復(fù)合菌劑及其高效菌株降解BTX的性能和機(jī)理研究.pdf

1、前期工作中，將具備高效降解苯系物能力的混合菌種在特定載體上實(shí)施高密度發(fā)酵，制成復(fù)合微生物菌劑（CMA）。本研究分別以復(fù)合微生物菌劑和傳統(tǒng)活性污泥啟動(dòng)生物滴濾塔（BTF）凈化苯、甲苯和鄰二甲苯（BTX），比較兩者的掛膜啟動(dòng)速度及對(duì)BTX降解性能，著重研究菌劑啟動(dòng)反應(yīng)器的運(yùn)行性能，從而證明應(yīng)用該類固體CMA啟動(dòng)BTF的可行性和優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明：菌劑啟動(dòng)的反應(yīng)器（MA-BTF）和活性污泥啟動(dòng)的反應(yīng)器（AS-BTF）分別在第7天和24天完成掛膜，

2、表明MA-BTF可縮短傳統(tǒng)BTF的啟動(dòng)周期；且MA-BTF內(nèi)填料表面微生物生長(zhǎng)速度快于活性污泥啟動(dòng)的反應(yīng)器。進(jìn)氣濃度、空床停留時(shí)間（EBRT）、進(jìn)氣負(fù)荷、營(yíng)養(yǎng)液、傳質(zhì)等是BTF降解BTX的主要影響因子，當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷小于60g/m3·h時(shí)，MA-BTF對(duì)BTX化合物均可實(shí)現(xiàn)高效凈化，EBRT90s，60s，45s，30s對(duì)應(yīng)的最大去除負(fù)荷分別為55.3，73.6，81.0，97.7g/m3·h，表明用復(fù)合微生物菌劑啟動(dòng)生物滴濾塔能實(shí)現(xiàn)對(duì)BT

3、X混合廢氣的高效降解。
　　 MA-BTF體系中最佳pH值為6～7；體系對(duì)BTX的礦化率為77.5～78.4％，表明減少的BTX主要是通過(guò)生物降解；上下層CO2的生成量所占的百分比隨去除負(fù)荷的增大而增大；整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中滴濾塔內(nèi)壓降沒(méi)有發(fā)生明顯變化，表明該體系可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。體系降解BTX的過(guò)程遵循Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)苯、甲苯和鄰二甲苯的單位體積最大降解速率rmax分別為140.4，115.2和64.8g

4、/m3·h，氣相飽和常數(shù)Ks分別為1.021，0.968，0.601g/m3。
　　 通過(guò)初篩和復(fù)篩，從CMA中選育到BTEX高效降解菌株byf-4。前期鑒定結(jié)果已確定該菌株為染料分枝桿菌Mycobacteriumcosmeticum。經(jīng)檢索相關(guān)文獻(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)該菌屬降解苯系化合物的相關(guān)報(bào)道。該菌株可分別降解4種苯系化合物（BTEX），其對(duì)苯和甲苯的降解濃度和速率均高于乙苯和鄰二甲苯，菌株在不同底物下的生長(zhǎng)速率也存在明顯差別；其對(duì)4

5、種苯系物的降解優(yōu)先順序?yàn)楸?、甲苯、乙苯、鄰二甲苯。在混合體系中，底物間存在相互抑制作用，菌株降解速率較單一體系中慢，特別是鄰二甲苯的降解受到明顯抑制；BTE在混合體系中完全降解，碳的再生率達(dá)到90.5％以上，表明BTEX主要被礦化為CO2和轉(zhuǎn)化為新的生物體；但是，當(dāng)體系中含有鄰二甲苯時(shí)，碳的再生率只有78.6～81.2％，表明BTE會(huì)抑制o-X的降解和礦化。
　　 菌株降解BTEX的過(guò)程遵循Haldane動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)苯、甲苯、

6、乙苯和鄰二甲苯的最大比降解速率分別為0.518、0.491、0.443和0.422上-1，菌株最大比生長(zhǎng)速率分別為0.352、0.278、0.172和0.136h-1。菌株降解苯、甲苯、乙苯和鄰二甲苯的衰亡系數(shù)分別為：0.003、0.0036、0.0042和0.0063h-1；產(chǎn)率系數(shù)分別為：0.6626、0.5801、0.5415和0.5412mg/mg。菌株在不同底物下的產(chǎn)率系數(shù)與菌株的比生長(zhǎng)速率結(jié)果一致。該菌株對(duì)BTEX的降解能力

7、要高于文獻(xiàn)報(bào)道的菌株，具有重要的研究意義和良好的應(yīng)用前景。
　　 對(duì)菌株byf-4中的降解酶基因進(jìn)行研究，通過(guò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物做PCR擴(kuò)增獲得一段長(zhǎng)351bp的基因片段，經(jīng)序列同源性分析可能為甲苯雙加氧酶（todC1）基因；通過(guò)巢式PCR技術(shù)和序列拼接獲得一段長(zhǎng)1609bp的基因序列，與菌株Sphingomonas sp.甲苯雙加氧酶（todC1）基因的同源性為90％，從而初步確定已從菌株byf-4中克隆獲得甲苯雙加氧酶（todC1