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NERC0401菌及其固定化细胞对MTBE的降解研究

作　者: 苏晓叶
导　师: 韩振为
学　校: 天津大学
专　业: 生物化工
关键词: MTBE 菌株NERC0401 固定化乙醇无泡供氧固定床生物反应器
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

甲基叔丁基醚(methyl tert-butyl ether,MTBE)作为一种汽油添加剂被许多国家广泛的应用于无铅汽油中。MTBE是一种溶解性、挥发性有机物,在环境中具有持久性,对生物的毒性很强,并且具有致癌性和致突变性。MTBE的广泛应用,使其成为地下水及地表水中广泛存在的污染物。由于MTBE的自然衰减速度很慢,必须通过物理化学或生物技术修复。近年来随着MTBE降解菌株的发现,MTBE微生物降解技术倍受关注。本文通过考察MTBE的好氧生物降解行为,来研究生物技术修复MTBE污染地下水的可行性。将被石化产品污染土壤中的土著微生物进行培养驯化,分离纯化得到一株降解MTBE的菌株NERC0401,根据菌株形态特征和16S rDNA测序结果,初步鉴定为产酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca)。它的较佳好氧降解条件为:接种量20%,pH 7.0-8.0,温度25-32℃。实验研究了固定化技术对微生物降解性能的影响。以海藻酸钙和聚乙烯醇(PVA)为载体固定微生物,研究表明海藻酸钙固定化细胞活性高于PVA固定化细胞。在海藻酸钠浓度为2%,氯化钙浓度为2%,活性炭浓度为0.5%,粒径为1.50 mm条件下,固定化细胞具有较好的活性、机械强度及传质性能。与游离态菌相比,反应温度、pH值、MTBE初始浓度都有较宽的适应范围,MTBE的去除效率较高。研究还发现乙醇与MTBE共存时,乙醇对MTBE的降解有明显的促进作用。初始溶解氧的增大会增强对MTBE的降解去除效果。采用无泡供氧技术供氧的废水溶解氧高于传统曝气头供氧废水,曝气效率高,促进了生物降解。MTBE浓度约为60 ppm时,利用无泡供氧装置充氧的废水14天的MTBE的去除率为62.9%,而普通曝气头供氧的废水只达到55.4%。将无泡供氧装置与固定床生物反应器组合,建立一套无泡曝气膜生物反应器,考察了这套装置对MTBE的降解效果,建立了固定床生物反应器的拟均相一维模型,得到固定床生物反应器的设计方程,为今后的相关研究提供了一定的依据和参考。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
前言  8-9
第一章文献综述  9-25
  1.1 石油及其产品的污染现状  9
  1.2 甲基叔丁基醚的来源、污染及治理方法  9-17
    1.2.1 甲基叔丁基醚的来源  9-10
    1.2.2 甲基叔丁基醚的理化性质及环境化学行为  10-11
    1.2.3 甲基叔丁基醚的污染现状及危害  11-12
    1.2.4 甲基叔丁基醚的禁用及其替代物研究  12
    1.2.5 甲基叔丁基醚的去除技术  12-17
  1.3 生物降解去除MTBE技术  17-21
    1.3.1 MTBE降解菌株  17-18
    1.3.2 微生物降解MTBE的影响因素  18-20
    1.3.3 生物强化法去除MTBE的方法  20-21
  1.4 MABR技术  21-23
    1.4.1 无泡供氧技术  21-22
    1.4.2 MABR的原理与特点  22
    1.4.3 MABR的应用研究  22-23
  1.5 本课题的研究内容及意义  23-25
第二章 MTBE降解菌的驯化、筛选鉴定及降解性能研究  25-41
  2.1 材料与方法  25-30
    2.1.1 实验仪器及试剂  25
    2.1.2 培养基及灭菌  25-26
    2.1.3 实验装置  26-28
    2.1.4 分析方法  28
    2.1.5 实验方法  28-30
  2.2 标准曲线  30-31
  2.3 实验结果与讨论  31-37
    2.3.1 微生物的富集与驯化  31
    2.3.2 菌种分离  31-32
    2.3.3 菌种鉴定结果  32
    2.3.4 菌种对MTBE降解能力的考察  32-33
    2.3.5 菌种降解条件的优化  33-37
  2.4 微生物降解模型参数拟和  37-40
    2.4.1 Monod模型  37-38
    2.4.2 实验拟合结果  38-40
  2.5 本章小结  40-41
第三章固定化微生物技术去除MTBE的研究  41-58
  3.1 材料与方法  41-43
    3.1.1 实验试剂与菌种  41-42
    3.1.2 固定化细胞的制备  42
    3.1.3 实验方法  42-43
  3.2 结果与讨论  43-56
    3.2.1 固定化载体的选择  43
    3.2.2 海藻酸钠固定化微生物  43-46
    3.2.3 固定化方法的改进  46-48
    3.2.4 聚乙烯醇－海藻酸钠固定化微生物  48-50
    3.2.5 不同包埋方式的比较  50-51
    3.2.6 扫描电镜  51-52
    3.2.7 固定化微生物的降解条件  52-54
    3.2.8 共存有机物对MTBE代谢影响研究  54-56
  3.3 本章小结  56-58
第四章无泡曝气膜生物反应器的研究  58-70
  4.1 实验方案  58-61
    4.1.1 实验体系  58-59
    4.1.2 实验装置及过程  59-60
    4.1.3 实验方法  60-61
  4.2 无泡供氧实验  61-63
    4.2.1 泡点压力的确定  61
    4.2.2 充氧效果研究  61-62
    4.2.3 供氧技术对MTBE降解影响的比较  62-63
  4.3 固定床生物反应器的研究  63-66
    4.3.1 废水充氧阶段  63-64
    4.3.2 MTBE去除效果  64
    4.3.3 停留时间的确定  64-66
    4.3.4 反应器有效孔隙系数的测定  66
  4.4 固定床生物反应器模型  66-69
    4.4.1 拟均相一维假设  66-67
    4.4.2 方程推导  67-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章结论与展望  70-72
  5.1 结论  70-71
  5.2 展望  71-72
参考文献  72-78
附录  78-81
发表论文和科研情况说明  81-82
致谢  82

NERC0401菌及其固定化细胞对MTBE的降解研究

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