产表面活性剂菌Bbai-1包埋固定化及其在含油污水处理中的应用

【摘要】：近年来，国内石油工业发展迅速，但在石油的生产、贮运、加工及使用过程中，产生了大量的含油污水。目前含油污水的处理手段主要有物理法、化学法和生物法。其中，生物法经济效益和环境效益俱佳，但存在菌体流失严重，微生物不易重复利用等缺点。因此，一种将微生物通过载体附着等手段使其限制在特定的空间区域内生长的技术，即固定化微生物技术应运而生，该技术能够增大单位体积的菌浓、增强微生物对不良环境的耐受力、提高对含油污水的处理效率并可实现重复利用。目前，固定化微生物技术在各种难降解有机污水处理领域已得到广泛应用，但在含油污水处理领域的应用研究尚处于初步阶段。 本文以含油污水为研究对象，分别采用海藻酸钠和聚乙烯醇包埋法对产表面活性剂菌Bbai-1进行包埋固定，通过对比实验，确定最佳的包埋载体；并将Bbai-1与石油烃降解菌复配、包埋固定后，应用于含油污水处理。获得的主要的研究结论如下： （1）对菌Bbai-1在原油培养基中的产表面活性剂和降解原油的条件进行了优化：初始接种量为3%（v/v），原油浓度2g/L，温度为25℃，盐度为1.5%，pH为7，培养时间为7d。在最优条件下，培养基的表面张力降至37mN/m，原油降解率为21%； （2）用单因素法优化了海藻酸钠固定化微球和海藻酸钠-活性炭固定化微球的制备条件，通过对微球传质性和扫描电镜照片的比较，表明，海藻酸钠-活性炭微球更适合固定化微生物的生长和繁殖； （3）分别采用单因素和正交实验对海藻酸钠-活性炭固定化微球和聚乙烯醇固定化微球的制备条件进行了优化，优化后的海藻酸钠-活性炭微球的制备条件为：海藻酸钠浓度为3.5%（w/v），活性炭浓度为0.5%（w/v），种子菌液浓度为4×10~7cell/mL，交联时间为24h。此条件下，海藻酸钠-活性炭固定化Bbai-1可将培养基的表面张力降至32mN/m，对原油的降解率为35%，效果明显优于游离菌；聚乙烯醇微球的最佳制备条件为：聚乙烯醇浓度为7%（w/v），海藻酸钠浓度为1%（w/v），硼酸浓度为4%（w/v），硼酸pH为6~7，硼酸溶液中CaCl2含量为1%（w/v），种子菌液浓度为4×10~7cell/mL，交联时间为18h，交联温度为4℃。此条件下，聚乙烯醇固定化Bbai-1可将培养基的表面张力降至35mN/m，对原油的降解率为30%；通过对海藻酸钠-活性炭微球和聚乙烯醇微球的扫描电镜和微球性能的比较，表明，海藻酸钠-活性炭微球性能优于聚乙烯醇微球； （4）对海藻酸钠-活性炭固定化微生物进行了条件优化：活化时间为24h，接种量为含油培养基体积的20%（v/v）、培养时间为5d，温度为25~30℃，盐度为1.0g/L~1.5g/L，pH为6~8。与游离菌的对比实验，表明，Bbai-1经固定化后，产表面活性剂能力和原油降解能力均有较大提高； （5）将产表面活性剂菌Bbai-1与石油烃降解菌N系列复配处理含油污水，确定最佳配比为1：1，并对固定化复配菌的降解原油条件进行了优化：原油浓度为3g/L（w/v），温度为20℃~30℃，pH为7~8，盐度为25g/L~35g/L，接种量为15%（v/v）；通过游离的和固定化的Bbai-1、N系列及复配菌的原油降解率的对比，表明，Bbai-1能够促进N系列对原油的降解，即在含油污水生物降解体系中加入表面活性剂产生菌，进行原位合成生物表面活性剂来促进原油的降解是可行的； （6）本论文从降低固定化成本的角度，利用廉价的半焦炭代替活性炭作为海藻酸钠微球的吸附剂，并对活性炭和半焦炭的吸附能力、对微球传质性的影响和对原油的降解率作了比较，结果表明，活性炭和半焦炭对菌的最大吸附量分别为18.2×10~8cell/g和6.5×10~8cell/g；海藻酸钠-活性炭和海藻酸钠-半焦炭固定化菌的原油降解率分别为51.2%和43.4%；通过扫描电镜对微球内部结构的观察，表明，海藻酸钠-半焦炭微球能够有效地对菌包埋固定化。 【关键词】：海藻酸钠 聚乙烯醇 包埋固定化 含油污水 Bbai-1
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 0 引言13-14
• 1 文献综述14-27
• 1.1 含油污水污染现状14-15
• 1.1.1 含油污水来源与危害14-15
• 1.1.2 含油污水的分类及处理方法15
• 1.2 传统的生物技术处理含油污水15-18
• 1.2.1 生物法的原理及优点15
• 1.2.2 生物法降解含油污水的影响因素15-18
• 1.3 生物表面活性剂对含油污水处理的促进作用18
• 1.3.1 生物表面活性剂简介18
