苯胺高效降解菌的筛选及共代谢机制

王镔, 蔡凯, 邵汝英, 赵振华, 王帅, 高峰, 蒋伟群. 苯胺高效降解菌的筛选及共代谢机制[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021
引用本文: 王镔, 蔡凯, 邵汝英, 赵振华, 王帅, 高峰, 蒋伟群. 苯胺高效降解菌的筛选及共代谢机制[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021
WANG Bin, CAI Kai, SHAO Ruying, ZHAO Zhenhua, WANG Shuai, GAO Feng, JIAGN Weiqun. Study on the Screening of Aniline-degrading Strain and Its Co-Metabolism Mechanism[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021
Citation: WANG Bin, CAI Kai, SHAO Ruying, ZHAO Zhenhua, WANG Shuai, GAO Feng, JIAGN Weiqun. Study on the Screening of Aniline-degrading Strain and Its Co-Metabolism Mechanism[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021

苯胺高效降解菌的筛选及共代谢机制

    作者简介: 王 镔(1995 − ),女,本科。研究方向:生物工程。E-mail:wangbin@china-lason.com
    通讯作者: 蔡 凯(1986 − ),男,博士。研究方向:微生物。E-mail:caikai@china-lason.com
  • 中图分类号: X172; X52

Study on the Screening of Aniline-degrading Strain and Its Co-Metabolism Mechanism

    Corresponding author: CAI Kai, caikai@china-lason.com
  • 摘要: 本实验从苯胺废水中分离筛选出一株苯胺高效降解菌,并将其命名为LS1。经过形态特征和序列相似性对比,确定LS1为粪产碱杆菌。苯胺降解能力实验结果显示,苯胺浓度为1 000 mg/L以下,停留时间延长至72 h时,菌株LS1对苯胺的降解率可达到95%以上。苯胺最佳共代谢碳源选择的实验结果显示,以1 000 mg/L为苯胺实验浓度时,抗坏血酸对菌株LS1的降解率提高最为明显,其次是甲醇、葡萄糖、淀粉、蔗糖。鉴于对方便保存和经济方面的考虑,选取葡萄糖为最佳共代谢碳源,并通过实验证明最佳投加比为苯胺与葡萄糖COD为2∶1时。
  • 地下水是自然界水资源的重要组成部分,随着我国社会经济的发展,地下水资源受到不同程度的污染,严重影响地下水利用. 相关调查显示,对我国地下水造成严重污染的因素之一就是砷汞等重金属污染[12]. 砷是人体非必需元素,元素砷的毒性较低而砷的化合物均有剧毒,三价砷化合物比五价砷化合物毒性更强,且有机砷对人体和生物都有剧毒. 汞以及其化合物都是剧毒的重金属污染物,即使微量的汞也可以污染环境,经食物链进入人体,蓄积在体内引起全身中毒,影响人类健康. 砷、汞是地下水监测中要求必测的两个毒理学指标. 以往砷的测定主要是新银盐分光光度法、原子吸收法、原子荧光法和电感耦合等离子体发射光谱法等. 汞分析方法主要有双硫腙分光光度法、冷原子吸收法、冷原子荧光法和原子荧光法等[34].

    原子荧光法(AFS)具有灵敏度高、共存元素干扰少、方法简单快速等优点,近年来被广泛用于可形成挥发性氢化物元素的测定. 电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)因其操作方便、线性范围宽、可以多元素同时检测以及检出限低等优点,现在已被越来越多的实验室所采用. 因此本文比较了AFS、ICP-MS和ICP-OES三种不同方法检测地下水中的砷和汞,为地下水中砷汞测定提供依据.

    砷标准贮备液:100 μg·mL−1,中国计量科学研究院,批号GBW(E)080117;砷质控溶液:(45.5±3.1)μg·L−1,环境保护部标准样品研究所,批号GSB 07-3171-2014;汞标准贮备液:100 μg·mL−1,中国计量科学研究院,批号GBW(E)080124;汞质控溶液:(5.15±0.42)μg·L−1,环境保护部标准样品研究所,批号GSB 07-3173-2014.

    盐酸:ρ(HCl)=1.19 g·mL−1,优级纯;硝酸:ρ(HNO3)=1.42 g·mL−1,优级纯;硫脲+抗坏血酸混合液:称取10.0 g 硫脲和10.0 g 抗坏血酸溶于100 mL 纯水中,搅拌均匀,现用现配;硼氢化钠溶液:称取0.5 g 氢氧化钠溶于100 mL水中,加入2.0 g 硼氢化钠,混匀,临用时现配.

