餐厨垃圾好氧生物处理过程中双酚A的影响及控制

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餐饮业的蓬勃发展使餐厨垃圾的产生量不断增大,其不当处置对生态环境和人体健康留下众多隐患。好氧生物处理是餐厨垃圾一种有效的资源化处理技术,可将餐厨垃圾转化为安全、稳定的资源化产品。作为一种常见的内分泌干扰物,双酚A(BPA)进入到环境中会对人体健康造成危害,具有较大的环境风险。且BPA作为塑化剂可通过食品塑料包装缓释等途径直接进入到餐厨垃圾及后续好氧生物处理体系中,可能会对体系中的微生物代谢过程产生影响,进而影响其效果。目前,对BPA影响餐厨垃圾好氧生物处理过程及其控制的研究较少。因此本研究探究了BPA对餐厨垃圾好氧生物处理过程的影响,筛选出BPA高效降解菌株并通过单因素分析及响应面实验方法进行菌株生长条件优化。再进一步将高效降解菌株投加到实际餐厨垃圾好氧生物处理体系中,验证生物强化下BPA的降解。主要实验内容及研究结果如下:(1)从理化指标和微生物群落结构及代谢角度,探究BPA暴露对餐厨垃圾好氧生物处理过程的影响,可以得出:BPA暴露会使好氧生物处理高温期缩短约25%,使提高好氧生物处理产品的C/N比,进而影响餐厨垃圾好氧生物处理最终产物的腐熟度,且随着BPA含量的增加,腐熟度降低。从影响微生物群落角度,BPA暴露使Bacilli丰度下降,Actinobacteria、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria丰度上升。从微生物代谢活性角度,BPA存在导致好氧生物处理后期碳水化合物、氨基酸和脂类代谢活性相对降低,这可能导致好氧生物处理腐熟度降低。因此,BPA暴露会通过影响微生物的组成及代谢降低餐厨垃圾好氧生物处理的腐熟度。(2)鉴于BPA对餐厨垃圾生物处理的不利影响,本研究进一步通过筛选高效降解功能菌探究不同环境因子对BPA降解效能的影响。从污泥中筛选出5株能够有效降解BPA的菌株,并通过条件优化,最终确定两株BPA高效降解菌。采用16S r DNA测序的方法鉴定为肺炎克雷伯氏菌(klebsiella pneumoniae)和亚硝酸假单胞菌(Pseudomonas multiresinivorans)。采用单因素实验与响应面实验分析得出两株菌的最适生长条件分别为:肺炎克雷伯氏菌在培养温度30℃、培养p H为7.4、外加碳源为1%蔗糖的条件下可实现最优降解率98.14%;亚硝酸假单胞菌在培养温度为30℃、培养p H为7.1、外加碳源为1%葡萄糖的条件下可达到最优降解率97.23%。进一步验证表明外加碳源是影响功能菌生长和BPA降解的关键因素,通过碳源优化可分别将肺炎克雷伯氏菌和亚硝酸假单胞菌的降解效率提高18.02%和10.18%,降解率达到99.79%和100%。(3)将筛选出的两株BPA高效降解菌投加到BPA暴露的餐厨垃圾好氧生物处理体系中以期实现BPA降解的强化,探究降解菌在餐厨垃圾实际好氧生物处理过程中的BPA降解效果。结果表明,高效降解菌的添加可以缓解BPA对餐厨垃圾堆体的不利影响,延长高温期并进一步提高堆体腐熟度。另外,BPA高效降解菌的添加使BPA降解率提高了33.43%,可实现实际堆体中BPA降解的强化。本研究发现了餐厨垃圾中BPA暴露对其好氧生物处理过程产生的影响,并通过高效降解菌的筛选及条件优化提出BPA的生物控制手段,进而通过高效降解菌在实际堆体中的投加应用验证了生物强化手段的可行性。本研究对餐厨垃圾好氧生物处理过程中BPA的影响和控制提供了研究思路与方向,对于评估餐厨垃圾中新兴污染物的潜在环境影响并提出高效控制方案具有重要意义。
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