杂菌对光合细菌Z07利用大豆加工废水生长影响及条件优化

摘要

光合细菌(Photosynthetic bacteria，PSB)利用大豆加工废水中的主要污染物，既可高效去除污染物，又能实现菌体生长。如果要从废水中获取 PSB，一般需要采用纯菌培养。然而，废水处理不可避免地会感染杂菌，杂菌的存在可能导致系统处理能力下降、菌体无法回收。如何有效控制PSB处理系统中的杂菌，是成功开发PSB废水处理与获取菌体蛋白综合技术的瓶颈之一。为此，本论文以前期分离得到的PSB菌株 Z07为对象，开展了杂菌对PSB去除大豆加工废水中主要污染物及菌体产量的影响，控制系统中杂菌的方法及其机制，以及在杂菌存在条件下PSB分离的方法及菌株Z07急性毒性等研究。
　　研究表明，杂菌共存时，采用高效液相色谱法(HPLC)能通过分析水与废水中辅酶 Q10(CoQ10)的含量来定量表征 PSB的含量方法可行，平均回收率为99.13％，相对标准偏差为0.81%(n=5)，上述方法精密度高，重复性好，可用于CoQ10的提取与检测。该方法的色谱条件为：色谱柱为 SphherisorbC18(10 cm×4.6 mm ID)柱；流动相为甲醇与无水乙醇(体积比9:1)；流速为1 mL/min紫外检测波长为275 nm；柱温35℃；进样量为15μL；柱压16.4 MPa。
　　在纯培养条件下最有利于PSB利用大豆加工废水中主要污染物及实现自身菌体生长的培养条件为：初始大豆加工废水COD为3600 mg/L、初始PSB投菌量160 mg/L、自然光微好氧、pH为8.0、30℃。杂菌共存时PSB处理大豆加工废水的条件：自然光微好氧(DO0.5-1.0 mg/L)、初始PSB投菌量为160 mg/L、初始大豆加工废水COD为3600-7200 mg/L、pH为8.0-9.0、20-30℃。
　　采用响应曲面法分析 Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Co2+和Mg2+六种微量元素对PSB菌体产量的影响。综合考虑菌体产量、COD去除效果、添加成本，投加Fe2+与Mg2+组合能够显著提高PSB菌体产量。Fe2+、Mg2+最佳投量为Fe2+0.66 mmol/L、Mg2+0.16 mmol/L，此时PSB菌体浓度最高可达到1483.5 mg/L，COD去除率最高达到89.1%，成本最低达到0.033元/t。对PSB菌体产量影响最显著的微量元素为Co2+。Co2+能够显著提高PSB菌体产量。
　　PSB与杂菌共存时PSB具有较高的优势度，菌体具有回收价值的条件为：PSB与杂菌比例大于2:1、光照厌氧、渗透压0.12 atm、pH为8、30℃。
　　序批式系统中，光照厌氧条件下PSB培养系统能够稳定运行，与其它光照氧气条件相比较，PSB菌体增殖与PSB占总菌的比率均最高，PSB菌体增殖2257.2 mg/L，PSB干重占总菌的比例达到96.3%，PSB具有较高的优势度；黑暗好氧条件下，PSB菌体仅增殖59.8 mg/L，PSB菌体产量仅占总菌产量的百分之32.7%，PSB已经不是优势菌；自然光微好氧条件下，PSB与杂菌的比例从5:1提高到10:1，但PSB菌体增殖基本相同，PSB菌体增殖仅为186.7-191.3 mg/L。PSB占总菌的百分率仅为47.8%-48.3%，虽然在该条件下PSB能有效的处理废水，但污水处理效果是由杂菌提供的，PSB已经不是优势菌。
　　PCR-DGGE研究发现，在三种光照氧气条件下PSB都是系统的常驻优势菌。微生物菌群结构从第28 d到第35 d进入反应器稳定运行阶段，光照厌氧条件下随时间的变化微生物菌群结构变化不显著，进一步验证了在光照厌氧条件下反应器能够稳定运行。
　　Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、Al2Cl(OH)5三种混凝剂分离 PSB的分离率为51%-92%。混凝剂投量大，至少需要5000 mg/L的混凝剂才能够将PSB沉淀，不适宜采用混凝方法分离PSB。对比研究表明，采用超滤膜分离PSB，可获得99%的菌体分离率，更加经济高效。
　　以菌株 Z07及其与杂菌混合物为饵料(或饲料)的急性毒性实验结果表明，无论是PSB菌体，或是杂菌，二者的混合物，作为动物饵料或饲料是安全的。在一次性投放饵料1 g/L条件下，在96 h内都不能对饲养的鲫鱼产生任何可以观察到的毒副作用；饲养赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)时，土壤中饵料剂量在5 g/kg以下时，在14 d天内也未发现任何毒性影响；以12 g/kg·d的剂量喂养小鼠时，在14 d天内也未发现任何毒性效应。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 光合细菌资源开发技术及其研究进展

1.3 光合细菌处理有机废水及资源化技术研究进展

1.4 课题的来源与主要研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.3 分析方法

第3章 光合细菌的检测方法构建及菌株Z07培养条件优化

3.1引言

3.2 基于CoQ10的光合细菌定量分析方法构建

3.3菌株Z07培养条件优化

3.4 杂菌对光合细菌增殖的影响初探

3.5 本章小结

第4章 大豆加工废水光合细菌培养系统的杂菌抑制与条件优化

4.1 引言

4.2 培养条件对杂菌共存系统主要污染物去除及菌体增殖的影响

4.3 微量元素对杂菌共存系统中光合细菌Z07生长的促进作用

4.4 培养条件对菌株Z07的选择与对杂菌的抑制

4.5 本章小结

第5章 光合细菌Z07的序批式生产与菌体饲料急性毒性研究

5.1 引言

5.2 序批式光合细菌污水处理系统的效能及菌群结构的变化

5.3 光合细菌菌体的分离

5.4 光合细菌Z07菌体饲料的急性毒性研究

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历