• 1.3.2 生物表面活性剂在降解原油方面的应用18
• 1.4 固定化微生物技术处理含油污水18-22
• 1.4.1 固定化微生物技术简介18-19
• 1.4.2 固定化微生物的制备方法19-21
• 1.4.3 固定化微生物的载体21
• 1.4.4 固定化对微生物生理变化的影响21-22
• 1.5 固定化微生物技术在含油污水处理中的应用22-25
• 1.5.1 吸附法在含油污水处理中的应用22-23
• 1.5.2 包埋法在含油污水处理中的应用23-24
• 1.5.3 复合固定化法在含油污水中的应用24-25
• 1.6 本论文的研究目的、内容和拟解决的问题25-27
• 1.6.1 研究目的25
• 1.6.2 研究内容25-26
• 1.6.3 拟解决的关键问题26-27
• 2 Bbai-1 产表面活性剂条件优化27-38
• 2.1 实验仪器和药品27-29
• 2.1.1 实验仪器27-28
• 2.1.2 实验试剂28
• 2.1.3 菌种来源28-29
• 2.2 实验方法29-31
• 2.2.1 菌株 Bbai-1 的活化29
• 2.2.2 Bbai-1 生长特性测定29-30
• 2.2.3 原油降解率测定方法30
• 2.2.4 Bbai-1 在原油培养基中产表面活性剂条件的优化30-31
• 2.3 实验结果与讨论31-36
• 2.3.1 Bbai-1 菌浓-吸光度标准曲线31
• 2.3.2 Bbai-1 生长曲线测定31-32
• 2.3.3 不同接种量对 Bbai-1 的表面活性剂产量和原油降解率的影响32-33
• 2.3.4 不同原油浓度对 Bbai-1 的表面活性剂产量和原油降解率的影响33-34
• 2.3.5 不同温度对 Bbai-1 的表面活性剂产量和原油降解率的影响34
• 2.3.6 不同盐度对 Bbai-1 的表面活性剂产量和原油降解率的影响34-35
• 2.3.7 不同 pH 对 Bbai-1 的表面活性剂产量和原油降解率的影响35-36
• 2.3.8 不同培养时间对 Bbai-1 的表面活性剂产量和原油降解率的影响36
• 2.4 本章小结36-38
• 3 不同包埋载体的固定化微生物的制备及条件优化38-67
• 3.1 实验仪器和药品38-39
• 3.1.1 实验仪器38-39
• 3.1.2 实验试剂39
• 3.1.3 菌种来源39
• 3.2 实验方法39-44
• 3.2.1 海藻酸钠微球的制备39-40
• 3.2.2 海藻酸钠-活性炭固定化微球条件优化40-41
• 3.2.3 聚乙烯醇-硼酸包埋法41-42
• 3.2.4 海藻酸钠-活性炭固定化 Bbai-1 产表面活性剂条件优化42-43
• 3.2.5 微球性能测试方法43-44
• 3.3 实验结果与讨论44-66
• 3.3.1 海藻酸钠固定化微球制备条件优化44-46
• 3.3.2 活性炭对海藻酸钠固定化微球性能的影响46-47
• 3.3.3 海藻酸钠微球和海藻酸钠-活性炭微球的比较47-49
• 3.3.4 海藻酸钠-活性炭微球固定化因素优化49-52
• 3.3.5 聚乙烯醇微球的固定化因素优化52-58
• 3.3.6 聚乙烯醇微球和海藻酸钠-活性炭固定化微球的比较58-61
• 3.3.7 海藻酸钠-活性炭固定化微生物产表活剂和降解原油条件优化61-65
• 3.3.8 条件优化后的固定化菌与游离菌的对比实验65-66
• 3.4 本章小结66-67
• 4 复合固定化复配菌处理含油污水67-79
• 4.1 实验仪器、药品和方法67-68
• 4.1.1 实验仪器和药品67
• 4.1.2 菌种来源67-68
• 4.2 实验方法68-70
• 4.2.1 N 系列菌种活化和驯化68
• 4.2.2 Bbai-1 与 N 系列菌的复配68
• 4.2.3 固定化复合菌降解原油条件优化68-69
• 4.2.4 活性炭和半焦炭对菌的吸附性能测定69-70
• 4.3 实验结果与讨论70-78
• 4.3.1 Bbai-1 和 N 系列菌的最佳复配比例测定70
• 4.3.2 固定化复配菌降解原油条件优化70-75
• 4.3.3 海藻酸钠-半焦炭固定化微生物处理含油污水75-78
• 4.4 本章小结78-79
• 5 结论79-81
• 5.1 主要结论79-80
• 5.2 存在的问题和建议80-81
• 参考文献81-86
• 致谢86-87
• 个人简历87
• 发表学术论文87

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