磁技术强化石油降解菌除油效能及机理分析

摘要

为了保护海洋环境，国际海事组织(IMO)制定了越来越严格的船舶含油污水排放标准，传统的物理分离法已经无法满足新的要求。新的船舶含油污水处理技术在不断开发和应用中，膜生物反应器(MBR)是生物处理法与膜技术相结合的新型污水处理工艺，具有体积小，处理效率高等优点，适于船舶舱底含油污水的处理。生物降解阶段在 MBR的处理含油污水过程中起关键的作用，磁强化微生物技术是近些年来的研究热点，通过磁场的综合作用，可以提高微生物活性，促进微生物对有机物的降解。本文从磁场强化石油降解菌的生长及除油效能和相关机理分析两方面进行研究，采用前期实验中筛选分离得到的高效石油降解菌株B11作为研究对象，通过对微生物的细胞活性、细胞通透性、胞内酶活性和生物表面活性剂等方面探究磁场强化微生物生长及除油效能的作用机理。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了在0~60mT的磁场条件下，磁场对B11菌株的生长及除油效能的影响。实验结果表明25mT磁场强度下，菌株生长速率最快，相较于不加磁场的情况下生物量提高了12.5％。除油率达到65.6%；在25mT磁场强度下，考察磁场作用时间对菌株生长除油效能的影响，发现第三天生物量达到最大值，比未经磁场处理组提升14.1%，第二天单日除油率达到最大值，为32.6%；通过磁场连续刺激和间歇性刺激考察磁场作用方式对生物量及除油效能的影响，发现连续刺激下生物量较间歇组提高8.2%，除油率较间歇提高1.1%。说明了B11菌株在连续接受3天以上25mT磁场强化时能够有效的提升的生物量和除油效能。⑵研究了不同磁场强度对菌株生长、细胞表面形态、细胞活性、胞内酶活性、细胞通透性和蛋白质、核酸的泄漏情况的影响，探讨了磁场强化微生物生长的机理。结果表明25mT磁场强度下，细胞生长提前进入对数期，缩短了繁殖周期，生物量提升了10.2%；细胞形态保持完整，菌株的活性最大，较未经处理提升25.2%；胞内酶(SOD)活性提高12.3%，抵抗外界恶劣环境能力得到增强；细胞通透性适中且胞内核酸、蛋白质的外渗量较低，保证细胞能够正常的进行新陈代谢和生长繁殖。说明磁场是通过在不破坏细胞膜结构的前提下，提高微生物体内酶的活性来影响菌株的生长的。⑶研究了磁场对菌株亲疏水性、排油圈直径、表面张力和生物表面活性剂的影响，探讨了磁场强化微生物摄取油类物质途径的机理。通过蓝色凝胶平板试验表明菌株可以产生表面活性剂物质，通过产生表面活性剂的方式来促进对水中油类物质的摄取；25mT磁场强度下，细胞的疏水性得到加强，较未处理提升了6.7%，更易于接触油类物质；磁场作用下，排油圈直径最大值为3.56cm，表面张力达最低值为35.8mN/m，说明菌株在培养液中生长产生的表面活性剂具有较高的活性；并通过TLC分析B11菌株可产生和利用主要成分为糖脂类物质的生物表面活性剂来帮助摄取烃类物质，表面活性剂临界胶束浓度为57.79mg/L；每100mL菌液产生的表面活性剂0.114g，相比与未经磁场处理组提升17.57%，但磁场对表面活性剂本身的性质没有产生影响。说明磁场是通过改变菌株的疏水性和增强表面活性剂的产量来强化菌株对烃类的摄取作用。⑷研究了磁场对脱氢酶活性的影响，探讨了磁场强化 B11菌株除油效能的机理。总脱氢酶活性在磁场为25mT时达到最大，为47.7TFμg/L·h-1，活性较未经磁场处理的样品提高32.8%；胞外脱氢酶活性达到最大，为30.1TFμg/L·h-1，比胞内脱氢酶活性高70.05%。说明在25mT磁场作用下，B11菌株降解油类物质的能力得到增强是因为脱氢酶活性得到增强，且胞外脱氢酶在强化过程中起主导作用。

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第1章 绪论

1.1 背景

1.2 船舶舱底含油污水的研究现状

1.3 微生物对石油烃类物质降解机理的研究现状

1.4 磁技术对微生物作用机理的研究现状

1.5 课题的研究意义与内容

第2章 试验材料与方法

2.1引言

2.2 试验仪器及药剂

2.3 试验菌种及装置

2.4 模拟船舶含油污水的配制

2.5 主要试验方法

2.6 本章小结

第3章 磁场对微生物生长及除油效能的影响及分析

3.1 引言

3.2 磁场强度对微生物生长及除油效能的影响

3.3 磁场刺激时间对微生物生长及除油效能的影响

3.4 磁场刺激方式对微生物生长及除油效能的影响

3.5 本章小结

第4章 磁场强化微生物生长机理的研究

4.1 引言

4.2 磁场对微生物生长繁殖的影响

4.3 磁场对微生物活性的影响

4.4 磁场对微生物抗氧化性的影响

4.5 磁场对微生物细胞结构的影响

4.6 本章小结

第5章 磁场强化微生物除油效能机理的研究

5.1 引言

5.2 磁场对微生物摄取烃类途径的影响及机理分析

5.3 磁场对微生物烃类降解酶活性的影响及机理分析

5.4 本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