炭基材料固定化微生物及其对PAHs污染土壤的修复研究

论文摘要

多环芳烃（PAHs）是环境中普遍存在的有机污染物,具有致癌、致畸、致突变的特性,长期暴露会对人体健康造成巨大危害。目前,PAHs污染土壤的修复是环境科学与工程领域的研究热点之一。微生物降解是去除环境中PAHs的根本途径,基于其科学原理的固定化微生物技术是一种重要的强化修复措施,在土壤污染修复工程中呈现良好的应用前景,受到研究者的重点关注。但目前利用优质的炭基材料为载体的微生物固定化技术研究较少,存在很多亟待解决的问题,急需开展深入探讨。本研究以PAHs污染土壤为菌源,通过富集培养法筛选分离获得一株PAHs降解菌,利用不同炭基材料为载体,采用浸泡吸附法固定PAHs降解菌,以nidA基因丰度和脱氢酶活性表征固定化效果,结合固定化复合材料对溶液中典型PAHs的去除效果,探讨炭基材料固定化微生物复合材料的优化工艺及关键因子,并利用泥浆反应器研究固定化复合材料对土壤中PAHs的强化修复的应用效果和潜力。主要的研究结果如下:（1）从污染土壤中筛选分离一株PAHs高效降解菌ZL7,经鉴定为分枝杆菌属。ZL7在8天内对芘的降解率达到90.32%(50 mg·L-1),而且可以以菲、苯并芘、苯并[a]蒽、?、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽为碳源进行代谢。（2）本研究中利用炭基材料制备固定化复合材料的优化条件为:以LB为固定化培养基,炭基材料/菌株种子液的投加比例为1:30,固定化时间为24 h。连续培养36天后,猪粪炭基材料（PM）和水稻秸秆炭基材料（RS）固定的nidA基因丰度能分别维持在3.30×109±1.35×109拷贝数·g土-1和5.32×109±1.26×109拷贝数·g土-1。水稻秸秆炭基材料（RS）、猪粪炭基材料（PM）、大豆秸秆炭基材料（SS）制备的固定化材料在溶液中对芘的去除效果均可超过96%。（3）猪粪炭基材料固定化ZL7（IMPM）和水稻秸秆炭基材料固定化ZL7（IMRS）均可强化去除土壤中的PAHs。各种调控措施的结果显示,IMRS的最优调控组合为土水比1:10（W/V）,接种固定化材料,投加水杨酸2 g·kg-1,不添加表面活性剂Brij 30,IMPM的最优调控组合为土水比1:10（W/V）,接种固定化材料,不投加水杨酸,添加表面活性剂Brij 30 10 g·L-1。IMRS在最优调控措施下投加24天对总PAHs的强化去除率达56.70%,高于IMPM的43.89%。综上所述,不同炭基材料固定化PAHs降解菌的最优条件不尽相同,而固定化复合材料在适宜的调控措施可以高效的强化修复污染土壤,研究结果为炭基材料固定化微生物技术在PAHs污染土壤的强化修复应用提供了科技支撑。

论文目录

摘要

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第1章引言

1.1 研究背景

1.2 PAHs概述

1.2.1 PAHs及其理化性质

1.2.2 PAHs的来源

1.2.3 PAHs的危害

1.2.4 PAHs土壤污染现状

1.3 PAHs污染土壤修复技术研究进展

1.3.1 物理修复技术

1.3.2 化学修复技术

1.3.3 生物修复技术

1.4 固定化微生物修复的影响因素

1.4.1 固定化微生物方法

1.4.2 固定化微生物载体

1.4.3 微生物固定化条件

1.5 炭基材料的结构和性质

1.5.1 炭基材料的元素组成

1.5.2 炭基材料的pH值

1.5.3 炭基材料的孔隙结构

1.6 炭基材料固定化微生物的研究现状

1.6.1 炭基材料与微生物的相互作用机制

1.6.2 炭基材料固定化微生物去除有机污染物机理

1.6.3 炭基材料固定化微生物去除有机污染物的去除效果

1.7 研究内容与技术路线

1.7.1 研究目的与意义

1.7.2 研究内容

1.7.3 技术路线

第2章 PAHs降解菌的筛选及其生物学和降解特性研究

2.1 材料与方法

2.1.1 土壤样品的采集

2.1.2 主要试剂与仪器

2.1.3 培养基的配制

2.1.4 实验方法

2.1.5 数据处理

2.2 结果与分析

2.2.1 供试土壤（CP1）理化性质及PAHs含量

2.2.2 PAHs降解菌株的筛选、分离与鉴定

2.2.3 菌株ZL7 生长特性

2.2.4 菌株ZL7对PAHs的降解性能

2.3 讨论

2.4 小结

第3章炭基材料固定化PAHs降解微生物研究

3.1 材料与方法

3.1.1 主要试剂与仪器

3.1.2 炭基材料的制备及性状表征

3.1.3 炭基材料固定化菌株ZL7—固定化复合材料的制备

3.1.4 炭基材料固定化微生物定性表征—扫描电镜分析

3.1.5 炭基材料固定化菌株ZL7 条件的优化

3.1.6 炭基材料固定化菌株ZL7 的持久性分析

3.1.7 固定化复合材料对溶液中芘的降解效果

3.1.8 数据处理

3.2 结果与分析

3.2.1 炭基材料理化性质分析

3.2.2 炭基材料固定化菌株ZL7 的表面形态分析

3.2.3 炭基材料固定化菌株ZL7 条件的优化

3.2.4 炭基材料固定化作用持久性分析

3.2.5 不同固定化复合材料对溶液中芘的降解效果比较

3.3 讨论

3.4 小结

第4章炭基材料固定化微生物强化PAHs污染土壤修复

4.1 材料与方法

4.1.1 供试土壤的采集

4.1.2 固定化材料的制备

4.1.3 主要试剂与仪器

4.1.4 实验设计

4.1.5 测定方法

4.1.6 数据处理

4.2 结果与分析

4.2.1 供试土壤（CP2）理化性质及PAHs含量

4.2.2 固定化复合材料（IMRS）强化去除污染土壤PAHs

4.2.3 固定化复合材料（IMPM）强化去除污染土壤PAHs

4.3 讨论

4.4 小结

第5章结论与展望

5.1 本研究的主要结论

5.2 本研究的创新点

5.3 需进一步开展的工作

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙安琪

导师: 侯艳伟,蔡超

关键词: 多环芳烃,炭基材料,固定化微生物,土壤

来源: 华侨大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 华侨大学

分类号: X172;X53

总页数: 114

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