    (1)原子荧光分析仪AFS(BAF-2000,北京宝德仪器有限公司),仪器工作条件见表1.

    表 1  AFS仪器工作条件
    Table 1.  The instrument parameter of AFS
    设定值设定值
    主阴极电流40 mA辅阴极电流40 mA
    30 mA0 mA
    负高压280 V炉温200℃
    载气流量400 mL·min−1屏蔽气流量800 mL·min−1
    炉高8 mm读数时间20 s
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    (2) 电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS(7900,美国安捷伦科技有限公司)

    仪器开机稳定后,用1.0 μg·L−1铈(Ce)、铊(Tl)、锂(Li)、钇(Y)、钴(Co)调谐溶液,对仪器各个参数进行调谐,使其达到最佳状态. 本次实验仪器工作条件见表2.

    表 2  ICP-MS 仪器工作条件
    Table 2.  The instrument parameter of ICP-MS
    设定值设定值
    氦气流量4.5 mL·min−1采样深度8 mm
    射频功率1550 W雾化室温度2 ℃
    载气流量1.06 L·min−1蠕动泵速0.1 r·min−1
    扫描次数3采集时间30 s
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    (3)电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES(5110,美国安捷伦科技有限公司)

    仪器开机稳定后,使用波长校正液(5 mg·L−1 的Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Zn以及50 mg·L-1 K)对仪器进行检测器校正和波长校正,使其达到最佳状态. 仪器工作条件见表3.

    表 3  ICP-OES仪器工作条件
    Table 3.  The instrument parameter of ICP-OES
    设定值/( mL·min−1设定值
    雾化器流量0.70RF功率1.20 kW
    等离子体流量12.0观察方式轴向
    辅助气流量1.00观察高度8 mm
    补偿气流量0.00泵速12 r·min−1
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    AFS标准曲线的建立 吸取砷和汞标准溶液,用10%浓盐酸和10%硫脲+抗坏血酸混合液配制砷汞标准系列分别为0.00、2.00、4.00、8.00、16.0、20.0 μg·L−1 和0.00、0.10、0.20、0.40、0.80、1.00 μg·L−1,静置半小时后依次进行标准溶液测定[5].

    ICP-MS标准曲线的建立 用5%HNO3配制砷浓度为0.00、0.50、1.00、5.00、10.0、20.0、50.0 μg·L−1,用5% HNO3+100 µg·L−1Au配制汞浓度为0.00、0.20、0.40、0.80、1.60、2.00 μg·L−1的标准系列,分别选取As75和Hg202为质量数,Ge72和Re185为内标,采用蠕动泵管在线加入内标溶液进行测定[68].

    ICP-OES标准曲线的建立 用5%HNO3配制砷浓度为0.00、0.02、0.05、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 μg·mL−1,汞浓度为0.00、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 μg·mL−1的标准系列,选取As188.980 nm和Hg 194.164 nm为测定波长[910].

    原子荧光法:按照HJ 694-2014 方法[5]实验步骤进行样品前处理后上机测定. ICP-MS和ICP-OES法:将待测水样经水系0.45 μm 滤膜过滤, 去除水样中有机物及大颗粒物质的干扰,过滤后加入纯硝酸酸化,使样品中硝酸的浓度为1%(pH<2),即可上机检测.

    砷汞的3种不同检测方法的线性回归方程见表4. 按照环境监测分析方法标准制修订技术导则(HJ 168-2020)要求[11],对浓度值为估计方法检出限值2—5倍的样品进行7次平行测定,计算检出限见表4. 结果表明,砷汞的3种不同测试方法在一定的浓度范围内线性良好,相关系数均在0.999以上. AFS和ICP-MS法砷和汞的检出限都低于相关水质标准检出限[56,8]以及《地下水质量标准》[12]规定的Ⅰ类水限值,完全能够满足地下水测试要求. ICP-OES法砷汞检出限远远高于《地下水质量标准》中的Ⅰ类水限值,可用于受到污染的地下水检测.

