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Pseudomonas stutzeri ZH-1降解苯酚特性及其降解途径分析

Pseudomonas stutzeri ZH-1降解苯酚特性及其降解途径分析

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作者：闫勇山西师范大学

学位级别：硕士

苯酚是一种难降解得即便是低浓度也危害水生生物与人类身体健康的有毒污染物,其作为一种重要的有机化工基础原料在石油精炼、皮革制造、树脂合成、香料生产等行业广泛应用,由此产生大量含酚工业废水,严重污染生态环境。由于其在低浓度... 详细信息

苯酚是一种难降解得即便是低浓度也危害水生生物与人类身体健康的有毒污染物,其作为一种重要的有机化工基础原料在石油精炼、皮革制造、树脂合成、香料生产等行业广泛应用,由此产生大量含酚工业废水,严重污染生态环境。由于其在低浓度时就显示出高毒性,因此被国家环保部门认定为是环境优先污染物。采用物理或化学方法去除含酚工业废水费用较高、易造成二次污染等,清洁、高效、环境效益突出的生物法尤其是微生物去除法愈来愈受到重视。本论文以山西临汾汾河污泥中分离筛选的Pseudomonas stutzeri ZH-1为研究对象,在前期实验室研究的基础之上,探究和分析了菌株ZH-1对苯酚的降解特性,考察了添加共代谢物质对菌株ZH-1降解苯酚的影响,对比了竹炭作为载体固定菌株ZH-1和游离菌对苯酚的降解效果,并利用LC-MS技术推测了菌株ZH-1对苯酚的降解途径,旨在为菌株ZH-1应用于实际含酚废水处理中提供理论依据。主要研究结果如下:1、为探究菌株ZH-1对苯酚浓度的最大耐受性,通过采用平板试验和耐苯酚浓度实验定性及定量分析了菌株ZH-1的耐受性,结果表明:*** ZH-1在含苯酚100～800 mg/L的平板上生长良好,其最大耐苯酚浓度为1000 mg/L。2、为探究菌株ZH-1对有机物的黏附性,通过粘着碳烃化合物法测定了菌株ZH-1对二甲苯的黏附性,结果表明:菌株ZH-1的细胞表面疏水率最大值为64.2±0.33%,对二甲苯表现出较好的黏附性,菌株可以有效降解有机污染物。3、为菌株ZH-1降解苯酚特性提供最佳降解条件,通过添加共代谢物质研究了菌株ZH-1对苯酚的降解影响,结果表明:当共代谢物质分别为葡萄糖、碳酸氢铵、维生素C、邻苯二酚时,苯酚降解效果最好,降解率分别为84.7±2.78%、81.5±2.89%、83.1±2.78%、79.4±1.05%。且实验基于单因素分析选择葡萄糖浓度、温度、p H、接种量4个因素对菌株ZH-1进行Box-Benhnken实验设计及响应面分析,结果表明:其最优组合为温度37?C、p H=7、葡萄糖浓度0.6 g/L、接种菌量5%,在此条件下,菌株ZH-1对苯酚的降解率最高可达89.6±0.65%。4、为固定化技术在处理含苯酚废水中提供理论参考,实验采用正交设计优化了竹炭固定化菌株ZH-1的最适制备条件,通过扫描电镜对其结构进行了表征,并对比了固定化菌株ZH-1与游离菌降解苯酚效率,以及竹炭固定化菌株ZH-1的可重复循环使用性,结果表明:竹炭固定化菌株ZH-1的最佳制备组合为竹炭1 g,接种量5%,吸附时间24 h,在此条件下,菌株ZH-1对苯酚的降解率高达92.88±1.43%;SEM显示竹碳不规则的多孔隙结构能够有效固定菌株ZH-1;竹炭固定化菌株与相同接种量的游离菌相比,固定化菌表现出了明显的降解优势,且在48 h降解率达92.37±0.69%,与游离菌相比降解率增加了15±0.86%（p＜0.05）;竹炭固定菌经过10轮的循环使用后,竹炭固定菌对苯酚的降解率仍可达到64.6±0.69%,与游离菌相比降解率增加了173±2.94%（p＜0.05）。5、为探究菌株ZH-1对苯酚的降解途径,实验利用LC-MS技术对苯酚降解体系中36 h、72 h降解产物进行检测,结果表明:负离子模式下显著性差异代谢物有18种,其中上调表达的有3种,下调表达的有15种。正离子模式下显著性差异代谢物有86种,其中上调表达的有9种,下调表达的有77种。并通过KEGG对菌株ZH-1降解苯酚的自身代谢通路做了分析,结果表明甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢为菌株ZH-1降解苯酚最显著的代谢（p＜0.05）;通过比对样品测得LC-MS总化合物表,确定了菌株ZH-1降解苯酚产物有己二酸、内酯、β-酮基己二酸等,因此推测苯酚降解途径是通过第一条途径:邻苯二酚1,2加氧酶途径（C120途径）进行的。综上所述,菌株ZH-1对苯酚有一定耐受性,黏附性良好,具有较好降解特性,且利用竹炭固定化菌株在苯酚降解中显示出显著优势,并通过LC-MS技术推断了其对苯酚的降解是C120途径进行。因此,本文可为生物法处理含酚废水提供了技术理论参考。

关键词： Pseudomonas stutzeri ZH-1 苯酚降解共代谢竹炭固定降解途径

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