论文部分内容阅读
湖北省地处长江中游,气候湿润,水资源充沛,有“千湖之省”之称。近年来,随着湖北省工业化、城市化进程加快和人口迅速增长,大量未达标处理的含磷（P）废水排入湖泊河流,造成地表水质富营养化的愈加严重。作为全国重要的工农业生产基地,湖北省的化工排污和农业面源污染是引起水体富营养化的主要因素。化工排污和农业面源污染中常常含有大量的磷酸盐和有机磷农药（OPPs）,污染面积大,治理成本高,一直是污水处理的难点。因此,高效处理这类污水是遏制水体富营养化的重要手段。本研究采用传统的平板分离技术结合高通量筛选的方法,从湖北各地采集的样品中筛选出12株高效聚磷菌（MEW09、MEW23、MEW55、MEW78、MEW89、MEW90、MET29、MET63、MET64、MET70、MET83和MET84）。通过高效液相色谱对这12株菌降解有机磷农药乐果的能力进行测定并排序,发现一株来自某污水处理厂活性污泥的聚磷菌株MET70对50 mg/L乐果的降解率高达77.3%。因此,选择兼具高效聚磷和降解有机磷农药的多功能菌株MET70作进一步研究。MET70的菌落形态和部分生理生化特征如下:菌落11.5 mm圆形,淡黄绿色,有氨气味,表面光滑,不透明,有粘性;生理生化特征如下:革兰氏阴性,接触酶阳性,氧化酶阴性,明胶水解阳性,淀粉水解阴性,硝酸盐还原阴性,赖氨酸脱羧酶阳性。该菌株经形态学、生理生化和及16S rRNA序列T-A克隆鉴定,推测是一株嗜麦芽寡营养单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）。MET70的基因组的特点:总基因组大小约为4.55 Mbp,GC含量为66.54%,Scaffold数量有22个,最大Scaffold序列长度为1,241,852 bp,最小Scaffold序列长度为1,471 bp,Scaffold序列平均长度为206,815 bp,N50大小为1,100,072,N90大小为327,820。MET70有4116个预测基因,tRNA结构66个,rRNA结构6个,TRF结构228个,SSR结构45个,无CRISPR结构。MET70游离菌及海藻酸钙包埋小球对含磷废水的聚磷效果实验表明,MET70具有良好的聚磷潜力:游离菌处理5、10、15和20 mg/L的含磷废水24 h后,聚磷率分别达到97.8%,96.3%,85.3%和70.7%,即废水中P浓度低于10 mg/L时,游离菌处理24h即可达到排放标准（TP<0.5 mg/L）;海藻酸钙固定化包埋小球在处理5 mg/L和10 mg/L的含磷废水时,12 h聚磷率达到最高,分别为99.9%和98.9%;在处理15 mg/L和20 mg/L的含磷废水时,48 h聚磷率达到最高,分别为98.2%和98.54%;即废水中P浓度低于10 mg/L时,包埋小球处理12 h即可达到安全排放,在10氧乐果≈敌敌畏>甲基对硫磷>毒死蜱;MET70降解氧乐果、敌敌畏、甲基对硫磷、毒死蜱和乐果的最适pH分别为8.0、8.0、9.0、7.0和9.0;在最适pH下,对应的降解率分别为64.8%、46.36%、50.22%、31.36%和84.01%。MET70降解氧乐果、敌敌畏、甲基对硫磷、毒死蜱和乐果的最适温度分别为30℃、35℃、30℃、30℃和35℃;在最适温度下,对应的降解率分别为64.21%、47.83%、45.8%、32.98%和77.7%。总体来看,MET70的降解性能在pH（7.09.0）和温度（3035℃）范围内较为稳定,且对乐果的降解效果最为显著。MET70对乐果的降解机理研究表明:MET70能够在以乐果为唯一碳源的培养基中生长,摇瓶实验中120 h对50 mg/L乐果的降解率达89.66%。用HPLC检测MET70降解乐果过程中的物质变化,结果显示,降解过程中无新的中间物质峰出现,初步预测MET70对乐果的降解是完全矿化作用。研究还发现,MET70在pH 7.011.0范围内对卵磷脂也有较强的水解能力;将MET70活化后的菌悬液按10%与土壤混合,自然环境下作用72 h后,土壤速效磷含量由8.42 mg/kg升至16.84 mg/kg,土壤供磷能力由之前的低水平提高到中等水平;将MET70活化后的新鲜菌液接种小白菜幼苗20天后,实验组小白菜较对照组:鲜重增加了34.63%,株高增加了12.43%,根长增加了24.36%,茎粗增加了51.79%。综上所述,MET70对磷化工污水的处理和生物农业的发展均具有重要意义。利用MET70高效聚磷和降解有机磷的特性,构想出一种处理磷化工废水的理想化路线,同时实现去除废水中磷酸盐和有机磷,从而提高处理效率,减少运行费用。本研究旨在找到磷资源循环回收的新路径,为生产与应用提供理论基础。