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焦化行业是山西省支柱产业,同时也是一个重污染行业。焦化废水是含多环芳烃(PAHs)的工业废水,PAHs属于典型的持久性有机污染物,具有持久性、高毒性和富集性的特点,使其成为焦化废水中最难降解有机物之一,也成为焦化废水处理之后出水毒性残留的主要组成部分。氧化还原介体(Redox mediators,ROMs)可通过其自身氧化态与还原态的循环转换来加速电子在电子供体与电子受体间的传递,使得生物氧化还原反应的速率提高一个到几个数量级,从而促进难降解有机污染物的厌氧生物转化。本论文利用ROMs具有的电子传递功能及生物催化功能,加速电子由PAHs向ROMs的传递,促进PAHs的厌氧生物降解,强化焦化废水的深度处理。本论文首先采用高通量测序技术对焦化废水处理厂厌氧池、缺氧池和好氧池中的活性污泥进行了组成分析,研究结果表明:在厌氧池中,苯酚降解嗜盐菌Halostagnicola和盐碱红菌属Natronorubrum是优势细菌。甲烷丝状菌Methanosaeta、热裸单胞菌属(Thermogymnomonas)、甲烷微菌属Methanosphaerula和甲烷八叠球菌属Methanosarcina是优势产甲烷古细菌。缺氧池中的功能性细菌为脱氮硫杆菌Thiobacillus、陶厄氏细菌Thauera。缺氧池中还存在Sphingomonas、Novosphingobium和Georgfuchsia等能够降解多环芳烃(PAHs)的功能性细菌。好氧池中的功能性微生物为红环菌Rhodocyclaceae、海洋浮霉菌属Phycisphaera、硝化菌Nitrospira。然后以PAHs为唯一碳源对厌氧池中的活性污泥进行了驯化和富集,得到了高效厌氧降解PAHs富集培养物,并对富集过程中功能性微生物的生态演替进行了分析。富集前后微生物组成发生了显著的演替过程,富集培养第5代后,优势功能性微生物为Thauera,而富集培养到第10代时,能够降解PAHs的功能性微生物的多样性显著增加,除Thauera之外,还有Sphingomonas、Novosphingobium、Georgfuchsia。在此基础上,以富集培养物为种泥,研究了ROMs强化PAHs厌氧生物降解的效能及其影响因素。研究结果发现,AQDS、AQS和腐植酸三种介体对于PAHs的降解都有一定的促进作用,AQDS强化效果最为显著,腐殖酸最弱,且当AQDS的浓度为0.5mmol/L时,其强化效果最佳。硝酸盐对介体强化PAHs厌氧生物降解起到了促进作用,同时也促进了系统的反硝化。最后,从富集培养物中分离到两株PAHs降解菌SXU-1,SXU-2,分别与Georgfuchsia和Sphingomonas具有99%的相似性。Georgfuchsia和Sphingomonas都具有厌氧降解PAHs的能力。通过对介体介导SXU-2菌株谷胱甘肽S-转移酶(GST)活性的研究发现,介体介导PAHs厌氧生物降解可以增强GST的表达,进而提高微生物的耐毒性和电子传递效率。