8 有机酸测定
        2.3.9 COD测定
            2.3.9.1 测定原理
            2.3.9.2 主要试剂配制
            2.3.9.3 样品COD测定
第3章 光合细菌培养条件及培养基优化
    3.1 前言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 不同光强对光合细菌生长的影响
        3.2.2 最适培养温度的确定
        3.2.3 促细胞生长显著因子的筛选
        3.2.4 最陡爬坡实验设计
        3.2.5 响应面实验设计
        3.2.6 培养验证
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 深红红螺菌培养条件及培养基优化
            3.3.1.1 深红红螺菌最适光强的确定
            3.3.1.2 深红红螺菌最适培养温度的确定
            3.3.1.3 深红红螺菌培养基显著因素的筛选
            3.3.1.4 深红红螺菌最陡爬坡实验
            3.3.1.5 深红红螺菌Box-Behnken实验结果
        3.3.2 混合菌培养条件及培养基优化
            3.3.2.1 混合菌最适光强确定
            3.3.2.2 混合菌最适培养温度确定
            3.3.2.3 混合菌培养基显著因素筛选
            3.3.2.4 混合菌最陡爬坡实验
            3.3.2.5 混合菌Box-Behnken实验结果
        3.3.3 培养验证
    3.4 本章小结
第4章 光合细菌培养补料工艺优化
    4.1 前言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 光合细菌5L发酵罐培养代谢参数变化
            4.2.1.1 深红红螺菌5L罐批培养的代谢变化
            4.2.1.2 混合菌5L罐批培养的代谢变化
        4.2.2 光合细菌补料工艺优化
            4.2.2.1 深红红螺菌间歇补料策略
            4.2.2.2 深红红螺菌连续补料策略
            4.2.2.3 混合菌连续补料策略
            4.2.2.4 基于ORP为指导的间歇补料培养策略
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 深红红螺菌分批培养的代谢变化
        4.3.2 不同碳源流加策略对深红红螺菌生长的影响
            4.3.2.1 间歇补料
            4.3.2.2 连续补料
        4.3.3 混合菌群分批培养的代谢变化
        4.3.4 不同浓度的碳源流加对混合菌群生长的影响
        4.3.5 以ORP为指导的间歇补料培养工艺
    4.4 本章总结
第5章 光合细菌对模拟猪场废水处理的应用
    5.1 前言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 不同处理环境条件对深红红螺菌处理猪场模拟废水影响研究
        5.2.2 不同有机物浓度对深红红螺菌处理猪场模拟废水的影响
        5.2.3 连续流深红红螺菌处理猪场模拟废水研究
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 不同处理环境对深红红螺菌处理猪场模拟废水的影响
        5.3.2 不同污水浓度对深红红螺菌污水处理效果的影响
        5.3.3 不同水力停留时间对深红红螺菌处理猪场模拟废水的影响
    5.4 本章小结
第6章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：2890842