电子垃圾拆解区微生物降解四溴双酚A机制研究

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四溴双酚A(Tetrabromobisphenol A,TBBPA)因其良好的阻燃性,被广泛应用于生产电子产品,是电子垃圾拆解处置过程中产生的主要污染物,具有神经毒性、肝肾毒性和内分泌干扰作用。TBBPA的潜在毒性和大量释放,对其治理提出了要求,但目前仍缺少高效、廉价、操作简单的TBBPA治理技术。本研究针对电子垃圾拆解区TBBPA高污染情况,选择华南某电子垃圾拆解区的两个集中拆解区域(A和B)为研究对象,分析微生物多样性;筛选TBBPA降解菌株,并利用生物炭为载体进一步强化微生物降解能力,探讨固定化菌剂降解TBBPA机制。通过对研究区域土壤样品微生物群落结构分析,Proteobacteria、Actinobacteriota是研究区域重要的门,Ralstonia、Sphingomonas为优势属,两地微生物群落的ACE指数和Chao1指数有显著区别,A区域微生物丰富度低于B区域。共发生网络显示A区域模块化指数低于B区域,且不具有拓扑结构,微生物共发生网络不稳定,这可能是由于A区域TBBPA浓度较高导致微生物群落发生变化。网络正相关和负相关的连接分别表示了微生物之间协同和竞争的关系,本研究两个区域网络正相关连接均远多于负相关连接,且A区域网络具有更高比例的正相关连接,表明大多数微生物通过协同作用以应对环境污染。通过线性回归分析评价TBBPA对微生物多样性的影响,结果显示:TBBPA与微生物ACE指数和Chao1指数呈显著线性回归关系,且回归系数小于零,表明TBBPA可能是影响电子垃圾拆解区微生物丰富度的主要因素。通过研究区域将土壤样品富集纯化,获得具有TBBPA降解活性的菌株,洋葱伯克霍尔德氏菌Y17(Burkholderia cepacian Y17),其最适生长温度为35℃,最适生长p H值为6。生物炭载体为玉米秸秆、BC300、BC500、BC700,TBBPA去除率分别为56.27%、58.20%、59.37%、50.89%,生物炭选择BC500的去除率最高。固定化温度为25、30、35℃,TBBPA的去除率分别为52.49%、54.56%、59.37%,固定化温度为35℃时去除率最高。固定化p H值为5、6、7、8、9,TBBPA的去除率分别为51.32%、56.19%、59.37%、53.01%、39.37%,固定化p H为7时去除率最高。所以固定化菌剂制备条件为生物炭载体为BC500、固定化温度为35℃、固定化p H值为7时,固定化菌剂对TBBPA降解能力最佳,最佳降解率为59.37%,此时,固定的微生物数量最高为4.62×10~8cfu·g-1。Zeta电位表明BC500的表面负电荷较少,有利于微生物固定且其C/N为26.24,适宜微生物生长发育;比表面积和平均孔径分析显示,随着热解温度上升生物炭比表面积增大,有利于微生物生长;但平均孔径减小,特别是500℃以后主要增加的是微孔面积,较难被微生物利用,因此,BC500的表面更适合固定微生物。扫描电镜进一步证明BC500上负载了大量的Y17菌株。此外,固定化温度和p H能够显著影响微生物在生物炭上的吸附能力,固定化温度为35℃时,降解菌代谢能力强,易于吸附在生物炭上。p H值提高时,微生物和生物炭的表面负电荷增加,会导致二者之间静电斥力增强而抑制微生物在生物炭上的吸附。且过高或过低的p H值会降低微生物代谢活性,由此可见,p H值对微生物固定过程的影响较为复杂,本研究中p H值为7时,固定的微生物数量最高。对固定化菌剂降解TBBPA的产物进行分析,共发现6种可能的降解产物,结合降解产物和降解机理分析,固定化菌剂降解TBBPA的可能途径主要涉及脱溴、β-断裂、羟基化和羟基氧化等反应过程。
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