    表 4  线性回归方程和检出限(μg·L−1
    Table 4.  The equation of linear regression and the detection limit(μg·L−1
    测试方法 元素 线性回归方程 相关系数 检出限 水质标准检出限 《地下水质量标准》Ⅰ类水限值
    AFS Y=156.718C+1.961 0.9999 0.10 0.3 1
    Y=1407.700C+1.454 0.9999 0.03 0.04 0.1
    ICP-MS Y=0.0132C+3.1724×10−5 1.0000 0.02 1.15 1
    Y=5.5152×10−4C+4.2589×10−4 0.9995 0.05 0.07 0.1
    ICP-OES Y=1638.7579C+1.9756 0.9999 20 200 1
    Y=4458.2790C+40.4738 0.9994 9.36 0.1
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    为了研究不同测试方法的准确度,进行加标回收率实验. 取同一地下水样品,加入不同浓度的砷汞标准溶液. 每个样品重复测定2次后取平均值,结果可以看出,AFS法砷回收率在82.6%—90.4%之间,汞回收率在96.0%—100%之间;ICP-MS法砷回收率在97.4%—99.6%之间,汞回收率在96.0%—102%之间;ICP-OES法砷回收率在101%—104%之间,汞回收率在99.5%—106%之间, 3 种方法的加标回收率完全满足测试要求。

    分别用3种测试方法对砷汞有证标准样品平行测定3次. 由于汞的质控样浓度比较低,ICP-OES未做汞质控样的测试工作. 由表5可以看出,质控测定结果均在理论值范围内,说明3种方法有很好的准确性,分析数据结果可靠.

    表 5  不同测试方法对砷汞质控样品测试结果
    Table 5.  The results of As and Hg quality control samples by different test methods
    砷测定值/(μg·L−1)(GSB 07-3171-2014 200447) 汞测定值/(μg·L−1)(GSB 07-3173-2014 202045)
    原子荧光法 43.0 5.51
    43.7 5.47
    43.5 5.50
    ICP-MS 45.7 5.37
    44.8 5.30
    46.1 5.17
    ICP-OES 44.0
    42.8
    43.5
    质控样品理论值 45.5±3.1 5.15±0.42
      “—”未检测
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    利用不同测试方法对同一地下水样连续进样6次测定,计算其相对标准偏差(RSD),得到不同测试方法的精密度. 可以看出,AFS法相对标准偏差砷为0.51%,汞为4.15%;ICP-MS法相对标准偏差砷为0.56%,汞为4.96%;ICP-OES法相对标准偏差砷为1.47%,汞为3.92%(加标地下水水样). 3种测试方法的精密度较好,都符合地下水分析方法的测试要求.

    地下水中砷汞的3种不同测试方法(AFS、ICP-MS、ICP-OES)在一定的浓度范围内标准曲线线性良好,相关系数均在0.999以上. 加标回收率和精密度较好,质控测定结果均在理论值范围内,说明3种方法有很好的准确性和稳定性,分析数据结果可靠. AFS和ICP-MS法砷检出限分别为0.10 μg·L−1和0.02 μg·L−1,汞检出限分别为0.03 μg·L−1和0.05 μg·L−1,都远低于相关水质标准检出限以及《地下水质量标准》规定的Ⅰ类水限值,完全能够满足地下水测试要求. 而ICP-OES法砷汞的检出限比较高,分别为20 μg·L−1和9.36 μg·L−1,可用于受到污染的地下水样品检测.

  • 图 1  菌株的形态特征(左)及显微镜下革兰氏染色照片(右)

    图 2  菌株LS1的16S rRNA系统发育树

    图 3  菌株LS1对不同浓度苯胺的降解情况

    图 4  不同外加碳源对苯胺降解的影响

    图 5  不同投加比例葡萄糖对苯胺降解的影响

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-11
  • 刊出日期:  2020-08-20
王镔, 蔡凯, 邵汝英, 赵振华, 王帅, 高峰, 蒋伟群. 苯胺高效降解菌的筛选及共代谢机制[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021
引用本文: 王镔, 蔡凯, 邵汝英, 赵振华, 王帅, 高峰, 蒋伟群. 苯胺高效降解菌的筛选及共代谢机制[J]. 环境保护科学, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021
WANG Bin, CAI Kai, SHAO Ruying, ZHAO Zhenhua, WANG Shuai, GAO Feng, JIAGN Weiqun. Study on the Screening of Aniline-degrading Strain and Its Co-Metabolism Mechanism[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021
Citation: WANG Bin, CAI Kai, SHAO Ruying, ZHAO Zhenhua, WANG Shuai, GAO Feng, JIAGN Weiqun. Study on the Screening of Aniline-degrading Strain and Its Co-Metabolism Mechanism[J]. Environmental Protection Science, 2020, 46(4): 117-121. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2020.04.021

