1、 2013 年度本科生毕业论文生化需氧量传感器生物膜电极的初步研究学 院 ： 理工学院 专 业： 环境工程 年 级： 2009 级 学生姓名： 刘永福 学 号： 09222069 导师及职称： 胡锐(讲师) 2013 年 5 月Study on efficient microbial membrancewith marine yeast applied in BOD sensor for fishery seawater off shoreDepartment: School of Sicence and TechnologyMajor: Environment EngineeringGrad
2、e: 2009Students Name: Yongfu Liu Student No.: 09222069 Tutor: Lecturer Rui Hu Finished by May, 2013毕业论文原创性声明本人所呈交的毕业论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日期： 毕业论文授权使用说明本论文作者完全了解琼州学院有关保留、使用毕业论文的规定，学校有权保留论文并向相关部门送交论文的电子版和纸质版。有权
3、将论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文的全部或部分内容。保密的论文在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 刘永福 毕业论文答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名 职称 单位 备注秦玉春 教授 理工学院 主席（组长）李丽蓉 讲师 理工学院薛长风 副教授 理工学院王玉杰 讲师 理工学院琼州学院本科生毕业论文 摘 要生化需氧量(BOD)是监测水体中可生物降解的有机物含量的一个重要参数,是目前最常用的水体有机污染综合指标之一。其标准测定方法为五日法,以被检验的水样在 201下,5 天内的耗氧量为代表,称其为 5 日生化需氧量,简称BOD5。但
4、该方法操作较复杂,耗时长,结果准确度及重现性差,无法满足当前环境监测中快速测定的要求。而日益得到广泛应用的微生物传感器法能够快速、准确测定水体中 BOD,并可实现在线连续测定,更加适应于现代环境监测和管理的要求。本文阐述了 BOD 微生物传感器技术的研究进展及应用。分析了微生物传感器的工作原理及其在水质测定中的优点,重点研究了其核心部分微生物膜的研究现状以及制备过程中存在的问题。针对微生物膜的研究现状,以菌种选育和固定化方法的选择作为本次实验研究的重点。本文综述了微生物固定化方法在各类废水处理中的研究现状,对固定化方法进行了分类,并对其性能作了比较。通过比较三种微生物膜电极的底物适用范围、线性
5、范围及其测量结果的准度和精密度，选择了对数生长期的汉逊德巴利海洋酵母 Debaryomyces hanseniiHXY-09 构建的微生物膜电极作为实验所用电极。进一步对近海养殖水体 BOD含量的检测结果有显著影响的待测样品底液 pH、电极工作温度和底液离子浓度3 个因素为自变量，以传感器的响应电流为响应值，研究了外部检测条件的变化对实验结果的影响，为该复合功能菌群进一步研究近海养殖水体 BOD 传感器奠定基础。关键词：生化需氧量；微生物膜；微生物固定化；微生物传感器；溶氧电极琼州学院本科生毕业论文 ABSTRACTBiochemical oxygen demand (BOD) is an i
6、mportant parameter of the organic matter content of biodegradable monitoring in water, is one of the comprehensive index of organic pollution in water is the most commonly used at present. The standard determination method for five days, to water samples tested at 20 1 , oxygen consumption of 5 days
7、 as the representative, called the 5 day biochemical oxygen demand, referred to as BOD5. But the method is complicated, time-consuming, accuracy and reproducibility is poor, unable to meet the rapid determination of present environmental monitoring requirements. It has been widely used in microbial
8、sensor method can fast, accurate determination of BOD in water, and can realize continuous online measurement, more suitable for modern environmental monitoring and management requirements. In this paper, the research progress and application of BOD microbial sensor technology. Analysis of the princ
9、iple of microbial sensor and its advantages in measurement in water, has focused on its core part of biofilm research status and problems in the process of preparation. According to the research status of microbial membrane, to the breeding and the immobilized method chosen as the key research of th
