低温降解菌株强化对硝基苯酚土壤污染修复研究

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对硝基苯酚(PNP)是农药、医药以及橡胶工业等人类生活及生产中使用的一种硝基芳香化合物,具有稳定的理化性质和很强的毒害性,对硝基苯酚会通过渗透、吸附、扩散进入到环境中。对硝基苯酚主要的修复方法为吸附法、化学法以及微生物修复法,而微生物修复法具有原位修复,环保经济等特点正逐步成为研究热点。目前,分离得到的对硝基苯酚降解菌的最佳生长温度为30℃左右,因此在地下水及东北低温地区土壤污染修复过程中,其降解能力受限。本研究分离筛选了一株低温对硝基苯酚降解菌,并对其低温降解特性及降解动力学进行了研究,利用响应面方法对其低温降解条件进行了优化,基于此进行室内低温土壤模拟修复降解实验,主要研究结果如下:(1)从受甲基对硫磷农药污染的农田土壤中分离筛选获得了一株对硝基苯酚低温降解菌,通过16S DNA鉴定该菌株为革兰氏阴性的假单胞菌。细胞疏水性研究表明,在低温条件下对硝基苯酚会导致细胞膜通透性增加,属于中度疏水性细胞。单因素实验结果表明,低温条件下菌株对对硝基苯酚最大降解浓度为303.77 mg/L,菌株适宜于碱性条件下生存,最佳降解p H为8.00,最适初始接种浓度为225.92 mg/L。0.5%Na Cl,0.8%葡萄糖,1 g/L NH4NO3能够促进菌株对对硝基苯酚的降解。(2)通过响应面优化实验,在10℃条件下,菌株最佳降解条件具体为p H为8.12,1.80 g/L NH4NO3,最适初始接种浓度为224.00 mg/L,预测52 h内对52.51 mg/L对硝基苯酚的最大降解率可达79.85%,经验证性实验可知对硝基苯酚降解率为80.95%,与预测值相近。在10℃、优化条件下,菌株的抑制降解动力学符合Haldane模型,其拟合R2值为0.990,最大比生长速率为0.215 1/h、半饱和系数为5.35 mg/L,抑制系数为134.21 mg/L,由此可知对硝基苯酚浓度超过134.21 mg/L后对菌株生长抑制作用明显。(3)相对于30℃,低温条件下利用菌株进行生物强化的方法修复对对硝基苯酚污染效率略低,但生物刺激和生物强化联合修复效果较好。修复过程中,土壤p H逐渐减小,其规律与对硝基苯酚降解一致。同时,对硝基苯酚对土壤酶活性影响较大,与脱氢酶呈正相关,与过氧化氢酶和脲酶呈负相关,生物刺激导致土壤酸化后会降低土壤脱氢酶活性,两者呈显著负相关。生物强化在降解对硝基苯酚时对环境影响较小,但生物刺激对土壤p H、酶活性影响较大。因此菌株可以为低温生物强化修复提供一定的技术支持。
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