雌激素降解菌固定化菌剂的制备及其对污水和牛粪中雌激素的去除作用

摘要

环境雌激素能够通过扰乱生物体内天然激素的运输、分泌、合成、结合和代谢，影响生物生殖等功能，从而对生物体健康和种群繁衍产生严重影响。环境雌激素常在污水和畜禽粪便中富集，如何简便、高效地去除污水和畜禽粪便中雌激素，进而实现污水和畜禽粪便的无害化处理，这已成为环保领域亟待解决的重大课题之一。
　　本研究采用海藻酸钠包埋法，将具有雌激素降解功能的单一菌株和混合菌株分别制备成固定化菌剂，探讨了菌剂对雌激素的去除效能，并将其投加至实际污水和牛粪中，分析了其应用效果，以期为利用固定化功能菌剂来有效去除污水和牛粪中雌激素、规避雌激素污染风险等提供新思路和途径。主要成果如下:
　　1.将购买自ATCC的具有雌二醇(E2)降解功能的供试菌株Novosphingobium sp.ARI-1固定化。通过正交试验，确定了海藻酸钠包埋E2降解菌剂的最优固定化条件:海藻酸钠浓度为5％,菌悬液与海藻酸钠体积之比为1∶2，CaCl2·2H2O浓度为4％，4℃条件下交联6h。在不同pH值、温度和接种量条件下，固定化菌剂对水中E2的去除率均高于游离态菌株，极端条件下差异尤为明显。固定化菌剂去除水中E2的最适环境条件为:pH值6.0，温度30℃，接种量50 g·L-1。该条件下，E2浓度从50 mg·L-1升高至300mg·L-1，菌剂对E2去除率逐渐降低，E2浓度≤150 mg·L-1时，固定化菌剂对水中E2的去除率在91.94％以上;E2浓度＞150 mg·L-1时，其去除率在86.06％以上。单一雌激素体系中，Novosphingobium sp.ARI-1对雌激素的降解具有广谱性。7d处理后固定化菌剂对50 mg·L-1的雌酮(E1)去除率为99.35％，2d对50 mg·L-1雌三醇(E3)的去除率为100％。复合雌激素体系中，固定化菌剂对E3、E2、E1的去除率分别为100％、98.39％、98.67％。
　　2.研究了固定化E2降解菌剂对实际污水和牛粪中E3、E2、E1的去除性能。采集了南京市某湖泊的污水入口湖水，检测得污水中E3、E2、E1浓度分别为1.52、0.71、1.75μg·L-1。将50 g·L-1的固定化E2降解菌剂投加至该污水中，30℃、150 r·min-1振荡培养7 d后，菌剂对污水中E3、E2、E1的去除率分别为100％、94.76％和80.43％。采集了南京市某奶牛养殖场的牛粪，检测得牛粪中E3、E2、E1含量分别为0.66、0.64、0.71mg·kg-1。将固定化E2降解菌剂投加至牛粪中，处理条件为翻堆时间12 h、接种量200g·kg-1、牛粪含水量为70％，处理后菌剂对牛粪中E3的去除率为98.91％，并可以完全去除牛粪中E2和E1。
　　3.通过构建固定化混合菌剂的12种组合，确定了最优固定化混合菌剂组合为Novosphingobium sp.ARI-1∶Rhodococcus sp.JX-2∶Serratia sp.S=3∶2∶1。研究表明，固定化混合菌剂去除E3、E2、E1、己烯雌酚(DES)的最适环境条件为pH值6.0，温度30℃，菌剂接种量200 g·L-1。该条件下，随着E3、E2、E1、DES浓度从15 mg·L-1增至25 mg·L-1，菌剂对水中E3、E2、E1、DES去除率均提高，最高达98.20％、97.17％、95.28％、49.43％;随着E3、E2、E1、DES浓度从25 mg·L-1增至45 mg·L-1，菌剂对水中E3、E2、E1、DES去除率分别降至80.91％、80.06％、52.88％、22.30％。采集了南京市某湖泊的污水入口湖水(E3、E2、E1、DES浓度分别为1.52、0.71、1.75、10.63μg·L-1)，200 g·L-1固定化混合菌剂、30℃、150 r·min-1振荡培养7d后，菌剂对污水中E3、E2、E1、DES去除率分别为100％、95.69％、89.68％、90.12％。采集了南京市某奶牛养殖场的牛粪（E3、E2、E1、DES含量分别为0.66、0.64、0.71、2.83mg·kg-1），接种量200 g·kg-1、翻堆时间12 h、含水量70％的处理条件下，固定化混合菌剂对牛粪中E3和DES去除率分别为96.06％和93.83％，并可以完全去除E2和E1。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 环境雌激素概述

1．2．1 环境雌激素的分类

1．2．2 环境雌激素的来源

1．2．3 环境雌激素的危害

1．2．4 环境雌激素的污染现状

1．3 污水和畜禽粪便中的环境雌激素治理技术

1．3．1 物理化学方法

1．3．2 微生物方法

1．4 微生物固定化技术

1．4．1 微生物固定化技术的原理和分类

1．4．2 固定化微生物修复的影响因素

1．4．3 固定化微生物技术在难降解有机物治理中的应用

1．5 问题与展望

1．6 研究目的及技术路线

第二章 固定化E2降解菌剂的制备及其对雌激素降解的广谱性

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 固定化菌剂的制备

2．1．3 固定化雌二醇(E2)降解菌剂对水中E2的去除作用

2．1．4 环境条件对固定化E2降解菌剂去除水中E2的影响

2．1．5 污染浓度对固定化E2降解菌剂去除水中E2的影响

2．1．6 固定化E2降解菌剂去除水中雌激素的广谱性

2．1．7 分析方法

2．1．8 数据分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 固定化E2降解菌剂的最佳包埋条件

2．2．2 固定化E2降解菌剂对水中E2的去除作用

2．2．3 环境条件对固定化E2降解菌剂去除水中E2的影响

2．2．4 污染浓度对固定化E2降解菌剂去除水中E2的影响

2．2．5 固定化E2降解菌剂去除水中雌激素的广谱性

2．3 结论

第三章 固定化E2降解菌剂对实际污水和牛粪中雌激素的去除作用

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 固定化菌剂在实际污水中的应用

3．1．3 固定化菌剂在牛粪中的应用

3．1．4 污水中三种雌激素的分析方法

3．1．5 牛粪中三种雌激素的分析方法

3．1．6 数据分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 固定化菌剂对实际污水中三种雌激素的去除

3．2．2 固定化菌剂对牛粪中三种雌激素的去除

3．3 结论

第四章 固定化混合菌剂的制备及其对实际污水和牛粪中雌激素的去除作用

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 固定化混合菌剂的制备

4．1．3 固定化混合菌剂对水中四种雌激素的去除作用

4．1．4 环境条件对固定化混合菌剂去除水中四种雌激素的影晌

4．1．5 污染强度对固定化混合菌剂去除水中四种雌激素的影响

4．1．6 固定化混合菌剂对实际污水中雌激素的去除

4．1．7 固定化混合菌剂对牛粪中雌激素的去除

4．1．8 分析方法

4．1．9 数据分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 固定化混合菌剂的最佳包埋条件

4．2．2 固定化混合菌剂对水中四种雌激素的去除作用

4．2．3 环境条件对固定化混合菌剂去除水中四种雌激素的影响

4．2．4 污染强度对固定化混合菌剂去除水中四种雌激素的影响

4．2．5 固定化混合菌剂对实际污水中雌激素的去除

4．2．6 固定化混合菌剂对牛粪中雌激素的去除

4．3 结论

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