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本文以筛选驯化得到的高效石油降解菌为菌源,选用可自然降解的、无害的秸秆材料做载体材料,采用吸附法制备固定化微生物;考察了温度、固定化微生物接种量、原油浓度、pH等因素对石油降解三个主要过程(吸附、运输、降解)的影响,并采用响应面法对三个过程进行优化分析,在最优条件下进行动力学研究,了解固定化微生物降解石油污染物的过程,初步揭示固定化微生物降解石油规律,主要研究结果如下:
筛选驯化后确定SJ-1号菌株降解效果最好,降解率27%,经过生理生化试验初步鉴定,菌株SJ-1为假单胞菌属;通过考察吸菌量和7d降解率,选择CL-2作为固定化载体材料;采用吸附法制备的固定化微生物所含菌体数量为2.925×1012个/g,即1.0g固定化微生物相当于3.1mL游离菌液所含生物量。
利用响应面优化软件Design-Expert8.05进行Box-Behnken Design(BBD)实验设计,通过响应面实验,分别以石油吸附率、石油运输量和石油降解率为响应值,建立了pH、原油浓度、接种量、温度等因素和响应值之间的数学模型,模型回归效果均显著,可以用来预测固定化微生物对石油的吸附率、运输量和降解率。
固定化微生物与游离微生物相比,吸附量大幅度提高,固定化载体材料在吸附过程中发挥了主要作用;固定化微生物与载体材料的吸附特性近似保持一致,但由于固定化微生物在制作过程中,细菌的吸附造成孔结构数量减小,吸附能力下降,而且微生物以材料中的有机物质作为营养物质,导致材料表面损失,造成固定化微生物与固定化载体相比,吸附容量下降。
固定化载体材料对石油的吸附作用,阻碍了微生物与石油的接触,造成固定化微生物运输石油速度缓慢;有机载体材料对石油的吸附,能对石油起到更好的分散作用,有利于微生物对石油的摄取运输,所以无论在最高点,还是达到平衡后,固定化微生物运输石油量都大于游离微生物的运输量。
微生物对石油的吸附和运输过程都较快,对石油的降解影响较小,影响石油降解速率和程度的关键过程是生物降解过程;固定化微生物对石油污染物的降解具有更强的生物活性,更好的降解效果。在最佳降解条件下,固定化微生物和游离微生物降解过程符合一级动力学,且微生物固定化后降解速度是游离微生物的3.67倍。