楊智臨 李亞龍 白智勇 王士東 楊琦

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院

生物與胞外聚合物偶聯(lián)降解石油污染土壤中常見(jiàn)有機(jī)物*

楊智臨 李亞龍 白智勇 王士東 楊琦

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院

將石油污染土壤中篩選出來(lái)的專一性降解萘菌株Rhodococcus、專一性降解菲菌株Nocardioides與胞外聚合物（EPS）聯(lián)用，對(duì)石油污染土壤中常見(jiàn)的兩種難降解有機(jī)物萘、菲的降解規(guī)律和動(dòng)力學(xué)與菌株的生長(zhǎng)曲線進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EPS與萘降解菌聯(lián)用吸附降解萘的最佳萘初始投加量為2.14mg/L，最佳pH值為6，最佳溫度為30℃；EPS與菲降解菌聯(lián)用吸附降解菲的最佳菲初始投加量為0.06mg/L，最佳pH值為6，最佳降解溫度為20℃。EPS與菌株聯(lián)用對(duì)萘的去除率達(dá)96%時(shí)，菲的去除率達(dá)100%。

石油；胞外聚合物；萘、菲；降解

將石油污染土壤中篩選出來(lái)的專一性降解萘菌株Rhodococcus、專一性降解菲菌株Nocardioides與胞外聚合物（EPS）聯(lián)用，對(duì)石油污染土壤中常見(jiàn)的兩種難降解有機(jī)物萘、菲的降解規(guī)律和動(dòng)力學(xué)與菌株的生長(zhǎng)曲線進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)與方法

1.1 試驗(yàn)試劑與儀器

儀器：立式自動(dòng)電熱壓力蒸汽滅菌鍋（LDZX—40CI，上海申安）、恒溫水浴振蕩器（SHA—B，國(guó)華）、分析天平（FA1004，上海精科）、分光光度計(jì)（722s，上海精密科學(xué)儀器）、高速冷凍離心機(jī)（GL—20M，上海盧湘）、液相色譜儀（1525，Waters）等。

材料試劑：萘（育才精細(xì)化工）、菲（J&KCHEMICA）、牛肉膏、蛋白胨（均為奧博星）、無(wú)機(jī)鹽等，無(wú)機(jī)鹽及微量元素配比成分參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。本實(shí)驗(yàn)所用藥劑均為分析純。

1.2 萘、菲的測(cè)定

以高效液相色譜定量測(cè)定萘、菲濃度，色譜柱為C—18反相色譜柱，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)254nm，流動(dòng)相為甲醇∶水=90∶10，流速為1.0mL/min。

1.3 EPS的提取

為了避免化學(xué)藥劑對(duì)EPS性質(zhì)的影響，采用物理方法提取EPS。本文選用蒸汽法，將活性污泥試樣置于高壓滅菌鍋中，在120℃，100kPa的條件下加熱10min左右，然后以9000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，上清液用濾膜過(guò)濾，得粗EPS[2]后以0.45μm濾膜過(guò)濾，再放入4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 降解實(shí)驗(yàn)

250mL血清瓶中含有定量萘或菲、2mL菌懸液、2mL的EPS，并且加入216mL無(wú)機(jī)鹽，使液體體積達(dá)到220mL。密封瓶口后放入恒溫水浴搖床中開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。取樣時(shí)刻為0、0.5、2、4、8、12和24h。

2 結(jié)果與討論

2.1 菌對(duì)萘、菲的降解

（1）EPS與萘降解菌耦合降解萘。初始條件：EPS的投加量為42mg/L，萘的初始濃度為6mg/L，pH值為7，菌懸液接種量為1%，轉(zhuǎn)速為150r/min。以時(shí)間（t）為橫坐標(biāo)，初始濃度/當(dāng)前時(shí)刻濃度（c/c0）為縱坐標(biāo)做圖，在不同溫度條件下菌種對(duì)萘的降解如圖1所示。從圖1可以看出，在反應(yīng)開(kāi)始12h內(nèi)，30℃和35℃條件下的降解速率明顯要高于20℃和25℃。其原因可能是在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，隨著溫度的升高，酶的活性較高[3]，因此，反應(yīng)隨著溫度的升高開(kāi)始；在30℃條件下，EPS與萘降解菌耦合對(duì)萘的去除率最高為75%。

