好氧生物降解壬基酚及其动力学研究

论文摘要

壬基酚是烷基酚类化合物中最具代表性的环境激素类污染物之一。因其需求量大，使用范围广，毒性强，对人类和动物产生了巨大的威胁。本论文研究了壬基酚在好氧生物降解过程中的特性，降解机理以及菌株在实验模拟土壤环境下的生物修复作用，旨在揭示壬基酚的生物降解规律，为壬基酚污染的生物防治提供理论依据和参考数据。本工作利用热带假丝酵母菌、红酵母菌、丝孢酵母菌三种菌株分别进行壬基酚降解实验，证实三种菌株均能降解壬基酚。分别研究温度、pH值、摇床转速、氮源等因素对各菌株生长及壬基酚降解活性的影响，确定最佳的反应条件为：28℃，pH=6，摇床转速150rpm，氮源为有机类氮源。在外加碳源和壬基酚共基质的体系中，菌株的生长速率明显加快，但壬基酚的降解率变化幅度不大。随着壬基酚浓度的增加，单一菌株和混合菌株的降解活性均受到抑制；三种菌株对壬基酚的耐受浓度分别为110、160、110mg/L。在低底物浓度下（022mg/L）混合菌未表现出明显的降解优势，但在浓度较高（22110mg/L）时，混合菌降解速率较单一菌大。实验结果表明混合菌有利于较高浓度壬基酚的降解。采用分批培养方式分别对三种菌株和混合菌进行细胞生长动力学研究。研究表明壬基酚的生物降解属底物抑制过程；所得模型Aiba、Haldane可以较好地描述单一菌株和混合菌株在降解壬基酚时的反应动力学。通过液相色谱-质谱联用研究了壬基酚生物降解的可能途径，发现壬基酚的中间产物为1,2,4-三羟基苯基-3,6-二甲基庚基醚，推测红酵母菌对壬基酚的降解遵循苯环氧化的途径。壬基酚在土壤中的污染已成为环境保护领域关注的重点。本工作研究了红酵母菌对受壬基酚污染土壤的生物修复能力。当壬基酚浓度为11mg/kg（干土）时，投加红酵母菌可以明显提高壬基酚的降解速率，原土中壬基酚污染物的半衰期由33.3d缩短到2.07d，但在浓度较高时（44mg/kg干土）时，红酵母菌受到抑制。实验表明红酵母菌较适用于受中低浓度壬基酚污染土壤的原位生物修复工作。因此，本工作中选用的热带假丝酵母菌、红酵母菌、丝孢酵母菌均能降解壬基酚。其中红酵母菌是环境友好型微生物，适用于受壬基酚污染土壤的原位生物修复，在实际应用中具有广阔的潜在价值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 环境激素
• 1.1.1 种类及作用机理
• 1.1.2 环境激素的危害
• 1.2 壬基酚
• 1.2.1 壬基酚的理化性质
• 1.2.2 壬基酚对环境的危害
• 1.2.3 环境中壬基酚的主要来源及污染状况
• 1.2.4 壬基酚的去除方法
• 1.3 研究目的及意义
• 1.4 研究内容和创新点
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 课题创新点
• 第二章 壬基酚生物降解特性
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 温度的影响
• 2.2.2 pH 值的影响
• 2.2.3 摇床转速的影响
• 2.2.4 氮源类型对壬基酚降解的影响
• 2.2.5 易利用碳源对壬基酚降解的影响
• 2.2.6 壬基酚初始浓度对单一菌株降解效果的影响
• 2.2.7 壬基酚初始浓度对混合菌降解效果的影响
• 2.3 小结
• 第三章 壬基酚降解动力学
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 生化反应动力学模型
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 单一菌株的生长动力学
• 3.2.2 混合菌株的生长动力学
• 3.3 小结
• 第四章 红酵母菌对壬基酚降解途径初探
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.2 小结
• 第五章 生物修复受壬基酚污染土壤研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 土样的理化性质
• 5.2.2 土样中壬基酚回收实验
• 5.2.3 红酵母菌对土壤中壬基酚的降解效果
• 5.2.4 红酵母菌对土壤中不同初始浓度壬基酚的处理
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历