城市污泥中環(huán)境激素4-t-辛基酚的生物降解及其固定化微生物應(yīng)用.pdf

1、我國的污水處理研究長期存在著“重水輕泥”的現(xiàn)象，而有關(guān)污泥處理的報(bào)道更多關(guān)注重金屬污染而輕視環(huán)境激素等有機(jī)物污染的問題。隨著我國城市面積和人口的增加，社會和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，對污泥處理的量能需求將大幅增長。污泥中含有大量包括辛基酚(Octylphenol，OP)、壬基酚(Nonylphenol，NP)、雙酚A(Bisphenol A)等在內(nèi)的環(huán)境激素，如果不加處理任意排放或投棄，則會對環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。
　　 辛基酚作為

2、一種重要精細(xì)化工的原料和中間體，其生物毒性、雌激素活性及生物富集性均得到了國內(nèi)外研究者的廣泛證實(shí)，給人類健康和生態(tài)安全帶來了巨大威脅。因此，如何有效從環(huán)境中降解并去除辛基酚等環(huán)境激素類物質(zhì)，降低其對環(huán)境和人體的危害，成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 由于采用生物方法處理污泥、污水中環(huán)境激素類污染物具有低成本、方便操作、去除效率較高、無二次污染等特點(diǎn)，是純天然的治污技術(shù)，因此，本研究試圖從生物處理的角度入手，開展生物降解菌的分離篩

3、選研究，得到高效的辛基酚降解菌株，為辛基酚的環(huán)境污染治理與生態(tài)修復(fù)工程提供技術(shù)保證。因此，本課題具有以下幾個方面的工作:
　　 (1)得到一株4-t-辛基酚(4-t-OP)有效降解菌TW30。通過對生活污水處理廠二沉池污泥樣品的馴化、篩選、分離及純化等步驟，得到了1株能夠以4-t-OP為唯一碳源生長的菌株TW30，其在初始底物濃度為5 mg/L，pH值為6.0，培養(yǎng)溫度為40℃的條件下培養(yǎng)5d后的降解率達(dá)到99.03％，具有很好

4、的降解效果。
　　 (2)對降解菌TW30進(jìn)行分子生物學(xué)鑒定。通過16Sr RNA鑒定，TW30為與不動桿菌屬(Acinetobacter sp.)的Acinetobacter sp. JPB-1.07(EU652468)的相似性達(dá)99.9％，再結(jié)合形態(tài)、培養(yǎng)和生理生化特征，初步鑒定為不動桿菌屬(Acinetobacter sp.)。
　　 (3)篩選出菌株TW30的最優(yōu)化生長條件。從不同初始底物濃度、溫度、pH值等環(huán)境

5、影響因素，考察菌株TW30的細(xì)胞增殖率。結(jié)果顯示在初始底物濃度為5 mg/L，培養(yǎng)溫度為40℃，pH值為6.0的條件下，菌株TW30的細(xì)胞增殖率最高，而較高的初始底物濃度、較低的培養(yǎng)溫度和堿性條件均會抑制菌株TW30的生長。此外，通過設(shè)置4-t-OP溶劑(丙酮)的對照實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了菌株TW30能夠利用4-t-OP為唯一碳源進(jìn)行生長。
　　 (4)研究菌株TW30降解過程的降解反應(yīng)動力學(xué)。根據(jù)HPLC測定的4-t-OP降解率結(jié)果進(jìn)行

6、擬合，發(fā)現(xiàn)降解過程滿足一級反應(yīng)動力學(xué)，擬合方程為y=-0.8929x+8.2202，相關(guān)系數(shù)為r2=0.9831。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在pH為6.0，初始4-t-OP濃度為5 mg/L，2％的菌投加量，于40℃下培養(yǎng)，4-t-OP的降解速率常數(shù)為0.875 d-1，半衰期為0.8d。
　　 (5)考察不同環(huán)境因素對菌株TW30降解效率的影響。通過測定不同底物濃度、菌投加量、溫度、pH值、額外無機(jī)鹽離子和碳源等條件下，每24 h的4-t-O

7、P降解率，研究菌株TW30的4-t-OP降解動力學(xué)。在最優(yōu)化條件下培養(yǎng)5d后的4-t-OP降解率可達(dá)到99.03％，此時培養(yǎng)液中的4-t-OP濃度為48.3μg/L。此外在該條件下，額外Ca2+和Mn2+的加入可以顯著促進(jìn)4-t-OP的降解過程，而加入磷酸鹽、NH4+、Mg2+、Fe2+、Na+、Zn2+、Cu2+等無機(jī)鹽和葡萄糖、CH3COO-等碳源則會降低菌株TW30的降解效果。
　　 (6)檢測了4-t-OP的降解產(chǎn)物并推

8、測了其降解途徑。降解產(chǎn)物的GC-MS檢測結(jié)果顯示，菌株TW30對4-t-OP的降解產(chǎn)物是4-異丙基-甲苯、叔丁基苯和4-乙?；郊姿帷；谠摻Y(jié)果推測其降解途徑如下，由于苯環(huán)上羥基上的O原子有很強(qiáng)的吸電子的能力，會使苯環(huán)上的電子云密度降低，使得羥基容易被取代，因此，菌株TW30優(yōu)先將辛基酚的酚羥基斷開;此外，苯環(huán)上的烷基鏈斷裂成若干短鏈烷基，與羥基自由基結(jié)合生成烷基醛或烷基酸。由于沒有檢測到辛基苯或其他更小碳鏈的烷基苯酚，因此，菌株TW3

9、0降解4-t-OP的途徑可能為苯環(huán)與羥基間和與長碳鏈間的共價鍵同時斷裂，并在斷開后重新組合，成為自由活化基團(tuán)，進(jìn)行重新組合后生成了烷基苯、短鏈烷基酚、對乙?；椒?、烷基酸、烷基醛等中間產(chǎn)物，并進(jìn)而反應(yīng)生成4-異丙基-甲苯、叔丁基苯和4-乙?；郊姿?。
　　 (7)考察了固定化微生物技術(shù)對4-t-OP降解效率的影響。研究菌株TW30在不同固定化細(xì)胞株濃度、pH值等條件下的4-t-OP降解降解率。結(jié)果顯示，固定化細(xì)胞株處理的半衰期為

10、0.7d，降解速率常數(shù)為0.975 d-1，降解效果好于最優(yōu)化條件下的菌懸液對照。而增大固定化細(xì)胞株濃度并維持培養(yǎng)液pH為6.0可以達(dá)到最佳降解效果。
　　 (8)將菌株TW30的固定化細(xì)胞株應(yīng)用于人工海水和生活污水中4-t-OP的降解。配制了人工海水、采集了生活污水，TW30的固定化細(xì)胞株可以在這兩種自然條件下對4-t-OP進(jìn)行有效的降解，其降解速率常數(shù)分別達(dá)到了1.257 d-1和1.305 d-1，半衰期分別為0.5d和0