生化需氧量传感器生物膜电极的初步研究(编辑修改稿)

生化需氧量传感器生物膜电极的初步研究(编辑修改稿)内容摘要：

和适用范围广的新方法来测定 BOD， 因此生物传感器监测 BOD 的技术和方法应运而生 ， 与传统的标准稀释测定法通过绝对耗氧量计算 BOD 不同 ， 生物传琼州学院本科 生 毕业论文 2 感器测定 BOD 只涉及到初始氧化速率 ， 两者之间的相关性可以通过对标准溶液的测 定获得， 这就可以将测定时 间 缩短到 lh 以内。 1977 年 ， Kurabe 等研制了第一 台 BOD 微生物传感器 [8], 它由固定化活性污泥与氧电极构成 , 仅几十分钟就可完成 BOD 测量 , 大大减少了 BOD 的分析时间 , 降低了分析成本 , 实现了 BOD快速测 定。 Kurabe 最初研制的传感器寿命仅有 10 天 ， 后改用多孔醋酸纤维膜固定酵母细胞制成 的微生物传感器， 可连续使用 17 天。 Strand 等 (1984)[9]研制 BOD 传感器 ,用于城市污水测定 ,成功工作了 20 多天，后来在微生物、 换能器 、 测量原理方面有了许多改进 ， 出现了各种各样的 BOD 传感器 , 我们国家在 20 世纪 80年代起也有一批学者进行着不断地研究和探索。 如河北科技大学的孙裕生 [3]。 复旦大学的邓家棋 [4]。 天津环境监测中心的魏恩棋 [5]等人均发表过 BOD 微生物传感器的研究论文。 日本在世界上率先研制成以微生物电极 为传感器的工业快速BOD 测定仪 ,并于 1990 年颁布了微生物电极法工业标准 （ JISK36021990） [6]。 我国也于 2020 年颁布了该方法的行业标准 （ HJ/T86） [7], 为该类仪器的市场准入制定了工作标准。 随着研究的不断深入 ， 不同的 BOD 快速检测仪问世 ， 在一定程度上弥补了传统方法测定水中 BOD 的不足 ， 并逐渐出现了可用于测定废水中BOD 值的生物传感器和适于现场测定的便携式测定仪。 随着 BOD 决速测定研究的不断深入 ， 还有研究发现 BODst(快速 BOD 测定值 )还可作为在线监测生物处理过程的一个重要参数 ， 因此 ， 生物传感器监测 BOD 对于水质的实时在线监测以及提高水质污染的监测水平和废水处理过程的控制水平 ， 均有十分重要的意义。 对 BOD 决速测定仪的研究也成为水质检测科技发展的方向。 至今 ， 普通废水 BOD 传感器已经相对成熟 ， 并己市场化 ， 但选择不同的微生物膜 ， 适宜的仪器及适宜的分析条件 ， 一直是环境监测者竞相探讨的重点问题 [16]。 课题研究的目的和意义 生物传感器缩短了水体 BOD 测定周期，节省了人力、物力、财力，具有高选择性，高灵敏度，较好的稳定性，低成本特点。 更重要的是能及时为管理和决策部门为掌握地表水，工业废水和 生活污水排放现状（尤其是污染事故的发生）提供科学决策的依据，同时也为工业企业污水治理，污水处理厂的污水治理工艺设计、控制、处理效率及时提供参数。 可以预见，该仪器的完善。 成功研制将带琼州学院本科 生 毕业论文 3 来较大的环境效益和社会效益 ,将会成为最具潜力的环境监测工具。 而微生物膜是 微生物传感器 的核心部分 ， 所选用的菌株种类 、 数量及其固定化方法决定了 微生物传感器 的响应特性和使用寿命 ， 因此高效微生物膜的制备是研究的重点[]。 本课题组主要对目前 微生物传感器 中微生物膜制备这一核心技术进行研究 ，旨在确定微生物膜制作的适宜菌种。 固定化方法 及材料 ， 确定切实可行的微生物膜制备 工艺 ， 以得到性能稳定 、 活化周期短 、 对待测溶液浓度变化适应性强。 使用寿命长的微生物膜 ， 满足 微生物传感器 的使用。 课题 研究 的 内容 本研究首次从三亚近海养殖水体污染严重的水域分离纯化到三株耐盐、耐高压的海洋酵母菌，通过相关理化实验、发酵谱和碳源同化谱 The Yeast, A Taxonomic study (Kurtzman amp。 Fell, 2020)书中的标准菌株进行比对，初步确认获得的三株海洋酵母菌为 Debaryomyces hansenii HXY09, Pichiaguiller mondii HXY04 和 Candida parapsilosis HXY06[4]。 