基于复苏促进因子强化活性蓝19染料生物降解研究

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活性蓝19(Reactive blue 19,RB 19)是一种应用广泛、生产量高的蒽醌类染料,在染色过程中,部分染料未经使用而被排放进入废水处理系统,含有RB 19的废水具有高毒性、高稳定性等特点,能够破坏水体生态系统,进而威胁人类健康。目前,生物处理法因环保、节能、无二次污染等优点而受到亲睐,并逐渐成为研究的热点。然而,在不利环境胁迫下,绝大多数微生物会形成活的但非可培养状态(Viable but non-culturable,VBNC)以应对环境压力。已报道的染料降解微生物仅占环境中微生物资源的0.01~10%,绝大多数微生物处于VBNC状态而未被发掘。藤黄球菌复苏促进因子(Resuscitation-promoting factor,Rpf)类信号物质,具有复苏和促进VBNC状态菌生长的作用,该类物质的发现为获得潜在新类污染物降解菌提供新的途径。本文以垃圾渗滤液硝化反硝化污泥为接种污泥,借助上流式厌氧污泥床(Up-flow anaerobic sludge bed,UASB)反应器处理含RB 19的模拟印染废水,探究Rpf对RB 19脱色、污泥菌群结构及多样性的影响,利用气相色谱-质谱联用技术(Gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)对RB 19中间代谢产物进行分析;同时分离培养Rpf处理组特有的具有潜在环境功能的VBNC菌株,筛选高效耐盐降解菌株进行性能分析;此外,将分离获得的高效降解菌进行固定化处理,分别比较不同处理(游离菌、固定化小球、空白小球)对RB 19的脱色效果,探究最佳处理方式及相关机制。研究主要结果如下:(1)构建两套UASB反应器,在四个不同阶段(不同RB 19浓度、Rpf添加量)下运行,结果表明添加Rpf的处理组对RB 19的脱色效率比不添加Rpf空白对照组高约20%,但Rpf对COD去除几乎无影响。16S rRNA基因高通量测序结果分析表明Rpf对Proteobacteria和Firmicute的菌群具有显著促进生长的作用,且可以刺激或复苏Clostridia纲中某些可降解染料的Peptostreptococcaceae科的菌群生长。此外,在脱色过程中RB 19芳香胺结构断裂,形成2-((3-氨基苯基)磺酰基)硫酸氢乙酯和2-(亚砜基)乙磺酸两个主要中间体,为RB 19脱色和最终矿化奠定基础。(2)从Rpf处理组和空白对照组的活性污泥中共分离到12株不同的菌株,其中JF1-JF6为Rpf处理组分离获得,隶属于Pseudomonas、Paracoccus、Bacillus、Microbacterium四个属。六株菌对50 mg/L的RB 19染料脱色率均在95%以上,且Bacillus属的JF4菌脱色速率最高,可在6天内完全降解RB 19。降解性能试验表明,JF4最高可耐受20 g/L NaCl;对50 mg/L RB 19可7天内降解完全。在20 g/L NaCl,p H为7~8、温度为30~35°C、染料初始浓度低于50 mg/L等条件下,JF4在7天内可完全降解RB 19。(3)在低浓度染料条件下(RB 19<50 mg/L),JF4固定化小球的脱色速率低于游离菌,而对高浓度的RB 19(?75 mg/L)具有较强的耐受性,可完全降解100 mg/L的RB 19。此外,固定化小球循环实验表明,JF4固定化小球在低浓度RB 19中可保持脱色效能不变且脱色速率提高,在高浓度中仍有90%以上的染料被去除。JF4固定化小球降解RB19效能由吸附和降解两阶段完成。固定化小球最佳粒径为2 mm,当RB 19初始浓度由25 mg/L提高至200 mg/L时,固定化小球对RB 19的吸附量q_t由0.052 mg/g升至0.301 mg/g,且吸附过程符合拟二阶动力学模型和Freundlich模型。综上,本论文研究结果为生物强化处理印染废水提供了新的途径,为开发基于VBNC菌复苏从而促进有机污染物微生物修复的新技术奠定了一定的理论基础,并为探索耐高盐降解染料微生物菌种资源拓展了范围。
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