苯胺高效降解菌的筛选及共代谢机制

    通讯作者: 蔡 凯(1986 − ),男,博士。研究方向:微生物。E-mail:caikai@china-lason.com
    作者简介: 王 镔(1995 − ),女,本科。研究方向:生物工程。E-mail:wangbin@china-lason.com
  • 江苏蓝必盛化工环保股份有限公司,江苏 宜兴 214200

摘要: 本实验从苯胺废水中分离筛选出一株苯胺高效降解菌,并将其命名为LS1。经过形态特征和序列相似性对比,确定LS1为粪产碱杆菌。苯胺降解能力实验结果显示,苯胺浓度为1 000 mg/L以下,停留时间延长至72 h时,菌株LS1对苯胺的降解率可达到95%以上。苯胺最佳共代谢碳源选择的实验结果显示,以1 000 mg/L为苯胺实验浓度时,抗坏血酸对菌株LS1的降解率提高最为明显,其次是甲醇、葡萄糖、淀粉、蔗糖。鉴于对方便保存和经济方面的考虑,选取葡萄糖为最佳共代谢碳源,并通过实验证明最佳投加比为苯胺与葡萄糖COD为2∶1时。

English Abstract

  • 苯胺是一种具有强烈气味的微黄色或无色油状液体,主要用于制造药物、树脂、染料和橡胶硫化促进剂等[1],在印染、橡胶和农药等行业的废水中广泛存在,其浓度有时甚至高达上千毫克每升。然而废水中苯胺浓度高于100 mg/L时,对水生生物和人体健康就会造成严重威胁[2],所以苯胺或其衍生物等已被EPA和中国环保部门列入“优先污染物黑名单”[3-4],是如今环保行业水污染治理的重中之重[5]

    苯胺是一类难降解的有机物,现处理该物质的方法一般分为化学法、物理法和生物法。常用的物理处理方法有吸附法、萃取法和膜分离法。吸附法和膜分离法需经常更换吸附物质或膜,两者均成本较高[6];单用萃取法很难使苯胺与需处理的污水完全分离[7]。化学法包括氧化还原法、二氧化氯氧化法和臭氧氧化法等。曹向禹等[8]发现二氧化氯氧化法可去除90%以上的苯胺;胡军等[9]研究表明臭氧氧化法对苯胺的去除率达到96%,且苯胺浓度越高去除效果越显著。

    与上述方法相比,生物法操作简单、处理效率高、出水稳定并且处理费用低,也常被应用于处理苯胺[10]。以生物法处理苯胺的首要目标是筛选出苯胺的高效产酶菌。目前已有报道的苯胺高效降解菌有Ochrobactrum anthropic(人苍白杆菌)、Rhodococcuspyridinivorans(食吡啶红球菌)、Bacillus(杆菌)、Delfitiaacidovorans(食酸戴尔福特菌)、Pseudomonassp.(假单胞菌属)和Candida tropicalis(热带假丝酵母)等。Ochrobactrum anthropic在35 ℃、pH=6.5时可完全降解200~800 mg/L苯胺,降解速率为10 mg/(L·h)−1[11]Rhodococcuspyridinivorans最高可耐受5 g/L的苯胺,其降解苯胺的最适温度为30 ℃[12]Bacillus可在60 h内将1.5 g/L的苯胺降解完毕[13]Delfitiaacidovorans为兼性菌,在好氧条件下,30 h内可完全降解100 mg/L苯胺,在厌氧条件下需要7 d才可完全降解[14];当苯胺浓度为400 mg/L时,18 h后Candida tropicalis的降解率可达93%[15]

    在难降解物质的降解过程中,共代谢作用可使微生物酶活性增强,提高降解效率。共代谢是指微生物通过生长基质提供的碳源或氮源等营养,利用菌体内高效酶降解非生长基质(难降解物质)。吴守江等[16]通过实验发现当维生素C的含量与苯胺含量为1∶6时,苯胺降解速率最高,24 h内可将100 mg/L的苯胺降至0.05 mg/L。李剑等[17]研究了以苯胺为唯一碳源或氮源时,共代谢底物对苯胺降解的影响。结果表明,共代谢对苯胺的降解率有显著提高效果。在仅以苯胺为底物时,降解率低于10%,添加葡萄糖或蛋白胨进行共代谢后,菌株对苯胺的降解率提升至70%左右。

