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城市污水中典型PPCPs高效降解菌的筛选及其降解特性研究

作　者: 黄敏
导　师: 陈东辉
学　校: 东华大学
专　业: 环境工程
关键词: 炔雌醇吐纳麝香筛菌降解 SBR
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,一类新型的微量污染物质—药品及个人护理用品(PPCPs)逐渐引起人们的重视,并发展为全球热点问题。国内外的一些研究表明,部分PPCPs可能对人类及其他生物产生毒理学效应或致癌可能性。我国作为世界上最大的药品和个人护理品的使用国之一,控制生活污水中的典型PPCPs显得极其重要。本论文从松江区污水处理厂的曝气池中筛选分离出两株能对典型PPCPs进行生物降解的高效菌株,并通过PCR扩增和16S rDNA测序对其进行提纯和菌种鉴定。考察在不同的外界因素下,菌株的生长以及其对目标物的降解。并在此基础上,考察了菌株投加到实际工艺中对目标物及常规污染物的去除状况。论文首先建立了固相萃取(SPE)-高效液相色谱法(HPLC)对目标物进行检测,通过优化固相萃取条件和色谱条件,分别建立了水环境中两种典型PPCPs的定量分析方法。其中炔雌醇的最佳色谱条件为：流动相为乙腈：水=60：40(Ⅴ：Ⅴ),温度为30。C,流速为1.OmL/min,检测波长为280nm。吐纳麝香的最佳色谱条件为：流动相为乙腈：水=50：50(Ⅴ：Ⅴ),流速为1mL/min,柱温为30℃,检测波长为242nm。然后,从污水处理厂的曝气池中筛选出两株好氧活性污泥中分离筛选出两株典型PPCPs的高效降解菌,分别是降解炔雌醇的高效菌株DE7和降解吐纳麝香的高效菌株DA5。通过菌种形态特征及16SrDNA序列分析对其进行初步鉴定,确定DE7为贪铜菌属(Cupriavidus),DA5为产碱杆菌属(Alcaligenes)。为探究菌株DE7和菌株DA5的降解特性,考察了不同温度、pH及初始底物浓度条件下两株菌对目标物的降解效果。结果表明,当温度为30℃,pH值为6.5～7.0,摇床振荡速率为160r/min,菌株DE7在含25mg/L炔雌醇的无机培养基中培养5天后,可使炔雌醇的降解效率达到82%左右；当温度为20℃～25℃,pH值为7时,摇床振荡速度为160r/min,菌株DA5在含6mg/L吐纳麝香的无机盐培养基中培养5天后,对吐纳麝香的最高降解效率为52%。最后,本文研究了SBR工艺对生活污水中典型PPCPs的去除效果。在进水水温为室温,pH 6.8～7.2,溶解氧维持在5mg/L的条件下,常规污染物和两种典型PPCPs的去除率均随水力停留时间的增大而逐渐上升,随碳氮比的增大而逐渐减小。当水力停留时间为10h、碳氮比为100：20时,反应器对COD和氨氮的去除率最好,最高降解效率可分别达到88%和77.6%。其中投加高效菌的2号反应器对典型PPCPs的去除效率明显的提高,这说明高效菌的投加发挥了作用,其对炔雌醇和吐纳麝香的最高去除率分别可达到92%和64%。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-29
  1.1 PPCPs简介  13-15
    1.1.1 PPCPs及其在环境中的存在  13-14
    1.1.2 PPCPs的来源  14-15
    1.1.3 PPCPs的理化性质  15
  1.2 典型PPCPS的生态毒性  15-17
    1.2.1 人工合成雌激素的危害  15-16
    1.2.2 合成麝香类化合物  16
    1.2.3 其它PPCPs类化合物  16-17
  1.3 水环境典型PPCPs的去除方法  17-20
    1.3.1 混凝-絮凝法  17
    1.3.2 高级氧化技术  17-18
    1.3.3 膜过滤与活性炭技术  18-19
    1.3.4 生物处理  19-20
  1.4 水环境中典型PPCPs的检测方法  20-22
    1.4.1 样品富集浓缩  20-21
    1.4.2 高效液相色谱法(HPLC)  21
    1.4.3 气相色谱质谱法(GC-MS)  21-22
  1.5 SBR处理工艺的研究  22-26
    1.5.1 SBR反应器的工作原理  22-23
    1.5.2 SBR 工艺的影响因素  23-24
    1.5.3 SBR 工艺的特点  24-25
    1.5.4 SBR反应器的应用  25
    1.5.5 SBR反应器的发展  25-26
  1.6 研究对象及研究的和意义  26-27
    1.6.1 研究对象  26-27
