高效苯酚降解菌的分离、降解特性及其在固定化降解中的应用

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:usuke
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苯酚是纺织加工、煤炭气化、石油精炼、皮革制造、树脂合成、医药制造、香料生产、合成纤维等许多工业过程中常见的有机污染物,其污染废水是一种典型的高毒性工业废水,对生态环境和人体健康具有极大的威胁,水中苯酚的有效去除已成为能源利用和环境保护的重要课题。目前含酚废水的处理方法有很多,生物法以其经济、高效、无二次污染等特点被广泛应用,本课题研究是以实现含酚废水的经济无害化处理为目标,探究含酚废水的生物强化治理方法,模拟真实废水中与苯胺的共代谢效果,以及以凤眼蓝为原料制成生物炭增强菌株对苯酚的降解,并用海藻酸钙将其包埋成固定化小球以强化微生物处理苯酚废水的能力。实验的主要内容和结论如下:1.采用富集、驯化的方式,从南昌航空大学R栋附近土壤、南昌航空大学生活垃圾场附近土壤、南昌市象湖污水处理厂以及赣州某矿场污水处理厂四处筛选出9株能够降解苯酚且对苯酚具有一定耐受程度的菌株。从初筛的9株苯酚降解菌中挑选出一株降解效果最好的,命名为L5-1。菌株L5-1为革兰氏阳性菌,兼性好氧菌。它的菌落形态为白色,圆形,不透明,表面粗糙,扫描电镜(10000×)结果显示,菌体为杆状,表面较为平整,不透明,大小在1.5~2um左右,且生长状况良好。经16S r DNA鉴定为芽孢杆菌属(Bacillus sp.)的蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)(Gen Bank编号MN784421)。命名为Bacillus sp.L5-1。2.菌株L5-1利用苯酚作为唯一碳源和能源时,对其生长和苯酚降解特性展开研究,结果表明,菌株L5-1在10%接种量、温度30~35℃、p H值7~8的条件下,均能高效降解培养基中苯酚(培养基体积为100m L,初始苯酚浓度为500mg/L,14h时降解率>93%)。而在最优降解条件下(10%接种量,培养温度为35℃,p H值7.0,Na Cl浓度为1%),初始苯酚浓度为500mg/L,菌株在14h内的苯酚降解率可达97.1%;而当初始苯酚浓度为1000mg/L,菌株也可在46h内达到97.71%的降解率。运用Haldance方程动力学模拟菌株在不同浓度苯酚下的生长过程,其最大比生长速率为0.355h-1,半饱合常数104.27mg/L,抑制常数为322.83mg/L,R~2=0.997。菌株L5-1为目前已报道的Bacillus菌属中降解苯酚能力较强的菌株,为实际处理含酚废水中提供理论参考。3.模拟了真实废水中苯酚与苯胺可能共同存在的情况,进行了苯酚与苯胺的共代谢研究,发现菌株L5-1对苯胺的最高耐受浓度为400mg/L,当初始苯胺浓度为400mg/L时,44h才将培养基中苯胺浓度降解到7.3mg/L左右,降解率为98.21%,而当初始苯胺浓度为500mg/L时,苯胺48h内的降解率仅为20.12%。复合污染物的共降解实验表明:当环境中苯胺浓度越高,对菌株L5-1降解苯酚的抑制作用就更明显,当环境中苯酚浓度为500mg/L,苯胺浓度为300mg/L时,菌株几乎不生长和降解苯酚。而低于以上浓度时对苯酚及苯胺的降解量几乎没有影响,只是降解相同含量所需的时间大大延长。4.以凤眼蓝为原料制成生物炭,能够显著提高微生物对苯酚毒性的耐受程度,使菌株L5-1能够快速进入对数生长期,缩短其停滞期。添加0.6%(w/v)生物炭后,菌株60h时对1400mg/L苯酚降解效率为99.5%。通过海藻酸钙凝胶将菌体固定在生物炭之上,制成海藻酸钙固定化小球,可以大大提升菌株L5-1耐受高浓度苯酚的能力(1600mg/L),在1600mg/L苯酚浓度下,60h时降解率达到97.1%。生物炭-海藻酸钙凝胶固定微生物的降解效率要显著高于单独海藻酸钙固定的微生物。
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