对甲苯磺酸高效降解菌的筛选、降解特性及其降解动力学研究

摘要

对甲苯磺酸(p-TSA)是一种广泛应用于工业中的重要的化工原料，含p-TSA的废水大量排放到环境中，会对人类健康以及生态环境造成严重威胁。本论文从江苏丰山制药厂废水处理池活性污泥中，通过富集、分离，筛选出一株能以p-TSA为唯一碳源生长的菌株，命名为Y-2。该菌株能够在16h内将200mg/L的p-TSA完全降解。经鉴定，菌株Y-2为革兰氏阴性菌，根据其生理生化特征以及16s rRNA基因序列同源性比较，菌株Y-2被鉴定为施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）。
　　菌株Y-2在LB培养基中生长良好，0-5h菌株处于延滞期，5h开始，菌株进入对数生长期，16h-25h菌株为稳定期，25h后菌株逐渐衰亡。菌株Y-2生长的最适温度为30℃，最适pH为7.0-8.0;菌株Y-2为严格好氧菌，通气量越多，菌株生长越好;NaCl浓度也对菌株的生长有影响，菌株Y-2在NaCl浓度为5-15g/L时长势较好，菌株生长最适的NaCl浓度为10g/L。降解菌Y-2可利用葡萄糖、果糖和麦芽糖等碳源，但是不能利用蔗糖、甘露醇、木糖等碳源;能利用蛋白胨、硫酸铵和氯化铵等氮源，也可以利用硝态氮，但不能利用尿素。
　　菌株Y-2可以在16h之内完全降解浓度为200mg/L的p-TSA。菌株降解p-TSA的最适pH为7.0-8.0，最适温度为30℃;通气量越大越有利于p-TSA的降解。接种量对菌株Y-2对p-TSA的降解也有影响，当接种量在0.1％-2％的范围内时，加大接种量可以明显提高降解速率，接种量达到4％后，再增大接种量p-TSA降解速率基本不变。随着p-TSA初始浓度的增加，菌株Y-2的延滞期越来越长，但菌株能够在40h之内完全降解500mg/L的p-TSA，降解效率较高。添加200mg/L的葡萄糖作为额外碳源会促进p-TSA的降解，大大缩短降解时间。
　　通过液质联用检测p-TSA降解过程中的代谢产物，发现主要的代谢产物有对羧基苯磺酸、对羟基苯磺酸、对苯二酚、丁烯二酸和乙二酸。根据检测结果推测可能的降解途径为:首先是甲基侧链氧化成羧基，紧接着羧基进一步脱碳生成羟基，生成对羟基苯磺酸，然后磺酸基脱落变成羟基，生成对苯二酚，然后对苯二酚开环，变成丁烯二酸和乙二酸，最后基本将其完全矿化。
　　用劳麦方程对菌株Y-2降解p-TSA的降解动力学进行拟合，得出其动力学参数分别为Vmax=46.95 mg/L/h，Ks=59.09 mg/L，当底物p-TSA浓度远远大于46.95mg/L时，菌株Y-2对p-TSA的降解符合零级动力学模型，即p-TSA以最大速率降解，而与底物浓度无关。当底物p-TSA浓度远远小于46.95mg/L时，此时对甲苯磺酸降解速率与底物浓度呈一级反应关系，即底物浓度越高，降解速率越快。而在中间浓度时，菌株Y-2对p-TSA的降解处于混合级反应区。

目录

声明

摘要

符号与缩略语说明

第一章 文献综述

1．1 芳香磺酸基化合物概述

1．1．1 芳香磺酸基化合物简介

1．1．2 芳香磺酸基有机废水的来源及危害

1．1．3 芳香磺酸基有机废水的处理研究进展

1．2 对甲苯磺酸概述

1．2．1 对甲苯磺酸的来源与危害

1．2．2 对甲苯磺酸生产工艺

1．2．3 对甲苯磺酸废水的特点

1．2．4 对甲苯磺酸研究现状

1．3 研究目的、研究内容以及技术路线

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 对甲苯磺酸降解菌的筛选、分离和鉴定

2．1 材料与方法

2．1．1 培养基与试剂

2．1．2 p-TSA含量的测定

2．1．3 菌株种子液的制备

2．1．4 p-TSA降解菌的富集、分离与纯化

2．1．5 降解菌株的培养特征及生理生化鉴定

2．1．6 降解菌株的16S rRNA基因序列分析

2．1．7 降解菌系统发育定位与系统发育树的绘制

2．2 结果与分析

2．2．1 降解菌株的分离筛选

2．2．2 菌株Y-2降解效果验证

2．2．3 降解菌株Y-2的菌落形态、生理生化特征及其鉴定

2．2．4 菌株Y-2的系统发育定位

2．3 讨论

2．4 本章小结

第三章 对甲苯磺酸降解菌Y-2的生长特性研究

3．1 材料与方法

3．1．1 供试菌株

3．1．2 培养基与试剂

3．1．3 菌株Y-2种子液的制备

3．1．4 菌体生长量的测定

3．1．5 菌株Y-2在LB培养基中的生长曲线

3．1．6 不同环境因素对降解菌株生长的影响

3．2 结果与分析

3．2．1 菌株Y-2在LB中的生长曲线

3．2．2 初始pH对菌株Y-2生长的影响

3．2．3 温度对菌株Y-2生长的影响

3．2．4 通气量对菌株Y-2生长的影响

3．2．5 NaCl对菌株Y-2生长的影响

3．2．6 不同碳源对菌株Y-2生长的影响

3．2．7 不同氮源对菌株Y-2生长的影响

3．3 讨论

3．4 本章小结

第四章 对甲苯磺酸降解菌Y-2的降解特性研究

4．1 材料与方法

4．1．1 供试菌株与培养基

4．1．2 p-TSA含量的测定

4．1．3 菌体生长量的测定

4．1．4 菌株Y-2种子液的制备

4．1．5 菌株Y-2利用p-TSA的生长降解曲线

4．1．6 环境条件对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．1．7 接种量对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．1．8 不同p-TSA起始浓度对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．1．9 添加额外碳源对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．2 结果与分析

4．2．1 菌株Y-2利用p-TSA的生长降解曲线

4．2．2 环境条件对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．2．3 接种量对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．2．4 p-TSA初始浓度对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．2．5 额外碳源对菌株Y-2降解p-TSA的影响

4．3 讨论

4．4 本章小结

第五章 菌株Y-2对对甲苯磺酸的降解途径研究

5．1 材料与方法

5．1．1 供试菌株与培养基

5．1．2 p-TSA含量的测定

5．1．3 菌体生长量的测定

5．1．4 菌株Y-2种子液的制备

5．1．5 主要仪器

5．1．6 菌株Y-2降解p-TSA的代谢途径研究

5．2 结果与分析

5．2．1 菌株Y-2降解p-TSA的代谢产物质谱分析

5．2．2 p-TSA代谢途径的初步确定

5．3 讨论

5．4 本章小结

第六章 菌株Y-2对对甲苯磺酸降解的动力学研究

6．1 对甲苯磺酸降解动力学研究内容与研究方法

6．1．1 动力学研究内容

6．1．2 动力学研究方法

6．2 试验材料与方法

6．2．1 供试菌株与培养基

6．2．2 菌株Y-2种子液的制备

6．2．3 p-TSA含量的测定

6．2．4 p-TSA降解动力学试验设计

6．3 结果与分析

6．4 本章小结与讨论

第七章 全文总结与展望

7．1 全文总结

7．2 创新点与不足

7．2．1 创新点

7．2．2 不足之处

7．3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文