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修复壬基酚污染水体的高效菌群构建及降解特性研究

马娟  
【摘要】:壬基酚(Nonylphenol,NP)是环境内分泌干扰物(Endocrine disrupting chemicals,EDCs)中使用量较大、污染范围较广且干扰活性非常强的一类烷基酚(AlkylPhenols,AP)。它是联合国环境规划署(UNEP)制定的优先控制的27种持久性有毒污染物(persistent toxic substance,PTS)之一,另外也是欧盟列出的13种优先控制的有毒污染物之一。壬基酚在世界范围内对水体造成的污染不容乐观。因此,研究壬基酚的微生物降解就显得尤为重要。为有效控制水体中壬基酚的污染,丰富高效降解壬基酚的微生物资源,本文从垃圾填埋场的垃圾渗滤液和污水处理厂的活性污泥中经驯化分离得到8株NP降解菌(分别命名为:WN1、WN2、WN4、WN6、SLY7、SLY8、SLY9、SLY10),经鉴定WN1、SLY7和SLY10分别属于假单胞菌属中的蒙氏假单胞菌(Pseudomonas monteilii)、施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。WN2和WN6属于沙雷氏菌(Serratia),WN4属于阿氏肠杆菌(Enterobacter asburiae),SLY8属于非脱羧勒克菌(Leclercia adecarboxylata),SLY9属于克雷伯氏菌属(Klebsiella)。8株菌对低浓度的壬基酚(5~20 mg/L)具有较好的降解效果,降解率(扣除空白对照)都在50%以上。通过特异性引物检测了所分离出的8株菌的降解基因,其中WN4、WN6、SLY7、SLY8和SLY9含有ALK基因,WN6和SLY10含有C12O基因。根据8株菌的降解途径和菌源的不同,构建了高效降解NP的复合菌群,发现将WN6、SLY9和SLY10按2:1:2(菌悬液体积比)的比例复配而成的复合菌群ZJF降解效率最高,对初始底物浓度为20 mg/L的NP降解率达到了73.82%,比组合中降解效率最高的WN6提高了15.6%,比同浓度降解效率最高的WN1提高了6.54%。通过摇瓶实验考察了壬基酚初始浓度、pH值、温度以及摇床转速等因素对菌株降壬基酚能力的影响,结果表明,菌群ZJF降解壬基酚的最佳条件是pH值为6.0,温度为30℃,转速为150 r/min,投菌量为10%,在此条件下,历时5 d,ZJF对初始浓度为20 mg/L的NP的降解率可达77.67%。本文还考察了外加营养物质对菌群ZJF的生长和降解能力的影响。结果显示,在以NP为碳源的情况下,菌群ZJF对葡萄糖和酵母粉的利用要优于有机酸(水杨酸)、低碳醇(乙醇)、铵态氮(NH4Cl)和硝态氮(NaNO3)。葡萄糖和NaNO3对NP的降解不仅没有刺激作用,反而抑制了ZJF对NP的降解,且浓度越高,抑制作用越显著。水杨酸、乙醇、酵母粉以及NH4Cl对NP的降解都具有促进作用,但刺激作用十分有限。不同的增容手段对菌群利用NP的能力有较大的影响,其中直接投加乙醇储备液和吐温80储备液,NP的降解效率有明显的提高,分别提高了9.93%和4.19%。采用复合菌群ZJF对受壬基酚(NP初始浓度20 mg/L)污染长江水和古运河水进行了模拟修复,结果表明,菌群ZJF与长江和古运河水中的土著微生物具有很好的相容性,可有效地对水中的NP进行降解。历时6 d,菌群ZJF对古运河水中的NP的降解率接近于80%,对长江水中的NP的降解率为72.84%。菌群ZJF对不同浓度NP污染水体的降解过程符合一级动力学模型,初始浓度在5~100mg/L时,菌群ZJF对长江水和古运河中NP的降解速率常数分别在0.334~0.098 d-1和0.373~0.119 d-1,半衰期分在2.21~7.70 d和2.23~6.36 d的范围内。


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