麦芽糖假丝酵母降解4-氯酚的特性及动力学研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文麦芽糖假丝酵母降解4-氯酚的特性及动力学研究摘要在科技不断发展和工业化进程逐渐加快的过程中，大量工业废水未经处理直接排入水体，产生了严重的水体污染，对水生生物的生存与繁殖造成了巨大的危害。含酚废水是各类废水中最为典型的一类，它来源广泛、对环境危害大、排放量极多，含有多种类型的酚类化合物，其中，苯酚和4-氯酚是最具代表性的一元酚化合物，且是环境研究领域的重点。利用微生物处理上述含酚废水，不仅投资少、处理效率高，而且可以为今后酚类污染物高效生物降解工艺的开发和反应器的设计提供一定的理论指导。本文采用从太

2、原市煤气化第二焦化厂的活性污泥中分离到的麦芽糖假丝酵母为研究对象，考察其降解4-氯酚的最佳条件（接种量5%，温度30℃，pH值6.0，200r/min摇床），在此最佳条件下，菌株降解4-氯酚的能力最大可达350mg/L。通过对4-氯酚降解过程中酶活分析，发现4-氯酚可诱导该菌合成邻苯二酚1,2-双加氧酶，初步推断麦芽糖假丝酵母降解4-氯酚遵循邻位裂解途径。此外，研究发现，邻苯二酚1,2-双加氧酶在温度30℃、pH为6.0的条件下，比活力最大。应用Haldane模型在0～350mg/L4-氯酚浓度范围内对麦芽糖假丝酵母降解4-氯酚

3、过程中的细胞生长情况进行研究，经Matlab软件拟合得到方程-12各参数：μmax=0.252h，Ks=33.58mg/L，Ki=147.44mg/L，相关系数R=0.99，模拟数值与实验数据拟合良好。通过对实验所得4-氯酚比降解速率与细胞比生长速率进行线性回归，得到麦芽糖假丝酵母降解4-氯酚的底物降解动I太原理工大学硕士研究生学位论文2力学方程：μs=0.834μx+0.045（R=0.98）。研究苯酚与4-氯酚双底物降解体系中二者之间的相互影响，发现较低浓度苯酚（200～400mg/L）的存在可以促进4-氯酚的降解，而较高浓

4、度的苯酚会产生抑制作用，在300mg/L苯酚浓度下，4-氯酚降解速率达到最大；4-氯酚的存在会抑制苯酚的降解，且随着4-氯酚初始浓度的增大，苯酚降解速率逐渐降低。探究苯酚/4-氯酚双底物降解体系中苯酚对4-氯酚降解影响的机理，发现苯酚对4-氯酚的降解具有促进和抑制两方面的作用：一方面，苯酚可以像葡萄糖一样为菌体提供碳源和能量，相比4-氯酚更容易被细胞利用，使细胞快速繁殖，从而加快对4-氯酚的降解；其次，从代谢途径考虑，4-氯酚的降解与苯酚表现出极大的相似性，其代谢过程中前两个环节所需的酶与苯酚代谢所需的酶相同，因而经苯酚驯化后，

5、细胞内所具有的高效的酶活性可以加速新的培养基中细胞的代谢，使细胞更快地摆脱延滞期进入对数生长期，进而促进4-氯酚的降解；另一方面，苯酚作为有毒化合物会抑制细胞生长，降低细胞代谢活性，使其对4-氯酚的利用能力降低。在苯酚/4-氯酚双底物降解体系中，苯酚的促进和抑制作用同时存在，二者强弱随苯酚浓度的变化而变化，导致了不同的4-氯酚降解速率，在300mg/L苯酚浓度下，两种作用之间达到最佳平衡，4-氯酚的降解速率最高。采用Abuhamed等提出的方程对麦芽糖假丝酵母在不同浓度苯酚/4-氯酚双底物降解体系中的细胞生长动力学进行研究，应用

6、Matlab软件将实验所得的多个细胞比生长速率与其对应的苯酚、4-氯酚浓度进行非线性最小二乘曲面拟合，得到方程中的两个相互抑制参数分别为：I1,2=1.71，I2,1=3.25，II太原理工大学硕士研究生学位论文2相关系数R=0.93。关键词：麦芽糖假丝酵母，4-氯酚降解，酶活，动力学，苯酚，双底物降解III太原理工大学硕士研究生学位论文BIODEGRADATIONCHARACTERISTICSOF4-CHLOROPHENOLBYCANDIDAMALTOSAANDKINETICSSTUDYABSTRACTWiththesucce

7、ssiveprogressofscienceandtechnologyaswellasthegraduallyacceleratedindustrializationprocess,aseriesofuntreatedindustrialwastewaterwentdirectlyintothewater,whichcausedwaterpollutionandbroughtseriousdamagetothesurvivalofaquaticorganismsanditsreproduction.Phenolicwastewa

8、terisakindoftypicalwastewaterwithwiderangeofsources,bigriskandmoreemissions.Besides,phenolicwastewatercontainsvarioustypesofphenoli