DBP高效降解菌群的富集及降解特性研究

发布时间：2019-03-16 19:01

【摘要】：邻苯二甲酸酯类(Phthalic Acid Esters,PAEs)化合物作为塑化剂被人们广泛应用到建筑装潢、化妆品、食物包装、医疗器皿等行业中,随着PAEs的大量使用,其逐渐迁移到水体、土壤、大气等环境中,并且它们在自然环境中的降解十分缓慢,PAEs已成为一类不可忽视的持久性有机污染物。目前处理PAEs污染的技术包括物理吸附法、化学氧化法、生物修复法等,吸附法和氧化法存在着催化剂昂贵问题以及吸附剂再生等其他后续问题,而生物降解以自身矿化程度高、经济成本小、无二次污染等优势得到了诸多关注。以往的研究多以筛选纯菌株降解PAEs污染为目标,而在利用细菌富集物方面研究较少,细菌富集物因更丰富的生物多样性具有对生长环境适应能力更强、降解效率高的优点。本文从开封市垃圾焚烧发电厂废水好氧处理工艺池采集活性污泥作为样品,选取邻苯二甲酸二丁酯(Di-n-butyl phthalate,简称DBP)为代表性污染物进行生物富集培养,主要取得了以下研究成果:(1)通过富集培养得到一个可将DBP作为唯一碳源和能源的高效降解菌群,并命名为LV-1,并利用引物成功扩增出该菌群的V4高变区基因片段。该菌群包含了33个科、48个属的细菌,优势菌种为Brucella sp.和Sinobacter sp.,其相对丰度分别为62.78%和14.83%。(2)菌群LV-1对DBP的最佳降解条件是:温度30℃、pH6.0。于最适条件下进行实验,48h内LV-1能将500mg/l的DBP降解93%左右,72h内可将1000mg/l的DBP降解95%以上,证实了LV-1是高效DBP降解菌群。(3)分别研究了不同浓度的六种重金属阳离子、三种阴离子、两类表面活性剂以及三种外源碳源加入培养基之后,对菌群LV-1降解DBP能力的影响。结果显示Pb~(2+),Cu~(2+),Mn~(2+),Cd~(2+),Zn~(2+)和Cr~(6+)浓度较高时,均会明显抑制DBP的降解,而Pb~(2+),Cu~(2+),Mn~(2+)在浓度较低(50mg/l)时,在一定程度上能促进DBP的降解。阴离子方面,不同浓度的NO_(2-)加入后均会抑制DBP的降解,而当NO_(3-)和SO_4~(2-)的浓度分别为100~300mg/l之间和200mg/l时能够增强LV-1对DBP的降解能力,但浓度过高或过低时也会出现出对DBP降解的抑制效果。添加适量非离子型表面活性剂Tween-80后,LV-1能够利用其参与降解过程,并完全降解培养基中DBP,另一组非离子型表面活性剂曲拉通X-100在浓度较高时也对DBP降解有明显的促进效果,这表明非离子型表面活性剂能够有效提高LV-1对DBP的降解效率;而阴离子表面活性剂SDS的添加能抑制DBP的降解。三种微量外源碳源(葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉)的加入会一定程度上抑制LV-1菌群的生长,进而降低DBP的降解效率,三者中可溶性淀粉的抑制效果尤为显著。(4)根据LV-1对DBP降解产物的GC-MS分析,并结合该菌群的底物广谱性研究,推测其降解DBP的途径为:在菌群作用下DBP的两个侧链逐步水解,形成PA,之后开环并最终完全矿化为CO_2和H_2O。降解动力学表明,当LV-1降解较高浓度的DBP时需要更长的适应期,但其整体降解能力较为稳定,半衰期在13.64~19.2h之间浮动。底物广谱性研究表明LV-1除了利用DBP和PA作为碳源和能源之外还能利用侧链较短的DMP和DEP,在BPA、蒽、芴、荧蒽、菲和侧链较长的DEHP的利用效果上较弱,而萘基本不能被LV-1利用。
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【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172

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