秸秆载体吸附高效石油烃降解菌修复石油污染土壤的构效关系研究

【摘要】：通过成分分析和特性测定从5种秸秆材料中筛选出1种载体材料,对其进行灭菌处理观察其结构和特性的变化,初筛得到JG-2材料作为固定化微生物的载体材料并不灭菌处理;实验研究了酸性改性对JG-2载体吸附性能的影响。以筛选并构建的高效石油降解菌群A为菌源,乙酸改性JG-2为载体,采用吸附法制备固定化微生物,采用单因素及响应面分析其固定化方法和工艺参数。将制备好的固定化微生物应用于石油污染土壤的修复研究,通过修复过程中石油烃含量、微生物密度以及土壤酶活性的变化等方面来表征固定化微生物的降解性能;通过采用SEM表征固定化微生物降解前后的形貌结构、亲水性以及固定化对微生物生理的影响等研究固定化微生物的结构性能;研究了微生物的疏水性及其影响因素;通过上述几方面来构建固定化微生物降解石油污染物的构效机理。对JG-2载体改性研究表明,最佳改性条件分别为5mol/L的硝酸在15℃下改性60min、5mol/L的硫酸在15℃下改性60min、10mol/L的乙酸在70℃下改性30min和5mol/L的硼酸在30℃下改性30min,在这4种条件下得到的载体材料吸附性能最佳。通过对不同改性条件下得到的载体进行表面化学性质和物理性质的测定优选出10mol/L的乙酸在70℃下改性JG-2载体30min作为最佳的改性条件。响应面分析结果表明,吸附时间、载体用量和温度三个因素与载体吸菌量之间的数学模型回归效果显著。该模型预测当最佳吸附时间为10.01h、载体用量为0.5g、温度为30.13℃时,获得最大固定化效率,为67.45%。对该实验结果进行模型验证,得到的实际固定化效率为67.25%。石油污染土壤的修复实验表明,随着修复的进行,石油烃降解率呈现先显著增强后趋于不变的趋势;微生物密度和土壤酶活性呈现一直增强的趋势。结合固定化微生物的SEM、亲水性以及固定化微生物的生理变化,可知固定化微生物由于结构稳定、亲水性较强、对有毒物质的耐受性较强等原因,使得固定化微生物对石油污染土壤有较强的修复效果。通过测定不同生长阶段细胞的疏水性可知,对数期末期细胞疏水性最强,最有利于吸附石油烃类污染物;通过研究温度和p H对细胞疏水性的影响,结果表明温度越高,细菌疏水性越弱;随着p H的升高,细胞疏水性呈现先减小后增大的趋势。 【关键词】：固定化微生物 秸秆载体 构效机理 生理
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X53;X172
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文献综述11-19
• 1.1 课题来源和选题依据11-12
• 1.2 国内外研究进展分析12-16
• 1.2.1 固定化微生物技术的应用领域12-13
• 1.2.2 微生物的固定化方法13-14
• 1.2.3 固定化微生物的载体材料14-15
• 1.2.4 固定化微生物技术与载体结构的研究进展15-16
• 1.3 存在以及要注意的问题16-17
• 1.4 研究目标及拟解决的关键问题17
• 1.4.1 研究目标17
• 1.4.2 拟解决的关键问题17
• 1.5 课题可行性和创新性分析17-19
• 1.5.1 可行性分析17-18
• 1.5.2 创新性分析18-19
• 第二章 固定化微生物载体材料的筛选及其吸附特性的优化19-33
• 2.1 实验试剂、仪器与材料19-20
• 2.1.1 实验试剂19-20
• 2.1.2 仪器设备20
• 2.1.3 培养基配方20
• 2.1.4 实验材料20
• 2.2 实验方法20-21
• 2.2.1 秸秆材料的成分分析20
• 2.2.2 秸秆材料表面官能团的测定20-21
• 2.2.3 载体材料的亲水性测定21
• 2.2.4 载体材料的吸油量测定21
• 2.2.5 载体材料吸附微生物量的测定21
• 2.2.6 载体材料的酸性改性21
• 2.3 结果与讨论21-31
• 2.3.1 载体材料的成分分析与特性表征21-24
• 2.3.2 灭菌处理对载体材料特性的影响24
• 2.3.3 载体材料吸附特性的优化研究24-27
• 2.3.4 改性载体材料的吸附特性27-31
• 2.4 小结31-33
• 第三章 秸秆载体固定化微生物制备条件的优化33-48
• 3.1 实验试剂、仪器与材料33
• 3.1.1 实验试剂33
• 3.1.2 实验仪器33
• 3.1.3 培养基配方33
• 3.2 实验方法33-35
• 3.2.1 石油烃含量的测定33
• 3.2.2 高效石油降解菌的筛选、驯化及分离33
• 3.2.3 细菌生长曲线的绘制33-34
• 3.2.4 高效石油降解菌群的构建34
• 3.2.5 菌种的生理生化实验34
• 3.2.6 固定化微生物的制备方法34
• 3.2.7 载体材料吸附微生物量的确定34
• 3.2.8 响应面分析法确定固定化方法和工艺参数34-35
• 3.3 结果与讨论35-46
• 3.3.1 高效石油降解菌的筛选与驯化35-36
• 3.3.2 生长曲线的绘制36
• 3.3.3 高效石油降解菌群的构建36-37
• 3.3.4 高效石油降解菌的生理生化实验37
• 3.3.5 单因素实验优化固定化微生物的制备条件37-42
• 3.3.6 响应面优化乙酸改性JG-2 载体固定化微生物的制备条件42-46
• 3.4 小结46-48
• 第四章 固定化微生物修复石油污染土壤的研究48-71
• 4.1 实验药品、仪器与材料48-49
• 4.1.1 实验药品48-49
• 4.1.2 实验仪器49
• 4.1.3 实验材料49
• 4.2 实验方法49-50
• 4.2.1 土壤理化性质的测定49
• 4.2.2 修复过程中石油烃含量的测定49
• 4.2.3 修复过程中微生物总数的测定49
• 4.2.4 修复过程中酶活性的测定49-50
• 4.2.5 细菌疏水性的测定50
• 4.2.6 环境因素对细菌疏水性的影响50
• 4.3 结果与讨论50-69
• 4.3.1 土壤理化性质的测定50
• 4.3.2 生物修复过程中石油烃降解率的变化50-51
• 4.3.3 生物修复过程中微生物数量的变化51-52
• 4.3.4 生物修复过程中土壤酶活性的变化52-59
• 4.3.5 固定化微生物的结构特征59-61
• 4.3.6 固定化对微生物生理的影响61-67
• 4.3.7 细菌疏水性的的测定67-69
• 4.4 小结69-71
• 结论71-72
• 参考文献72-79
• 附录79-90
• 附录A 培养基配方79
• 附录B 载体材料的成分分析79-83
• 附录C 载体表面官能团的测定83-84
• 附录D 载体材料的亲水性测定84
• 附录E 载体材料的吸油量测定84
• 附录F 载体材料吸附微生物量的测定84
• 附录G 培养基中油含量的测定84-85
• 附录H 高效石油降解菌的筛选、驯化及分离85-86
• 附录I 菌种生理生化实验86-87
• 附录J 土壤酶活性的测定87-89
• 附录K 细菌疏水性的测定89-90
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果90-91
• 致谢91

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