甲基叔丁基醚的生物降解机理与微生物在地下水中的迁移

摘要

甲基叔丁基醚(Methyl ter-Butyl Ether，MTBE)作为一种汽油添加剂，广泛应用到汽油当中，其对土壤地下水环境造成的危害已引起人们的高度重视。生物修复是一种MTBE有效去除的环境治理技术。本论文在获得MTBE高效降解菌株的基础上，系统深入地研究了MTBE的降解特性、降解机理及生物修复中微生物的迁移规律。 本文从MTBE污染场地中筛选获得优势降解菌株A-3，经鉴定该菌株为Chryseobacterium sp.细菌，该菌株的获得为MTBE的降解提供了新的菌源。在此基础上，研究了该菌株降解MTBE的最佳环境条件如温度、pH值、接种量、溶解氧以及底物浓度等；通过比较Chryseobacterium spA-3在葡萄糖和MTBE为碳源培养基中的生长情况，分析了菌株在MTBE中生长缓慢的原因；并进行了MTBE生物降解的矿化率实验来解释该分离菌对MTBE的降解能力。 为了更深入了解MTBE的降解机理，采用SPM-GC-MS方法对生物降解MTBE的中间产物进行了检测。研究了中间产物TBA对MTBE降解的影响，分析了生物降解MTBE与TBA过程中关键酶系的异同。粗蛋白SDS-PAGE分析结果表明MTBE与TBA诱导出均有7条相同蛋白带的细胞蛋白图谱。降解质粒的提取与消除实验证实MTBE的降解基因存在于染色体上而非质粒上。 为了进一步提高MTBE的生物降解能力，研究了环状糊精对MTBE生物降解的促进作用。通过非烷烃物质对MTBE共代谢的研究得出，适当浓度的丙三醇能够有效共代谢MTBE。这些都为MTBE的去除提供了新的方案。另外还考察了该菌的环境适应性以及环境中BTEX对MTBE降解的影响。 为了使生物修复更好地应用于现场，研究了微生物在土壤地下水环境中的迁移规律及影响因素。对微生物的吸附过程提出了吸附双过程模型，对模型进行了实验验证并考察了流速与微生物浓度对吸附过程的影响。在此基础上，以污染物作为限制底物，综合考虑了降解菌的吸附、解析、生长、衰亡以及底物的迁移转化，建立了迁移规律理论模型。应用此模型描述了微生物在生物修复中的迁移过程，比较了微生物与污染物的迁移特点。

目录

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声明

前言

第一章文献综述

1.1 MTBE的污染与修复

1.1.1 MTBE的应用及危害

1.1.2 MTBE的污染状况

1.1.3 MTBE修复技术研究

1.2微生物降解MTBE研究进展

1.2.1 降解MFBE的微生物

1.2.2微生物对MTBE的降解机理

1.2.3 MTBE污染现场微生物修复研究

1.3土壤地下水环境中微生物的迁移

1.3.1 影响微生物在多孔介质中迁移的因素

1.3.2微生物迁移的实验研究

1.3.3微生物迁移数学模型的研究

1.4本文的主要研究内容

第二章MTBE降解优势菌的驯化分离及鉴定

2.1优势茵的驯化

2.1.1 驯化方案与分析方法

2.1.2不同来源土壤降解潜力的比较

2.1.3 混菌驯化前后降解能力的比较

2.2降解菌的分离纯化

2.2.1 降解单菌的分离纯化

2.2.2单一菌株与混合菌株降解MTBE能力的比较

2.3高效降解单菌A-3的鉴定

2.3.1 菌A-3个体形态电镜分析

2.3.2菌A-3 Biolog鉴定

2.3.3菌A-3生理生化鉴定

2.3.4菌A-3 16SrDNA分子牛物学鉴定

2.4本章小节

第三章微生物降解MTBE影响因素与降解机理初探

3.1微生物降解MTBE影响因素的研究

3.1.1 温度对微生物降解MTBE的影响

3.1.2 pH值对微生物降解MTBE的影响

3.1.3接种量对微牛物降解MTBE的影响

3.1.4溶解氧对微生物降解MTBE的影响

3.1.5底物浓度对微生物降解MTBE的影响

3.2微牛物降解MTBE过程中微牛物牛长的情况

3.3微生物降解MTBE矿化率的研究

3.4 MTBE降解过程中间产物的检测

3.4.1 中间产物检测方法的确定

3.4.2 降解中间产物的鉴定

3.5中间产物TBA对MTBE降解能力的影响

3.5.1 添加TBA对MTBE降解能力的影响

3.5.2菌株对TBA与MTBE的降解比较

3.6菌株A-3降解MTBE酶系的研究

3.6.1 实验方法

3.6.2实验结果与讨论

3.7高效降解菌株降解质粒的研究

3.7.1 降解质粒的提取

3.7.2 降解质粒的消除实验

3.8本章小结

第四章MTBE生物降解性能的强化及菌株环境适应性研究

4.1 MTBE生物降解性能的强化研究

4.1.1 酵母膏的强化作用

4.1.2钴离子的强化作用

4.1.3 H2O2对MTBE生物降解性能的强化

4.1.4 环状糊精对MTBE生物降解性能的强化

4.1.5 MTBE共代谢研究

4.2菌株环境适应性研究

4.2.1 菌株对环境中典型烷烃、芳香烃等污染物的利用能力

4.2.2环境中BTEX与MTBE共存时的降解性能研究

4.2.3环境中典型有机酸或有机醇与MTBE共存时的降解研究

4.3本章小结

第五章微生物迁移过程数学模型及基本参数测定

5.1迁移过程的控制方程

5.1.1 模型基本假定

5.1.2组分质量守恒方程

5.2微生物迁移基本模型参数的描述及实验测定

5.2.1 土壤渗透率和水力传导系数

5.2.2吸附参数的确定

5.2.3微生物有效扩散系数的测定

5.2.4微生物生长项参数的测定和拟合

5.3本章小节

第六章微生物迁移过程实验研究及数学模拟

6.1无生长衰亡项微生物迁移过程实验与理论模型

6.1.1 实验装置和实验流程

6.1.2实验体系和模型参数

6.1.3理论模型描述

6.1.4模型的数值求解

6.1.5模型结果与讨论

6.2考虑生长衰亡项微生物迁移的实验及数值模拟研究

6.2.1 实验装置与流程

6.2.2实验体系和模型参数

6.2.3理论模型描述

6.2.4模拟结果与讨论

6.3本章小节

第七章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