王孝維， 韓鈺潔， 岳秀萍

(太原理工大學 環(huán)境科學與工程學院， 山西 太原 030024)

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苯酚反硝化降解特征分析

王孝維， 韓鈺潔， 岳秀萍

(太原理工大學 環(huán)境科學與工程學院， 山西 太原 030024)

苯酚； 反硝化； 亞硝酸鹽積累； 氧化還原電位； 菌群結構

苯酚是煉焦、 煉油、 造紙等工業(yè)廢水的主要污染物， 具有強致癌性. 苯酚降解主要方法有生物降解、 活性炭吸附、 萃取、 化學氧化等. 厭氧生物降解有低成本、 高效率、 運行穩(wěn)定等優(yōu)點而被廣泛應用. 已發(fā)現(xiàn)苯酚厭氧降解微生物主要分為四類： 產(chǎn)甲烷聚生體細菌、 硫酸鹽還原細菌、 反硝化細菌及金屬還原細菌[1]， 其中尤以反硝化細菌降解效果最為突出， 并對高酚高氮類工業(yè)廢水， 如焦化廢水， 具有極高的應用價值. 李本玉、 孔惠等研究了苯在缺氧反硝化條件下的生物降解性能， 結果表明苯可以作為反硝化碳源進行生物降解[2-3]； 王文燕、 全向春、 李曉波等分別研究了厭氧濾池(AF)、 上流式厭氧污泥床 (UASB)反應器、 連續(xù)流亞硝化反應器在反硝化條件下對芳香族化合物廢水的處理效果及運行參數(shù)[4-6]. 吳曉琴、 張玉秀、 黃丹等分別篩選了紅球菌、 Shewanella sp.XB等高效苯系降解菌并對其特性進行了研究分析[7-9]. 目前， 反硝化去除苯酚研究主要集中在運行效率和反硝化菌種篩選分離等方向， 對苯酚反硝化條件下降解特征， 過程控制條件， 微生物群落分析有待進一步深入. 本文以苯酚為唯一碳源， 考察研究了： ① 反硝化過程中苯酚降解動力學特征； ② 苯酚反硝化過程pH和ORP的變化規(guī)律； ③ 利用PCR-DGGE技術分析苯酚反硝化體系菌群結構.

1 實驗材料和方法

1.1 實驗用水水質(zhì)及接種污泥

接種污泥取自實驗室處理焦化廢水的厭氧復合床(UBF)反應器反硝化污泥.

1.2 實驗裝置及分析方法

取反硝化污泥0.3 L置入實驗裝置中， 如圖 1 所示， 實驗溫度維持30 ℃左右， 投加NaHCO3保持pH在7.5左右. 對污泥曝氣， 清洗去除殘留雜質(zhì)， 并吹入N2， 使實驗裝置ORP降低至-100 mV 以下， 迅速加入1.2 L配水， 污泥濃度為5.3 g/L. 每隔15～30 min取樣一次， pH和ORP在線連續(xù)測定.

圖 1 實驗裝置Fig.1 Experimental device

1.3 反硝化菌群的PCR-DGGE分析

從實驗裝置取污泥樣本， 以12 000 r/min離心5 min， 取上清液不少于0.5 g， 采用K-CTAB法對DNA提純[11]， PCR(Polymerase Chain Reaction)擴增引物采用16SrRNA對應通用引物338F-534R[12]， PCR擴增反應液采用瓊脂糖凝膠電泳檢測后， 對目標片段進行回收， 并溶解于滅菌的Milli-Q水進行DGGE(Denaturing Gradient Gel Electro-phoresis)分析. 擴增反應液送交生物公司(Biogenro， 北京)DNA測序.

2 實驗結果與討論

2.1 苯酚反硝化降解動力學特征

圖 2 苯酚、 硝酸鹽及pH， ORP變化規(guī)律Fig.

圖 3 苯酚降解速率擬合Fig.

2.2 pH和ORP變化規(guī)律

圖 4 苯酚厭氧降解途徑Fig.4 Phenol anaerobic degradation pathway

2.3 苯酚反硝化降解菌群分析

DGGE凝膠圖譜上共有19條明顯的條帶， NCBI測序比對結果見表 1， 菌綱相對豐度見圖 5.

表 1 NCBI測序比對分析結果

圖 5 菌綱相對豐度分析Fig.5 Class of bacteria relative abundance analysis

苯酚反硝化體中已測菌種主要屬于4個菌綱， Alphaproteobacteria， Gammaprotobacteria ， Betaproteobacteria為變形菌門， Bacteroidetes為擬桿菌門. 變形菌門是缺氧、 厭氧反應中常見優(yōu)勢類群[19]， 該類細菌在降解污染物的過程中發(fā)揮著十分重要的代謝功能. 擬桿菌門可在活性污泥大量檢出， 該菌門是污水生物處理細菌菌群的重要組成部分[20].

系統(tǒng)中優(yōu)勢菌種為Pseudomonas baetica和Stenotrophomonas sp.. Pseudomonas baetica為假單胞桿菌， 與Thermomonas sp.是主要的反硝化菌[21]. Stenotrophomonas sp.是寡養(yǎng)單胞菌， 有報道顯示對六氯環(huán)己烷(HCH)和有機磷、 酚氰類有機物有降解功能[22]. 系統(tǒng)中檢出的Altererythrobacter sp.和Bacteroides sp.具有降解多環(huán)芳烴的功能[23].

3 結 論

3) 反硝化降解苯酚的細菌菌綱主要以Alphaproteobacteria， Gammaprotobacteria ， Betaproteobacteria變形菌門和Bacteroidetes擬桿菌門為主； 檢出了Altererythrobacter sp.， Bacteroides sp. ， Pseudomonas baetica, Thermomonas sp.等苯酚、 硝酸鹽有效降解菌.

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Degradation Characteristics Analysis of Phenol During Denitrification

WANG Xiao-wei， HAN Yu-jie， YUE Xiu-ping

(College of Environmental Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)

phenol; denitrification; nitrite accumulation; ORP; bacterial community structure

1673-3193(2016)06-0620-05

2016-07-04

國家自然科學基金資助項目(51378330)

王孝維(1976-)， 男， 講師， 博士生， 主要從事水污染控制研究.

岳秀萍(1963-)， 女， 教授， 博導， 主要從事水污染控制研究.

X703

A

10.3969/j.issn.1673-3193.2016.06.012