论文部分内容阅读
四氢呋喃(THF)作为一种应用广泛的“万能溶剂”,随着其环境排放量的日益增多,该物质溶剂特性和致癌性对环境生态的损害和人体健康风险也日益增加。近年来,生物降解THF的研究已成为环境科学技术领域的新热点,而高效好氧降解菌株的获得是其实现工业化应用先决条件。本论文从某受污染的环境样品中筛选了一株能降解THF的新菌株,经分子生物学鉴定和生理生化指标鉴定,确认该菌株为食油假单胞菌(Pseudomonas oleovorans),命名为DT4。进一步研究该菌株对THF的降解能力及影响因素;采用气相色谱,质谱联用等技术对其代谢产物进行了鉴定;考察THF与苯(B)、甲苯(T)、乙苯(E)、邻二甲苯(X)等苯系物共存的情况下,该菌对各污染物的降解情况以及污染物之间相互的影响;并成功将其应用于强化生物滴滤塔(BTF)对THF废气的净化,获得如下结果:(1)选育到的菌株P.oleovoransDT4(GQ387664)能在14h内能将5mM THF完全降解,降解速率达203.9mg THF/(h·g cells),世代时间为2.7h,是目前降解速率最高和世代时间最短的THF降解菌株。此外,DT4对THF的耐受性较高,仅次于Rhodococcussp.YYL。实验证明P.oleovorans DT4有较宽的碳谱,能通过直接代谢或共代谢的方式,降解多种常见的有机污染物。(2)THF完全被降解后,其矿化率达61.6%,说明THF在降解的过程中大部分被矿化或转化为生物质。通过GC/MS、GC和HPLC等检测分析手段,发现在THF降解过程中,γ-丁内酯、琥珀酸和乙二酸等部分中间产物出现累积并随后消失,最终被矿化为CO2和H2O。细胞色素P-450酶的特异性抑制剂实验表明,P.oleovorans DT4降解THF的过程中涉及的单加氧酶可能异于现有的报道,即有别于细胞色素P-450酶的另一种特殊单加氧酶。(3)采用中心组合设计和响应面分析,对P.oleovoransDT4生长和THF降解条件进行优化,得到了 THF的最佳培养基组成(1L):4.5gNa2HP04.12H20,1.0gKH2PO4,3.5gNH4Cl,0.35gMgSO4·7H2O,0.02gCaC12-2H20和pH7.88。优化后,THF降解效率得到显著提升,SmM THF能够在9h内被完全降解,降解率是原始培养基的1.64倍。序批实验也验证了,优化后培养基更利于菌株DT4的生长。因此,培养基的优化具有重要意义,也为DT4菌株的工业化应用提供了重要的数据。(4)P.oleovorans DT4对THF的常见共存物BTEX的降解特性进行研究。结果表明,DT4能直接代谢B和T;并在THF存在情况下,共代谢间二甲苯(m-X)、对二甲苯(p-X)和E,而且B是BTEX中可生化性最好的物质。THF分别和B、T、E或X两两混合时,THF的降解受到抑制;而THF的存在对B或T的降解具有明显的促进作用,这可能是由于THF的降解,为DT4生长和B或T的降解提供了足够的能量。诱导实验表明,THF和B的降解过程可能通过不同的关键酶作用,而B和T降解所需的关键酶可能是一致的。此外,在B的单独降解过程中,检测到邻苯二酚;与THF共存时,B的代谢过程中则检测到对苯二酚,因此可推测DT4通过不同的代谢途径降解B。(5)基于菌株DT4降解THF的高效性,将其应用于强化BTF对THF的净化。分别用三种不同方式接种BTF,采用气-液相联合法循环挂膜,在THF进口浓度维持在150mg.m-3左右,空床停留时间(EBRT)=39s的条件下,1、2、3#BTF分别在7d、7d和lld内完成挂膜,结果表明菌株DT4和污泥混合接种方式的启动速度明显快于活性污泥的启动速度,因此DT4能够强化BTF净化THF。进气浓度、EBRT、进气负荷是BTF降解THF的主要影响因子,当进气负荷小于70g.m-3·h-1时,体系中THF可完全降解;当进气负荷进一步增大时,去除负荷随EBRT的变化渐趋明显。当THF进气浓度较高时(～1000mg·m-3),即使在很短的EBRT(13s)条件下,BTF的最大去除负荷可达120g·m-3·h-1,最大矿化率达90.6%。该结果表明,BTF对THF的去除能力较强。BTF对B和THF混合废气的研究表明,在THF进口浓度稳定时,THF和B的去除率均随着B进口浓度的增加而降低。当B增至900mg·m-3左右时,THF降解受到一定的抑制,去除率由原来的100%降至85%左右,此时B的去除率约为70%,最大去除负荷达到98g.m-3.h-1。与报道文献相比,本研究能在更短的EBRT(31s)内达到相当的去除负荷,因此以THF高效降解菌强化的生物滴滤塔较传统的生物滴滤效果好,且能实现对B和THF混合废气的高效降解。根据PCR-DGGE回收测序结果,通过种属同源性比对,启动初期投加的高效菌株P.oleovorans DT4可在反应体系稳定存在,表明其在开放环境中能较好生长,具有较强的环境适应能力和竞争性,因而可强化THF废气的高效降解;较高的THF废气降解和矿化能力,可能得益于BTF内丰富且相对稳定性的微生物种群结构。