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摘 要

生物脱硫是一种能够在普通环境下利用原核生物消除含硫污染物的新技术。具有将含硫污染物转化成为硫单质，用来回收的能力，且其所需要的能量相比于以前的方法大大减少。减少了对大自然的破坏，有利于生态环境的保护^[1]。相对原子质量大于65的金属离子就被人们称做重金属。重金属中毒指的就是由于这些元素或其衍生出来的物质超标导致的毒害作用。因为重金属能够影响细胞正常的的生理代谢功能，抑制其正常呼吸作用，使细胞体内的酶失活，破坏细胞自身的平衡。与游离的分散细胞做对比，采用包埋法对微生物进行固定化的好处可以表达为：细菌可以反复被利用避免浪费，固定后能够为原核生物的繁殖等寻常生理活动提供了足够物理空间，增强细菌对外界不良环境的适应性，确保污染物处理反应体系中有足够的细胞浓度，并且得以加快反应速率。本次实验结果表明，固定化酶采用5％卡拉胶在2.4mg / g（菌重/载体重）制备条件下比较经济实用。在不高的重金属离子条件下，卡拉胶还可以可有效保护脱硫细菌，使它们转化含硫污染物的能力不会被外部环境破坏，同时酶的活性不会降低。该实验在找到适用于脱硫细菌的高活性固定化方法方面具有里程碑意义。

关键词：脱硫菌 生物脱硫 重金属离子 固定化制备

Study on Heavy Metal Tolerance and Immobilization of Thiobacillus denitrificans

Abstract

Biological desulfurization is a new technology that can use prokaryotes to eliminate sulfur-containing pollutants in normal environments. With sulfur-containing pollutants into sulfur element, used to recover. The energy required is also much smaller than the last one. Greatly reduced impact on the environment ^[1].Lead poisoning or other heavy metal elements with relative atomic mass greater than 65 or its compounds. Because heavy metals can make the structure of the protein irreversible changes, thus affecting the function of tissue cells, and thus affect human health. Immobilization includes immobilized enzyme technology and immobilized cell technology. Contrast with scattered cells in vitro. The advantages of immobilization technology can be expressed as: after the fixed for the propagation of prokaryotes and other ordinary physiological activities to provide a sufficient physical space。 ensuring a higher cell concentration in the bioreactor to accelerate the reaction rate and thus higher Of the commonly used microbial immobilization method in general, can be divided into adsorption, covalent bonding, cross-linking .That one embedd four categories. The results showed that using carrageenan 5% with the amount of 2.4mg / g enzyme preparation of immobilized enzyme was more economical and practical. The immobilized enzyme could effectively protect the deuteroside from environmental damage . While the enzyme activity does not decrease. This experiment has a milestone significance in finding a highly active immobilization method suitable for the immobilization of Thiobacillus denitrificans

Key Words: Thiobacillus denitrificans ;Biological desulfurization; Heavy Metal Tolerance; Immobilization preparation

摘 要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 当前环境背景简介 1

1.2 生物脱硫的研究进展 1

1.2.1 国外生物脱硫背景 1

1.2.2国内生物脱硫研究进展及未来探究 2

1.3重金属耐受性实验及固定化 3

1.4 本论文的研究目的及内容 4

1.5研究意义 4

第二章 实验材料 5

2.1实验器材 5

2.2 实验试剂 5

2.3 供试菌株 6

2.4 培养基 6

第三章 实验方法与结果 6

3.1脱氮硫杆菌的表达 6

3.2脱硫菌株生长曲线 7

3.3 脱氮硫杆菌的活力测定 8

3.4 未做处理的脱氮硫杆菌对于金属离子的耐用性。 8

3.5 构建脱氮硫杆菌高效固定体系 9

3.5.1固定化方法筛选 9

3.5.2 固定化载体筛选 10

3.5.3载体浓度对固定化酶的影响 11

3.5.4 固定化与菌株对金属的耐受性实验 12

第四章 结果小结及讨论与展望 13

4.1 结果小结 13

4.2展望 13

参考文献 15

致 谢 18

第一章 前言

1.1 当前环境背景简介

当前烟气除尘、脱硫、脱硝是大气环境保护的三大重点方向。含硫污染物尤其是SO₂、H₂S等对环境造成极大的危害。现在怎么有效降低含硫废气的排放已经被各国政府以及联合国的会议列入首要解决的议题。尘霾天气在我国越来越常见。细颗粒物指数时常超标，人们的正常生活环境受到极大干扰。人们很难再看到湛蓝的天空。全面推进化石能源的清洁化利国利民。为了改善大气质量、缓解一次性资源短缺的制约，还着重强调了燃煤电厂的节能改造要求。可以看出寻求有效并且能立刻应用于集约化的脱硫技术是重中之重。^[2]

1.2 生物脱硫的研究进展

1.2.1 国外生物脱硫背景

以前的脱硫以湿式脱硫和干法脱硫为代表。不过这两种方法存在对能源的依赖，浪费资源。前期建设投入高企。而后面产生的二次废物的处理相当有难度。^[3] 迫切地促使人们寻找高效低能且对环境不容易产生二次污染的新一代脱硫方法。而生物脱硫技术使人们看到了一条与过去不同的路子。生物脱硫（BDS），是在普通环境中使用自养微生物去除含硫污染物，同时回收元素硫的新技术。该技术不仅催化效率高并且对周围环境造成二次污染可能性非常小，还可以回收硫资源。我们需要放弃传统脱硫，改用新一代生物脱硫工艺，使我们的环境免于受到破坏。^[4]

研究生物脱硫技术起源于20世纪30年代左右的国外，其中美国人Maliy率先开始了微生物用于脱硫的研究，于十年后就有关于微生物催化脱硫的第一个专利在美利坚被申请成功了。^[5]紧随其后的又一个十年，又有人首次从废弃的水资源中分离出能够分解去除H₂S气体的氧化硫杆菌。之后又断断续续发现了许多新亚品种。^[6]]。美国Kantachote等人从工厂排放废物中分离出一株H₂S去除率达到86.7%的硫杆菌菌株，并已经证明它可以单纯依靠硫代硫酸钠提供的能量生长繁殖不论有无氧气参与。 ^[7]随着研究深入，人们也进一步对硫氧化微生物的官能团有了认识。

1.2.2国内生物脱硫研究进展及未来探究

国内关于生物脱硫方面的研究，起步比国外晚了快要半个世纪。因此目前大部分还仅局限于实验室小试规模及少量中试试验。距离形成一定可被有效利用的规模工业应用还需要一定时间。^[8]近年来国内也涌现出许许多多关于利用脱氮硫杆菌来抑制微生物的氧化作用会议从发电厂废气中去除硫化氢气体的报道。值得欣慰的是去除受污染水体中的氮盐这一类的应用也随着时间的推移而增加。

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