    1.6.2 研究目的和意义  27
  1.7 主要研究内容及技术路线  27-29
    1.7.1 研究内容  27-28
    1.7.2 技术路线  28-29
第二章水环境中两种典型PPCPS检测方法的建立  29-37
  2.1 仪器与试剂  29-30
    2.1.1 主要仪器  29
    2.1.2 主要试剂  29-30
  2.2 实验方法  30-31
    2.2.1 标准溶液的配置  30
    2.2.2 样品制备  30-31
  2.3 最大吸收波长的确定  31
  2.4 色谱分析条件  31-32
  2.5 结果与讨论  32-35
    2.5.1 色谱条件的优化  32
    2.5.2 固相萃取条件的优化  32-33
    2.5.3 标准曲线的绘制  33-34
    2.5.4 方法的回收率及精密度  34-35
  2.6 小结  35-37
第三章两种典型PPCPS降解菌的筛选及鉴定  37-47
  3.1 仪器与试剂  37-38
    3.1.1 主要仪器  37
    3.1.2 主要试剂  37
    3.1.3 培养基配方  37-38
  3.2 实验方法  38-40
    3.2.1 典型PPCPs的选择及性质  38-39
    3.2.2 无菌操作  39
    3.2.3 污泥的驯化  39
    3.2.4 降解菌的分离纯化  39-40
    3.2.5 最优降解菌的筛选  40
  3.3 菌种鉴定  40-46
    3.3.1 菌落培养特征  41-42
    3.3.2 生理生化特征  42-43
    3.3.3 16S rDNA鉴定  43-45
    3.3.4 鉴定结果  45-46
    3.3.5 菌种的保存  46
  3.5 小结  46-47
第四章典型PPCPS降解菌的培养条件及降解特性研究  47-59
  4.1 材料与试剂  47
    4.1.1 菌种  47
    4.1.2 仪器与设备  47
    4.1.3 培养基配方  47
  4.2 实验方法  47-49
    4.2.1 菌体浓度的测定  47
    4.2.2 菌体培养条件的建立  47
    4.2.3 降解特性研究  47-48
    4.2.4 降解效率的测定方法  48-49
    4.2.5 菌株降解动力学的建立  49
  4.3 菌株的培养条件  49-52
    4.3.1 温度对菌株生长的影响  49-50
    4.3.2 pH对菌株生长的影响  50-51
    4.3.3 供氧条件对菌株生长的影响  51-52
  4.4 菌株DE7对炔雌醇的降解  52-55
    4.4.1 温度的影响  52-53
    4.4.2 pH值的影响  53
    4.4.3 底物初始浓度的影响  53-54
    4.4.4 最优条件下炔雌醇的降解  54-55
  4.5 菌株DA5对吐纳麝香的降解  55-57
    4.5.1 温度的影响  55-56
    4.5.2 pH值的影响  56-57
    4.5.3 底物初始浓度的影响  57
  4.6 小结  57-59
第五章 SBR池强化实验  59-73
  5.1 材料与试剂  59-60
    5.1.1 实验配水  59-60
    5.1.2 实验所用污泥  60
  5.2 实验方法  60-61
    5.2.1 实验装置及其运行方式  60
    5.2.2 SBR池的启动  60-61
    5.2.3 强化实验  61
  5.3 装置的启动  61-64
    5.3.1 启动期间常规污染物的去除  61-63
    5.3.2 启动期间生物相的分析  63-64
  5.4 稳定运行时SBR池对常规污染物去除效率的影响因素  64-67
    5.4.1 水力停留时间对常规污染物去除率的影响  64-65
    5.4.2 碳氮比对常规污染物去除率的影响  65-67
  5.5 稳定运行时SBR池对两种典型PPCPs去除效率的影响因素  67-71
    5.5.1 水力停留时间的影响  67-70
    5.5.2 碳氮比的影响  70-71
  5.6 小结  71-73
第六章结论与建议  73-77
  6.1 结论  73-75
  6.2 建议  75-77
参考文献  77-83
攻读学位期间的主要学术成果  83-85
致谢  85

城市污水中典型PPCPs高效降解菌的筛选及其降解特性研究

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