（2）EPS與菲降解菌耦合降解菲。初始條件：EPS的投加量為42mg/L，菲的初始濃度為0.5mg/L，pH值為7，菌懸液接種量為1%，轉(zhuǎn)速為150r/min。以時(shí)間（t）為橫坐標(biāo)，初始濃度/當(dāng)前時(shí)刻濃度（c/c0）為縱坐標(biāo)做圖，在不同溫度條件下菌種對(duì)菲的降解如圖2所示。從圖2可以看出，隨著溫度的降低，對(duì)菲的去除率逐漸上升，即EPS與菲降解菌聯(lián)用去除菲的效果隨著溫度的升高逐漸降低；同時(shí)，在12h后，吸附量基本上不再變化，類似于達(dá)到了一種吸附平衡，這說(shuō)明在降解過(guò)程中，EPS的吸附作用占據(jù)主導(dǎo)作用。

圖1 EPS與萘降解菌耦合在不同溫度條件下降解吸附萘

圖2 EPS與菲降解菌耦合在不同溫度條件下降解吸附菲

2.2 動(dòng)力學(xué)研究

對(duì)EPS與菌株偶聯(lián)降解萘分別進(jìn)行一級(jí)動(dòng)力學(xué)與二級(jí)動(dòng)力學(xué)模擬。由模擬結(jié)果可知，對(duì)于不同溫度下EPS與菌株偶聯(lián)使用降解吸附萘的動(dòng)力學(xué)模擬更加符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，其R2值均在0.95左右；在20、25、30、35℃的情況下，反應(yīng)速率常數(shù)k分別為0.025、0.0045、0.056、0.045，半衰期t1/2分別為27.7260、15.4033、12.3776、15.4033。

2.3 菌種的生長(zhǎng)曲線

準(zhǔn)備2個(gè)錐形瓶，向錐形瓶?jī)?nèi)分別接種1%的萘降解菌株和菲降解菌株，然后分別向2個(gè)錐形瓶中投加足夠量萘菲來(lái)提供碳源，并且分別加入2mL的EPS，在30℃，150r/min搖床上培養(yǎng)[4]，定時(shí)對(duì)菌株的生長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)，利用OD600來(lái)表征菌量的多少。從圖3、圖4可以看出，兩株菌生長(zhǎng)均都有明顯的對(duì)數(shù)增殖期（減速增殖期）、穩(wěn)定期、內(nèi)源呼吸期。另外，對(duì)于萘菌來(lái)講，對(duì)數(shù)增殖期明顯減少，在7天時(shí)細(xì)菌數(shù)量就開(kāi)始趨向穩(wěn)定，這說(shuō)明EPS對(duì)于萘菌的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。這可能是由于EPS中大量的蛋白質(zhì)和多糖等成分對(duì)萘菌起了共代謝的作用，使細(xì)菌的代謝速度增加，從而使細(xì)菌數(shù)量迅速達(dá)到飽和值。兩種菌株基本上也都是在60天后衰減到了一定的值，細(xì)菌數(shù)量趨于穩(wěn)定。

圖3 EPS與萘共同作為碳源降解萘菌生長(zhǎng)曲線

圖4 EPS與菲共同作為碳源降解菲菌生長(zhǎng)曲線

3 結(jié)論

（1）EPS與萘降解菌聯(lián)用吸附降解萘的最佳萘初始投加量為2.14mg/L，最佳pH值為6，最佳溫度為30℃；EPS與菲降解菌聯(lián)用吸附降解菲的最佳菲初始投加量為0.06mg/L，最佳pH值為6，最佳降解溫度為20℃。

（2）在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，EPS與萘降解菌以及菲降解菌聯(lián)用吸附降解萘的最高去除率為96%，對(duì)菲最佳去除率為100%。

（3）在萘、菲互相共代謝條件下，兩種菌株的生長(zhǎng)都有明顯的對(duì)數(shù)增殖期（減速增殖期）、穩(wěn)定期、內(nèi)源呼吸期。

[1]王士東，楊琦，王詩(shī)宗，等．好氧污泥胞外聚合物提取方法比較及其對(duì)染色劑玫瑰紅B的吸附[J]．安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，14（1）：172-176.

[2]曾艷，張明青．活性污泥胞外聚合物提取方法及其絮凝性能研究[J]．化工環(huán)保，2011，31（1）：87.

[3]張帆．污染土壤中萘、菲降解菌的篩選鑒定及降解特性研究[D]．北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2013.

[4]白智勇，李博，楊琦．兩株菌對(duì)萘的降解特性對(duì)比[J]．油氣田地面工程，2013，32（3）：48-49.

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.007

基金論文：重點(diǎn)防控重金屬汞、鉻、鉛、鎘、砷便攜/車載/在線監(jiān)測(cè)儀器開(kāi)發(fā)與應(yīng)用示范（2012YQ060115）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（2652013101,2652013086,2652013087）。