【摘 要】
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苯酚是各种化工产品的有机化工原料,应用广泛,因而产生大量含苯酚废水。生物炭吸附和固定化微生物技术被认为是两种可行的、成本效益高、生态友好的水污染治理技术。将生物炭与固定化微生物技术结合在处理水中污染物方面具有很大的应用潜力。因此,了解生物炭固定化微生物对水中污染物去除的作用机制对于其在环境修复中的应用至关重要。本研究从江西某工厂的焦化废水中驯化并分离出了可代谢苯酚的优势菌株——粪产碱杆菌JH1,研
【基金项目】
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国家重点研发计划课题（课题编号:2020YFC1808803）；
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苯酚是各种化工产品的有机化工原料,应用广泛,因而产生大量含苯酚废水。生物炭吸附和固定化微生物技术被认为是两种可行的、成本效益高、生态友好的水污染治理技术。将生物炭与固定化微生物技术结合在处理水中污染物方面具有很大的应用潜力。因此,了解生物炭固定化微生物对水中污染物去除的作用机制对于其在环境修复中的应用至关重要。本研究从江西某工厂的焦化废水中驯化并分离出了可代谢苯酚的优势菌株——粪产碱杆菌JH1,研究了该细菌的降解特性。以穿心莲药渣和稻壳为原材料在300℃、500℃和700℃温度下分别制备药渣生物炭（Y3、Y5、Y7）和稻壳生物炭（D3、D5、D7）,其中对Y7和D7进行Fe3O4纳米材料改性（Fe-Y7和Fe-D7）,并且探究其对苯酚的吸附特性及机理。并以这8种生物炭作为载体吸附固定菌株JH1,分别命名为JY3、JY5、JY7、JFe-Y7、JD3、JD5、JD7和JFe-D7,探究其对苯酚的去除机理,并且进行了8次循环使用来分析其固定化性能。主要结论如下:（1）经过苯酚诱导富集的菌株JH1可高效降解苯酚,并且具有生物膜形成能力,其降解苯酚主要通过邻苯二酚1,2-双加氧酶(C12O)对邻苯二酚进行加氧开环后生成顺-顺粘糠酸的途径同化。菌株JH1对苯酚降解率随着投菌量的添加而提高,随着初始苯酚浓度升高而降低,在投菌量为6×10~7CFU/m L,温度30℃和35℃,pH=7～9,盐度小于1%的条件下,24 h内300 mg/L苯酚的去除率均可达到99%。（2）药渣和稻壳生物炭的微观结构为蜂窝状,具有多孔结构和较大的比表面积。随着热解温度的升高,生物炭的有机质由脂肪族向芳香族转变。生物炭在热解过程中结晶矿物主要是SiO2和CaCO3,SiO2会和NaOH反应会改变生物炭的孔结构而增大比表面积。通过SEM-EDS、XRD、TEM和XPS的数据证明Fe3O4纳米颗粒成功负载到Fe-Y7和Fe-D7表面。（3）在不同温度制备的生物炭中,D7对细菌的吸附主要依靠细菌的胞外多糖等亲水性基团,另外5种生物炭对细菌的吸附靠细菌胞外蛋白质和多糖的共同作用。生物炭的亲水性和疏水性会影响其固定的生物量,Fe-Y7对细菌有更高的吸附能力,而Fe-D7对细菌的吸附能力相对较弱。与悬浮细菌相比,生物炭固定细菌可以提高其在不同环境下的耐受能力,在温度25℃～40℃,pH=5～9,苯酚初始浓度为300～500 mg/L和盐度为3%的环境下,48 h内细菌在多孔结构和溶液中依旧可以生长并且保持较强的活性。同时通过生物炭的水溶性有机碳对细菌降解苯酚实验,发现其对细菌有不同的刺激作用。（4）对生物炭固定化细菌开展了循环使用实验,随着循环次数的增加,细菌在生物炭上快速生长并粘附,最后形成厚而粘的生物膜。在第6次循环之后,所有的生物炭固定化细菌都可以在12 h内去除300 mg/L的苯酚溶液,在第8次循环使用中JFe-Y7和JFe-D7对苯酚的去除速度相对较快。因此结果说明生物炭固定化细菌具有良好的耐久性、稳定性和可重复性,并且Fe3O4纳米颗粒改性可以通过提高苯酚吸附量、细菌的吸附能力以及细菌的酶活性来提高对苯酚的去除。生物炭固定菌株JH1对苯酚的降解是吸附-降解双重作用,生物炭主要依靠的是π-π相互作用和氢键作用吸附苯酚,也可能存在静电吸附、疏水作用和孔隙填充,苯酚先被生物炭吸附之后再被生物炭上的细菌进行代谢降解。
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