微生物协同加速吡啶喹啉的降解

摘要

本课题选取两种含氮杂环化合物吡啶和喹啉作为研究底物。吡啶和喹啉同属于难降解有机化合物，毒性强，能致癌、致畸、致突变。同时吡啶和喹啉广泛存在于焦化废水、印染废水、制药废水等众多工业废水中，由此使得吡啶和喹啉成为环境领域中备受关注的一类污染物。 本课题针对两种污染物吡啶和喹啉，第一步，用吡啶喹啉混合物定向驯化污泥，接着通过平板筛菌从污泥上清液中分离筛选出三株纯菌，经鉴定分别为Bacillus tropicus、Bacillus aquimaris、Rhodococcus ruber;第二步，针对三种底物，将三株纯菌以单一菌株、菌株两两混合和菌株全部混合的三种组合方式，分别降解吡啶、喹啉、吡啶喹啉混合物;第三步，针对两种中间产物，首先，三株纯菌以单一菌株、菌株两两混合和菌株全部混合的三种组合方式降解二羟基喹啉，其次，污泥分别与单一菌株及各菌株全部混合的两种组合方式降解二羟基吡啶。实验中，菌株相互组合时，配比均为1∶1，吡啶、喹啉初始浓度均为1mM。 根据以上实验来探究以下三个问题: (1)三株纯菌中，根据各单一菌株分别对底物吡啶、喹啉、吡啶喹啉混合物的降解效果，确定一株高效降解菌; (2)三株纯菌在单一菌株及各菌株组合条件下，对三种底物吡啶、喹啉、吡啶喹啉混合物的降解规律及其中间产物二羟基吡啶和二羟基喹啉的生成与降解规律;三株纯菌在单一菌株及各菌株组合条件下，对二羟基喹啉的降解规律;污泥分别与单一菌株及各菌株全部混合的组合方式下，对二羟基吡啶的降解规律。 (3)分析并确定三株纯菌之间的相互作用类型及其机理。 实验所得的结果及结论如下: (1)通过对比各单一菌株条件下，三种底物吡啶、喹啉、吡啶喹啉混合物完全被降解所需的时长，发现R.tuber所需时间最短，B.tropicus和B.aquimaris所需时间较长，故R.ruber为高效降解菌。 (2)对于喹啉，在单一菌株及各菌株组合条件下有，菌株相互混合时有利于对喹啉的降解，混合的菌株数量越多对喹啉的降解效果越好，与此同时，中间产物二羟基喹啉的生成与降解也更快。 对于吡啶，在单一菌株及各菌株组合条件下有，菌株相互混合时有利于对吡啶的降解，混合的菌株数量越多对吡啶的降解效果越好，与此同时，中间产物二羟基吡啶的生成也更快。 对于吡啶喹啉混合物，在单一菌株及各菌株组合条件下有，菌株相互混合时有利于对吡啶喹啉混合物的降解，混合的菌株数量越多，对吡啶喹啉混合物的降解效果越好，与此同时，中间产物二羟基吡啶的生成与二羟基喹啉的生成与降解也更快。 对于二羟基喹啉，在单一菌株及各菌株组合条件下有，菌株相互混合时有利于对二羟基喹啉的降解，混合的菌株数量越多对二羟基喹啉的降解效果越好。 对于二羟基吡啶，在污泥分别与单一菌株及各菌株全部混合组合条件下有，污泥与各菌株全部混合比污泥与单一菌株混合对二羟基吡啶的降解效果好。 (3)在本课题中，各菌株之间存在协同作用。对于吡啶，各菌株相互混合时通过加速中间产物二羟基吡啶的生成从而加速吡啶的降解;对于喹啉，各菌株相互混合时通过加速中间产物二羟基喹啉的生成与降解从而加速喹啉的降解。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1含氮杂环化合物的概述

1．1．1含氮杂环化合物的结构与性质

1．1．2含氮杂环化合物的来源与危害

1．2吡啶、喹啉的简介

1．2．1吡啶

1．2．2喹啉

1．3含吡啶、喹啉废水的处理技术

1．3．1物理法

1．3．2化学法

1．3．3生物法

1．4微生物及其相互作用类型

1．4．1芽孢杆菌属

1．4．2红球菌属

1．4．3微生物间的相互作用

1．5研究目的与研究内容

1．5．1研究目的

1．5．2研究内容

1．6研究的流程设计

第2章菌株的分离与鉴定

2．1实验材料

2．1．1化学试剂

2．1．2培养基

2．1．3实验仪器

2．2菌株的分离与筛选

2．2．1吡啶喹啉活性污泥的驯化

2．2．2吡啶喹啉降解菌的分离与筛选

2．3菌株的鉴定

2．3．1材料与方法

2．3．2实验原理

2．3．3实验方法

2．4结果与讨论

2．4．1菌株的形态

2．4．2菌株NCBI的比对结果

2．5本章小结

第3章喹啉在单一菌株及菌株组合条件下降解特性

3．1材料与方法

3．1．1实验仪器及试剂

3．1．2模拟喹啉废水的配制

3．1．3纯菌富集培养

3．1．4实验操作

3．2分析方法

3．3结果与讨论

3．3．1喹啉在单一菌株及菌株组合条件下的降解规律

3．3．2喹啉在单一菌株及菌株组合条件下，中间产物二羟基喹啉的生成与降解规律

3．3．3喹啉TOC的变化

3．4本章小结

第4章吡啶在单一菌株及菌株组合条件下降解特性

4．1材料与方法

4．1．1实验仪器及试剂

4．1．2模拟吡啶废水的配制

4．1．3纯菌富集培养

4．1．4实验操作

4．2分析方法

4．3结果与讨论

4．3．1吡啶在单一菌株及菌株组合条件下的降解规律

4．3．2吡啶在单一菌株及菌株组合条件下，中间产物二羟基吡啶的生成规律

4．3．3吡啶TOC的变化

4．4本章小结

第5章吡啶喹啉在单一菌株及菌株组合条件下降解特性

5．1材料与方法

5．1．1实验仪器及试剂

5．1．2模拟吡啶喹啉混合物废水的配制

5．1．3纯菌富集培养

5．1．4实验操作

5．2分析方法

5．3结果与讨论

5．3．2吡啶喹啉混合物在单一菌株及菌株组合条件下，中间产物二羟基喹啉的生成与降解规律

5．3．3吡啶喹啉混合物在单一菌株及菌株组合条件下，吡啶的降解规律

5．3．4吡啶喹啉混合物在单一菌株及菌株组合条件下，中间产物二羟基吡啶的生成规律

5．3．5吡啶喹啉TOC的变化

5．4本章小结

第6章二羟基喹啉在单一菌株及菌株组合条件下降解特性

6．1材料与方法

6．1．1实验仪器及试剂

6．1．2模拟二羟基喹啉废水的配制

6．1．3纯菌富集培养

6．1．4实验操作

6．2分析方法

6．3结果与讨论

6．3．1二羟基喹啉在单一菌株及菌株组合条件下的降解规律

6．3．2二羟基喹啉TOC的变化

6．4本章小结

第7章二羟基吡啶在驯化污泥与菌株混合时的降解特性

7．1材料与方法

7．1．1实验仪器及试剂

7．1．2二羟基吡啶活性污泥的驯化

7．1．3模拟二羟基吡啶废水的配制

7．1．4纯菌富集培养

7．1．5实验操作

7．2分析方法

7．3结果与讨论

7．3．1二羟基吡啶在污泥与菌株各组合条件下的降解规律

7．3．2二羟基吡啶TOC的变化

7．4本章小结

8．1结论

8．2本课题研究创新点

8．3建议与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