    文章从某化工厂的苯胺废水中筛选分离到一株苯胺高效降解菌,并对其最佳共代谢碳源及投加比例进行研究。

  • 无机盐培养基:NaCl 1 g/L,K2HPO4 1 g/L,KH2PO4 1 g/L,微量元素液 10 mL,pH=7.0~7.2;

    微量元素液:MgSO4 0.5 g/L,MnSO4 0.17 g/L,H3BO3 0.12 g/L,ZnSO4·7H2O 0.12 g/L,FeSO4·7H2O 0.3 g/L,自然pH;

    富集培养基:牛肉膏3 g/L,蛋白胨10 g/L,NaCl5 g/L,自然pH;

    筛选培养基:在无机盐培养基中添加不同浓度的苯胺作为唯一碳源和氮源;

    固体筛选培养基:在筛选培养基中加入1.5%~2%的琼脂,121 ℃灭菌30 min。

  • 向装有190 mL富集培养基的三角瓶中投加10 mL苯胺废水,并将置于150 r/min,30 ℃摇床中培养3 d。培养结束后,将10 mL富集菌液接种于90 mL的苯胺浓度为200 mg/L无机盐培养基中,并将其置于150 r/min,30 °C摇床中培养3 d。最后取1 mL驯化后的菌悬液于灭菌后的EP管中,用梯度稀释法将其分别稀释至10−1、10−2······10−8梯度,取10−2~10−8稀释液涂布在以苯胺为唯一碳源和氮源(苯胺浓度为200 mg/L)的无机盐培养基平板上后,置入30 ℃恒温培养箱中倒置过夜培养。

  • 取适当稀释的富集菌液涂布在富集培养基平板上,置入30 ℃恒温培养箱培养倒置过夜培养,72 h后观察菌落的大小、形状和颜色等特征,并对其进行革兰氏染色[18]

  • 委托上海生工生物工程有限公司使用16S rRNA序列测定分析法对菌株进行鉴定。

  • 以5%的接种量向苯胺浓度分别为200、400、600、800和1 000 mg/L的无机盐培养基中投加富集菌液,在150 r/min、30 ℃的摇床中振荡培养,每24 h测定无机盐培养基中的苯胺剩余浓度。

  • 以接种量5%向苯胺浓度为1 000 mg/L的无机盐培养基中接种富集后的菌液,同时向其中分别投加甲醇、抗坏血酸、葡萄糖、淀粉和蔗糖作为外加碳源(苯胺与外加碳源COD比为10∶1),最后将其置于150 r/min、30 ℃的摇床中振荡培养,每24 h测定无机盐培养基中的苯胺剩余浓度。

  • 以接种量5%向苯胺浓度为1 000 mg/L的无机盐培养基中接种富集后的菌液,同时向其中分别投加苯胺与共代谢碳源COD比为10∶1、5∶1、2∶1、1∶1和1∶2的外加碳源,将其置于150 r/min、30 ℃的摇床中振荡培养,每24 h测定无机盐培养基中的苯胺剩余浓度。

  • 苯胺的浓度测定方法参照《水质 苯胺类化合物的测定N-(1-萘基)乙二胺偶氮分光光度法(GB 11889—89)》[19]。苯胺的去除率按照公式(1)计算。

    式(1)中:c0为苯胺初始浓度,mg/L;c1为苯胺剩余浓度,mg/L。

  • 从废水中共筛出3株菌,选择对苯胺降解效果最佳的一株作为实验菌株,将其命名为LS1。将其在富集培养基平板上划线,倒置于30 ℃恒温培养箱中过夜培养48 h,见图1。菌落呈圆形,无色透明,表面光滑,边缘整齐,为革兰氏阴性菌。

  • 菌株LS1的16S rRNA基因PCR扩增序列长度为1473 bp,将该序列在NCBI的数据库中进行相似性比较,其与粪产碱杆菌(Alcaligenesfaecalis)的序列相似性为99%,确定该菌株LS1为Alcaligenesfaecalis。进行多重序列比对,并构建系统发育树,见图2

  • 为研究菌株LS1对苯胺的降解能力,以5%的接种量向苯胺浓度分别为200、400、600、800和1 000 mg/L的无机盐培养基中接种处于对数期的菌液,在150 r/min、30 ℃的摇床中振荡培养,每24 h测定无机盐培养基中的苯胺剩余浓度。不同停留时间对苯胺的降解情况见图3