进一步采用夹膜法将上述三株目标菌株玻璃纤维滤纸直接固定化制备成微生物膜，安装于 Clark 溶氧电极初步构建近海养殖水体 BOD 微生物传感系统，分析了各种因素对传感系统的响应特性的影响，优化了传感器的监测条件，为实现近海水体 BOD 测定的数据处理自动化控制奠定基础。 琼州学院本科生毕业论文 4 第二章 实验材料和方法 材料 菌种与来源 酵母菌 Debaryomyces hansenii HXY09， Pichia guilliermondii HXY04 和Candida parapsilosis HXY06 三株菌分别以高分子有机污染物 为 唯一碳源，从海南省三亚海宝近海养殖专业合作社养殖场 （ 拐点坐标（ N=18176。 14′″，E=109176。 21′″）水面下约 m） 中 多轮 分离筛选 获得 （具体筛选和鉴定实验另见文章报道）。 培养基 酵母菌培养基：葡萄糖 10g/L、胰蛋白胨 5 g/L、酵母膏 g/L、 (NH4)2HPO4 10g/L、 KH2PO4 20 g/L、 、 g/L，海水配制， 8磅 15 min灭菌。 试剂和仪器 聚乙烯醇 (PVA1799 177。 50)、氧气 (%) 由三亚市人民医院提供，其它化学试剂均为国产分析纯； GC9800 型气相色谱仪购自上海科创色谱有限公司，Pasco CI6542溶解氧传感器和 Science Workshop 500 数据处理系统（ Pasco Scientific, Roseville, CA）， Potentiostat/Galvanostat 283 A型电化学测试系统， M 270数据处理软件， TGL16G型台式离心机购自上海安亭科学仪器厂 [14]。 海洋酵母活菌总数与生长周期 [10] 无菌操作取事先已灭菌的 15 cm玻璃试管 8支，依次编号 1~8号，分别加入 9 mL灭菌空白培养基，用 1mL的无菌微量移液器吸取 Debaryomyces hansenii HXY09菌悬液，沿试管壁缓慢注于盛有 9mL空白培养基的 1号管中（注意吸头尖琼州学院本科生毕业论文 5 端不要触及稀释液面），用涡旋式振荡器（德国， Heidolph）充分混合均 匀，制成 10倍稀释的发酵液， 按照上一步骤的操作方法，依次制备 10倍系列稀释的 28号管，每递增稀释 1 次换用 1支无菌吸头 ； 从 58号管中各取 mL 稀释液入固体培养基中，用经火焰灭菌的玻璃棒涂抹均匀，每个稀释度做 2个平皿。 同时分别吸取 mL 空白培养基入 2个 无菌 平皿 内作空白对照。 选取菌落数在 30300 CFU（ ColonyForming Units，菌落计数单位 ）之间、无蔓延菌落生长的平板计算菌落总数。 低于 30 CFU的平板 可 记录具体菌落数，大于 300 CFU的平板记录为多不可计。 每个稀释 度的菌落数 可以 取 2个平板的平均数 ， 若只有一个稀释度平板上的菌落数在适宜计数范围内，计算 2个平板菌落数的平均值，用平均值乘以相应稀释倍数后再乘以 5，作为每毫升发酵液中活菌总数结果。 若有 2个连续稀释度的平板菌落数在适宜计数范围内时， 则按下式计算，N=∑C/(n1+) 5d。 式中： N为活菌总数， ∑C为平板（含适宜范围菌落数）菌落数之和， n1为第一稀释度（低稀释倍数）平板个数， n2为第二稀释度（高稀释倍数）平板个数， d为稀释倍数（第一稀释度）。 并以菌株的培养时间为横坐标，以菌株的生长速率为纵坐标作图，既得 该菌株的生长曲线。 BOD 标准溶液的配制 实验采用的标准溶液为 GGA溶液 [8]， 即： 150 mg/L谷氨酸和 150 mg/L葡萄糖，15 mg/L KH2PO4 ， 30 mg/L (NH4)2SO4 ， 50 mg/L MgSO4 .7H2O， mg/LCaCl2， mg/L ， mg/L ， 105 mg/L NaHCO3， 10 mL/L 微量元素。 微量元素成分为 ： g/L 氨三乙酸 , g/L FeSO4 .7H2O, g/L，, g/L CoCl2 .6H2O, g/L CaCl2 .2H2O, g/L ZnCl2 , g/L CuCl2 .2H2O, g/L H3BO3 , g/L。