微生物胞外聚合物延缓浮泥沉降及其机理初步研究

发布时间：2017-06-07 07:02

  本文关键词：微生物胞外聚合物延缓浮泥沉降及其机理初步研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国有众多淤泥质港口,需定期进行清淤工作,给港口企业带来了较大的经济压力。适航水深技术的提出缓解了部分压力,但仍存在因浮泥的沉降而适航厚度减小的问题。有报道提出胞外聚合物可以延缓港口浮泥的沉降,提升适航水深技术的利用价值。胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances),是由微生物在一定环境下分泌的高分子质量的聚合物,主要由多糖、蛋白质等组成。在此基础上,本文主要目标是筛选高产胞外聚合物的菌株,对其延缓浮泥沉降的性能进行测定,了解所产胞外聚合物的性质,进一步对胞外聚合物延缓浮泥沉降的机理进行初步研究。本研究以不同港口所取泥样为原材料,经筛选得到了16株产胞外聚合物的菌株,以zh-14号菌株产量最高。经16S rDNA测序,构建系统发育树,鉴定为Burkholderia(伯克霍尔德菌)。进一步对其产胞外聚合物培养基进行优化,单因素实验确定最优碳源、氮源分别为蔗糖和NH4Cl;在单因素实验基础上,以蔗糖、NH4Cl和MgSO4为变量,采用Box-Be hnken设计进行响应面优化,最终确定产胞外聚合物的最优发酵条件组合为蔗糖21.0 g/L, NH4Cl 1.1 g/L, MgSO40.2 g/L, KH2PO41.0 g/L Na2HPO4·12H2O 2.0 g/L, CaCO3 1.5 g/L,变量间两两交互作用不明显。胞外聚合物组成的测定结果表明其主要由多糖组成,含量约47%。实验发现利用DEAE离子交换树脂纯化后的多糖特性粘度为800.6 mL／g；进一步采用HPLC测定了其单糖组成,结果显示主要单糖组成为甘露糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和岩藻糖,比例为0.06：0.19：1.00：0.09：0.48,此外还含有少量半乳糖醛酸。最后,测定了不同胞外聚合物浓度下浮泥沉降性能,结果显示随EPS浓度增大浮泥沉降速度变缓,当EPS达到0.8g/L时,实验期间内未检测到浮泥的沉降。通过表面电荷、粒径及粘度的变化,推测胞外聚合物延缓浮泥沉降机理可能为：胞外聚合物与带负电浮泥颗粒作用形成稳定双电层结构,颗粒间产生“空间斥力位能”。由于静电斥力作用,细颗粒间相互接近和碰撞形成大颗粒的絮凝作用受到抑制,颗粒更易于分散为粒径较小颗粒。此外,胞外聚合物的加入改变了浮泥体系的水质条件,体系粘度随之改变,在粘度和电荷的共同作用下,达到延缓浮泥颗粒沉降的效果。
【关键词】：胞外聚合物 浮泥 沉降 机理
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U657.2;Q93
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-19
• 1.1 背景简介——适航水深技术9-10
• 1.1.1 现有淤泥质港口存在的问题9
• 1.1.2 适航水深技术9-10
• 1.2 胞外聚合物概述10-16
• 1.2.1 胞外聚合物的产生和组成11
• 1.2.2 胞外聚合物的提取方法与特性分析11-14
• 1.2.3 胞外聚合物的应用14-15
• 1.2.4 胞外聚合物对浮泥性质的影响15-16
• 1.3 影响浮泥颗粒沉降的因素16-18
• 1.4 课题研究意义及内容18-19
• 1.4.1 研究意义18
• 1.4.2 研究内容18-19
• 2 材料与方法19-32
• 2.1 实验材料19-21
• 2.1.1 泥样19
• 2.1.2 培养基19
• 2.1.3 主要实验试剂19-20
• 2.1.4 主要实验设备20-21
• 2.2 实验方法21-32
• 2.2.1 泥样中胞外聚合物含量测定21
• 2.2.2 泥样中胞外聚合物含量与浮泥沉降关系21-22
• 2.2.3 产胞外聚合物菌株的筛选与鉴定22-23
• 2.2.4 产胞外聚合物的发酵培养基优化23-25
• 2.2.5 胞外聚合物的收集25
• 2.2.6 微生物及其胞外聚合物浓度对浮泥沉降影响测定25-26
• 2.2.7 表面电荷密度测定26
• 2.2.8 MLSS、SV及SVI测定26-27
• 2.2.9 特性粘度测定27
• 2.2.10 多糖含量的测定27-28
• 2.2.11 蛋白质含量测定28-29
• 2.2.12 核酸含量测定29
• 2.2.13 胞外聚合物中多糖的单糖组成分析29-32
• 3 结果与讨论32-52
• 3.1 胞外聚合物生产菌株的筛选及培养基优化32-44
• 3.1.1 不同泥样中胞外聚合物含量32
• 3.1.2 胞外聚合物含量与浮泥沉降关系32-35
• 3.1.3 产胞外聚合物菌株的筛选35-37
• 3.1.4 菌株种属鉴定37-38
• 3.1.5 产胞外聚合物培养基优化38-44
• 3.2 微生物胞外聚合物性质44-46
• 3.2.1 胞外聚合物组成44
• 3.2.2 多糖单糖组成分析44-46
• 3.2.3 多糖特性粘度测定46
• 3.3 微生物及其胞外聚合物对浮泥沉降的影响46-52
• 3.3.1 胞外聚合物对浮泥沉降的影响46-47
• 3.3.2 胞外聚合物延缓浮泥沉降机理47-52
• 4 结论52-53
• 5 展望53-54
• 6 参考文献54-60
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况60-61
• 8 致谢61

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