    图3可见,当停留时间延长至72 h时,菌株LS1对苯胺的降解率均达到95%以上,苯胺剩余浓度均低于50 mg/L。苯胺浓度为200 mg/L时,48 h内即可被菌株LS1完全降解;苯胺浓度高于200 mg/L时,菌株LS1将苯胺降解至50 mg/L以下需72 h。苯胺浓度800 mg/L时,降解速率为23.49 mg/(L·h)−1,为苯胺最大降解速率。

  • 苯胺是高毒有机物,为降低高浓度苯胺对菌株LS1的活性抑制,在无机盐培养基中外加碳源,以期提高菌株LS1对苯胺的降解速率。在苯胺浓度为1 000 mg/L的无机盐培养基中分别投加甲醇、抗坏血酸、葡萄糖、淀粉、蔗糖作为外加碳源(苯胺与外加碳源COD比为10∶1),并接种5%富集菌株LS1,将其置于150 r/min、30 ℃的摇床中振荡培养,每24 h测定无机盐培养基中的苯胺剩余浓度。不同碳源对苯胺降解影响(72 h苯胺出水浓度),见图4

    图4可见,苯胺为唯一氮源和碳源(即对照)时,72 h后剩余苯胺浓度为168.5 mg/L,降解率为83.1%;投加了蔗糖的装置72 h后剩余苯胺浓度为213.7 mg/L,差于以苯胺为唯一碳氮源的装置;其中效果最好的是抗坏血酸,出水浓度为59.6 mg/L,其次是甲醇、葡萄糖、淀粉和蔗糖,都对苯胺的降解有促进作用。

  • 虽然在苯胺无机盐溶液中外加碳源可提高菌株LS1对苯胺的降解速率,但投加量过高或过低都会导致降解速率不升反降。为最大程度提高菌株LS1对苯胺的降解速率,对其共代谢碳源的最佳投加比例进行研究。由于抗坏血酸价格昂贵,甲醇不易保存,故选择葡萄糖为共代谢碳源进行实验。向苯胺浓度为1 000 mg/L的无机盐培养基中分别投加与苯胺COD比为10∶1、5∶1、2∶1、1∶1和1∶2的葡萄糖,并接种5%的富集菌液,将其置于150 r/min、30 ℃的摇床中振荡培养,每24 h测定无机盐培养基中的苯胺剩余浓度。投加不同比例葡萄糖对苯胺降解影响(72 h苯胺出水浓度),见图5

    图5可见,苯胺与葡萄糖COD比为2∶1时,72 h后菌株LS1对苯胺的降解率达到91.1%,是葡萄糖最佳投加比例;其次是苯胺与葡萄糖COD比为1∶1时,效果较佳,降解率达到72.9%。当氮碳源投加比为10∶1时,停留时间为72 h时可能碳源供应不足,降解速率减缓;而当氮碳源投加比为5∶1和1∶2时,虽小幅提高了降解率,但葡萄糖仍存在过低或过高的状况,降解率不理想。因此,苯胺与葡萄糖的COD最佳比为2∶1。

  • 此次实验从苯胺废水中分离出3株高效产酶菌,从中择选效果最好的一株作为实验菌株,并对其进行16S rRNA分子学鉴定、苯胺降解能力、最佳共代谢碳源和其投加比例的研究,得出以下结论。

    1)以无机盐培养基分离筛选出一株高效产酶菌,经过其形态特征和序列相似性比较,确定该菌株为粪产碱杆菌,并将其命名为LS1;

    2)当苯胺浓度为1 000 mg/L以下时,停留时间延长至72 h时,菌株LS1对苯胺的降解率均达到95%以上,苯胺剩余浓度均低于50 mg/L;

    3)在外加碳源的情况下,对菌株LS1降解苯胺促进效果最好的是抗坏血酸,72 h出水中苯胺剩余浓度为59.3 mg/L,其次是甲醇、葡萄糖、淀粉和蔗糖;

    4)由于抗坏血酸价格昂贵,甲醇不易保存,故选取葡萄糖为最佳投加比实验对象,以1 000 mg/L为苯胺实验浓度。当苯胺与葡萄糖COD比为2∶1,停留时间为72 h时,菌株LS1可降解91.1%的苯胺;其次是投加比为1∶1时,菌株LS1对苯胺的降解率达到72.9%。

    文中实验仅以粪产碱杆菌作为实验菌株且并未进行实际废水实验研究,后续研究时可进行多种文献记载的苯胺高效产酶菌对苯胺的降解能力对比,并对其代谢途径进行探索,还应将共代谢实验结果投加至实际工程中进行尝试。

参考文献 (19)

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