焦化废水中多环芳烃生物降解的促进机制

发布时间：2020-08-18 12:51

【摘要】：焦化废水中存在种类复杂的有机物,其中多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)作为其中优先控制的持久性难降解有机污染物,由于其“致癌、致畸、致突变”的三致毒性效应引起国内外研究者的广泛关注。在焦化废水的生物处理过程中,具有强疏水性和难生物利用性的PAHs以较高的浓度不断富集于各个工艺单元污泥中,导致外排污泥中PAHs浓度不断升高,超过工业污泥回收利用标准,含有高浓度PAHs的污泥经传统处理方法焚烧、填埋后,导致PAHs进入自然环境,对地下水、土壤和空气造成严重的二次污染。苯酚是焦化废水中有机污染物的主要组成部分,也是生物处理过程中微生物主要可利用的碳源,对废水中难生物降解污染物的去除有协同作用。为实现PAHs的高效生物降解,本文选取某焦化废水处理工程好氧阶段的污泥作为降解微生物来源,通过快速平板筛选法得到一株高效降解PAHs菌株N5,经16S rDNA测序鉴定该菌株属于寡养单胞菌属(Stenotrophomonas sp.),以对高分子量PAHs苯并[a]芘(Benzo[a]pyrene,BaP)作为底物为例,通过添加苯酚等基质,研究实现强化PAHs生物降解过程的可行性进行降解研究,主要成果包括:(1)通过单因素实验和响应面实验优化了N5菌株对BaP唯一碳源的降解实验的三个关键因素:培养温度、初始pH值和接种量,在此基础上,应用Box-Behnken中心设计原理,结合响应面分析法共设计三因素三水平17个实验,其中包括了5次零点实验对BaP的降解实验条件进行优化,通过方差分析、模型的显著性、因素的显著性、因素之间交互作用等参数对模型有效性进行了检验,得出最佳BaP降解条件为:培养温度35.1℃,初始pH值7.5,接种量9.4%。在最佳条件下,N5菌在7天内对BaP的降解率可以达到19.4%。(2)在最佳培养条件下,以萘、菲、荧蒽作为不同环数PAHs的代表化合物,得出在50 mg/L的初始浓度下,Stenotrophomonas sp.N5对三种PAHs 7天的日平均降解能力分别是3.28 mg/(L·d),2.53 mg/(L·d),0.96 mg/(L·d)。以BaP(初始浓度20mg/L)为唯一利用碳源的22天后的降解率可以达到46.8%,日平均降解能力为0.62 mg/(L·d),同时测定22天内降解体系中的活菌量变化,作为培养周期内评估菌株降解潜能的指标。(3)考察了苯酚、葡萄糖和鼠李糖脂共代谢条件下BaP的生物降解性能,与对照组(48.6%)相比,添加三种碳源作为单基质22天后分别提升BaP降解率至51.9%、60.9%和53.0%,电子传递活性值分别提高1.18倍、1.69倍、1.39倍。添加苯酚+鼠李糖脂和葡萄糖+鼠李糖脂双基质,BaP降解率提升至64.9%和68.2%。可见鼠李糖脂表面活性剂作为增溶剂与苯酚和葡萄糖对BaP降解有协同促进作用,而苯酚作为焦化废水中主要污染物,可作为环境中已有的共基质底物,在此基础上,通过将鼠李糖脂表面活性剂添加到焦化废水中,可以实现污泥中PAHs原位削减去除的倍增效应。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X784
【图文】：

焦化废水中多环芳烃生物降解的促进机制

6种多环芳烃(PAHs)的结构

焦化过程,芳烃,不饱和,环芳

华南理工大学工程硕士学位论文即为 PAHs 形成的主要机理。高温中空间体积大的煤分子的单双键三维裂解，产生分子质量相对小的饱和或不饱和芳烃，小分子物质在高温中生成苯环数量少的低环芳烃。低环芳烃与焦化产生的其它不饱和烯烃缩高环芳烃。如图 1-2 反应过程为例，煤分子中含有的饱和芳烃热解为 C的脱氢缩合反应后生成苯乙烯，苯乙烯高温下与其它不饱和分子聚合反 PAHs。[16,17]

细菌降解,途径

图 1-4 细菌降解 BaP 的可能途径g. 1-4 Proposed pathways for degradation of BaP by bact质强化降解研究 PAHs 分子内苯环数量的增加，疏水性更强，更也更低。这些化合物的难利用性主要有两个原代谢高环芳烃的酶系；二是高疏水性使得多数降。因此 Leadbetter 和 Foster[44]于 1959 年提解难降解物质的酶，或者通过提供易降解碳源(eooxidation)是指微生物在利用其它碳源的同常被称为共氧化，后来，Solem 对其内涵进行源和能源存在的条件下，微生物的酶活增强，代谢作用[45]。物代谢途径比较简单，一般通过双加氧酶作用

【参考文献】