| 题名 | 基因工程菌和自然菌协同处理有机磷农药废水的研究 |
| 作者 | 谢珊 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘俊新 |
| 关键词 | 基因工程菌 有机磷农药 膜-生物反应器 固定化细胞生物反应器 生物强化 genetically engineered microorganism (GEM) organophosphrous pesticides (OPs) membrane bioreactor (MBR) immobilized cell bioreactor bioaugmentation |
| 其他题名 | Research on Organophosphorus Pesticides Wastewater Treatment with the Cooperation of Genetically Engineered Microorganism and Natural Degradative Bacteria |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 有机磷农药在保护农作物方面发挥了重要的作用，但在其生产过程中，会产生大量含有机磷农药的废水，如不采取有效的处理，会带来严重的环境污染问题。由于有机磷农药废水毒性较大、难生物降解，采用传统生物方法处理时往往需要长时间地驯化微生物种群，或者将废水大量稀释才能达到处理要求。利用基因工程菌强化处理有机磷农药废水，是提高有机磷污染物去除效果的有效途径之一。 本论文对基因工程菌BL21降解有机磷农药甲基对硫磷的特性进行了研究，将基因工程菌与从自然环境中筛选出的高效菌复合，考察了混合菌的协同作用效应。从生物稳定性、生态安全性和技术实用性等方面综合考虑，选择了膜生物反应器（MBR）和固定化细胞生物反应器作为混合菌处理有机磷农药废水的技术系统，分别考察了两种处理系统对有机磷农药的去除效果及控制条件，为有机磷农药废水高效处理技术系统的构建探索了新的途径。 基因工程菌BL21不仅能表面表达有机磷水解酶（OPH），而且能在细胞内部产生绿色荧光蛋白（GFP），研究了该工程菌表达OPH酶和GFP蛋白的情况，分析了工程菌对甲基对硫磷农药的降解特性，以及共代谢碳源、环境因素、农药浓度对基因工程菌降解活性的影响，证实其降解动力学符合酶促反应Monod方程。 由于基因工程菌降解甲基对硫磷会产生有毒的中间产物对硝基苯酚（PNP），为了彻底降解甲基对硫磷，从长期运行的处理甲基对硫磷气体的生物反应器中筛选出了一株能彻底矿化PNP的高效降解菌LL-1，经鉴定该菌为苍白杆菌（Ochrobactrum sp.）。通过批量试验考察了菌LL-1对PNP的降解效果、菌的生长以及降解产物的生成情况，利用工程菌和PNP高效降解菌LL-1协同作用，实现了有机磷农药甲基对硫磷的彻底矿化，并进一步分析了甲基对硫磷的代谢途径。 将基因工程菌、PNP高效降解菌LL-1的降解能力与MBR、固定化细胞生物反应器的工艺优势相结合，分别考察了混合菌在MBR和固定化细胞生物反应器中对实验废水中甲基对硫磷的生物强化去除情况，分析了废水中农药及其中间产物的降解与转化，评价了处理系统对基因工程菌活性保存的影响，以及生态安全性。研究表明，MBR对基因工程菌有很好的截留作用，绝大多数时间里工程菌在出水中的密度均低于10CFU/ml，甚至检测不到，因此，工程菌应用于MBR反应器的生态风险很低。但MBR的膜污染情况比较严重，膜通量较低，基因工程菌和PNP降解菌高负荷、高效率降解有机磷农药的优势不能充分发挥，而固定化细胞生物反应器在一定程度上可以解决这个问题。 以聚乙烯醇（PVA）作为固定化载体，通过比较PVA冷冻固定法和PVA-海藻酸钠包埋固定法中，微生物对甲基对硫磷的降解效果，确定出PVA-海藻酸钠包埋法是适宜的基因工程菌固定化方法。采用PVA-海藻酸钠法将基因工程菌和PNP降解菌LL-1进行共固定，用正交实验确定出最佳的固定化参数和条件，并与悬浮混合菌细胞的实验结果进行比较，分析了固定化前后微生物降解活性的变化。将固定化细胞应用于连续运行生物反应器，获得了稳定、高效的甲基对硫磷去除效果。固定化细胞能够耐受较高的进水负荷，当HRT由12h逐渐缩短至6h时，甲基对硫磷的最大去除负荷可以达到4.80 mg/(L·h)，甲基对硫磷出水浓度基本维持在6.0 mg/L以下，平均去除率为86.5%。反应器长期运行阶段，出水中工程菌密度在103-104 CFU/ml，流失后在环境中存活时间较短，生态风险较低。 从受污染土壤中分离到了一株约氏不动杆菌（Acinetobacter johnsonii）MA19，该菌能够在琥珀酸钠或者乙酸钠存在的条件下，以共代谢的方式高效地降解马拉硫磷和乐果，弥补了基因工程菌不能降解二硫代磷酸酯类农药马拉硫磷和乐果的缺陷。通过不同外碳源对菌MA19降解马拉硫磷的影响的研究，选择出了适宜的共代谢生长底物及投加比例。研究表明，菌MA19降解马拉硫磷的过程符合零级反应动力学。利用基因工程菌和菌MA19的协同代谢作用，能够有效地去除废水中多种类型的有机磷农药，为有机磷农药废水的处理提出了一种新方法。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 公开日期 | 2010-05-25 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/190]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_水污染控制实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 谢珊. 基因工程菌和自然菌协同处理有机磷农药废水的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
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