10、is experiment. This paper summarized the present situation of research on microbial immobilization method in all kinds of waste water disposal, the immobilization methods are classified, and compared its performance.The Debaryomyces hansenii based biosensor is characterized by the highest sensitivit
11、y and, accordingly, the minimal lower limit of linear range. Thus, the Debaryomyces hansenii biosensor has the best characteristics of those tested. Response Surface Methodology (RSM) was used to investigate the effects of pH, Temperature and concentration buffers on the results. A 33 factorial desi
12、gn was performed to optimize the conditions. The experimental results showed that the optimal conditions are: pH of 7.7, temperature 20 and concentration buffers 40 mmol/L, and the small relative error of 1% between biosensor and BOD5. This study 琼州学院本科生毕业论文 indicates that Debaryomyces hansenii base
13、d biosensor can be used as a reliable method to determine BOD in seawater, the linear fluctuant coefficients (R2) in the range of 9.3422 mg/dm3 when a glucose/glutamate BOD standard was applied. Such device provides a low-cost, easy-operated, fast-response, sensitive and reliable method to measure B
14、OD in seawater, and also is suitable for on-line measurements.Keywords: Biochemical Oxygen Demand(BOD); Microbial Film; Immobilized Microorganism; Microbial Sensor; Dissolved Oxygen Eletrode琼州学院本科生毕业论文 目 录 第一章 绪论 .11.1问题的提出 .11.1.1传统测量方法存在的问题 .11.1.2 BOD微生物传感器的产生 .11.2 课题研究的目的和意义 .21.3 课题研究的内容 .3第二章
15、 实验材料和方法 .42.1 材料 .42.1.1 菌种与来源 .42.1.2 培养基 .42.1.3 试剂和仪器 .42.2 海洋酵母活菌总数与生长周期 10 .42.3 BOD标准溶液的配制 .52.4 微生物膜电极的制备 .52.5 近海养殖水体中 BOD微生物传感系统的组装 .62.6 样品的测定 .8第三章 结论和分析 .93.1 三株海洋酵母菌株在不同时期的相关酶活力的变化 .93.2 三株海洋酵母菌株构建的微生物膜电极底物适用性 .93.3 缓冲溶液 PH值对响应电流影响 .103.4 温度对响应电流影响 .123.5 不同缓冲溶液体系对响应电流影响 .123.6 缓冲溶液离子强
16、度对响应电流影响 .13琼州学院本科生毕业论文 第四章 小结 .15参考文献 .16致谢 .18琼州学院本科生毕业论文 1 第一章 绪论1.1问题的提出1.1.1传统测量方法存在的问题生物化学需氧量(BOD)是表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标，它说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量，其单位以 mg/L 表示，其值越高，说明水中有机污染物质越多,污染也就越严重。以悬浮或溶解状态存在于生活污水和制糖、食品、造纸、纤维等工业废水中的碳氢化合物、蛋白质、油脂、木质素等均为有机污染物，可经过好氧细菌的生物化学作用而分解，由于在分解过程
17、中消耗氧气，故亦称需氧污染物质。若这类污染物质排入水体过多,将造成水中溶解氧缺乏，同时有机物又通过水中厌氧菌的分解引起腐败现象，产生甲烷、硫化氢、硫醇和氨等恶臭气体，使水体变质发臭。污水中各种有机物得到完全氧化分解的时间，总共约需 100 天，为了缩短检测时间，一般生化需氧量以被检验的水样在 20下，5 天内的耗氧量为代表,称其为 5 日生化需氧量,简称BOD5，对生活污水来说,它约等于完全氧化分解耗氧量的 70%。生化需氧量的经典测定方法是稀释接种法,此外还有检压式库仑法、短时日法、坪台值法、相关估算法和瓦勃呼吸法等 1 。但是无论库仑滴定法、差压法和瓦勃呼吸计法还是标准稀释测定法均有许多不足之处，例如操作复杂、重现性差、耗时耗力、干扰性大、不宜现场监测等，不能及时为环境管理和决策、科研、事故污染鉴定等提供科学依据。因此，快速、准确测定水体中 BOD 一直是环境监测中的一大难题 2。1.1.2 BOD微生物传感器的产生环境监测中快速测定的要求迫切需要一种操作简单、准确、快速、自动化程度高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
