【摘 要】
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焦化废水中存在高浓度的含氮杂环化合物和多环芳烃,例如喹啉和吲哚等。这些含氮杂环化合物具有严重的致癌和致突变作用,对环境质量和人类健康造成了负面影响,所以研究废水中含氮杂环化合物的降解具有重要意义。因此,本文选取生活中常见的香蕉皮、白菜叶和玉米芯作为发酵底物制备环保酵素,并将其作为共代谢底物利用生物强化技术降解喹啉和吲哚,以期能够提高喹啉和吲哚的降解性能并实现氮的同步去除。本研究将香蕉皮、白菜叶和玉
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焦化废水中存在高浓度的含氮杂环化合物和多环芳烃,例如喹啉和吲哚等。这些含氮杂环化合物具有严重的致癌和致突变作用,对环境质量和人类健康造成了负面影响,所以研究废水中含氮杂环化合物的降解具有重要意义。因此,本文选取生活中常见的香蕉皮、白菜叶和玉米芯作为发酵底物制备环保酵素,并将其作为共代谢底物利用生物强化技术降解喹啉和吲哚,以期能够提高喹啉和吲哚的降解性能并实现氮的同步去除。本研究将香蕉皮、白菜叶和玉米芯破碎后按红糖:底物:水为1:3:10,在不同温度下(25℃、35℃、45℃、55℃)发酵,通过对其发酵产物的对比,优选出适合作为共代谢底物的环保酵素。在发酵过程中对其产酸情况进行了研究,共检测到了柠檬酸、乳酸、乙酸和酒石酸四种有机酸。在25和35℃下主要以乳酸和乙酸为主,且35℃时其总量更大在12 g/L左右;在45和55℃时柠檬酸含量有所增加,但产酸量减小。由于乳酸和乙酸可作为优质碳源进行利用,所以最终选择35℃下的三种环保酵素进行后续实验研究。通过以35℃下发酵制得的三种环保酵素为共代谢底物降解模拟含氮杂环化合物废水中的喹啉吲哚分析其作为共代谢底物的可行性,并考察了环保酵素自身所含微生物以及p H对降解性能的影响。结果表明:(1)香蕉皮、白菜叶和玉米芯三种环保酵素均是适宜的共代谢底物,可用于焦化废水中喹啉和吲哚的生物降解。(2)未灭菌的环保酵素更适合作为共代谢底物进行喹啉和吲哚的降解研究。环保酵素低p H会对菌株生长产生抑制作用,调节p H后更适宜菌株生长,且调节p H后白菜叶环保酵素降解喹啉效果最佳,去除率为48%,所以将其作为后续研究的共代谢底物,以进一步强化喹啉的降解效果。投加菌株P-1进行生物强化喹啉降解,并通过制备混合菌株FP-1以及环保酵素投加量的优化进一步提升喹啉和吲哚的降解效果。使用GC-MS鉴定喹啉和吲哚的降解进行中间产物。结果表明:(1)菌株P-1的添加对喹啉的降解起到了一定的强化作用,不仅达到了降解喹啉的目的,还提升了吲哚的降解速率。此外,菌株P-1的添加还促进了F-1的脱氮性能,反应结束时氨氮浓度保持在10 mg/L以下。(2)混合菌株FP-1的降解性能更好,氨氮、总氮以及TOC浓度均低于单独接种的浓度;其对喹啉和吲哚也表现出很好的降解效果,使吲哚速率降解更快,进一步缩短了降解吲哚的周期。从脱氮除碳的效果来看,投加量为4 m L时氨氮和总氮的去除率更好,TOC浓度也相对较低,所以投加4 m L的环保酵素更适合作为共代谢底物降解喹啉和吲哚。(3)喹啉降解的主要中间产物有:2(1H)-喹啉酮、2,8-二羟基喹啉、8-羟基香豆素、2,3-二羟基苯甲酸,是典型8-羟基香豆素降解途径;吲哚降解的主要中间产物有:2-吲哚酮、靛红、邻氨基苯甲酸和苯甲酸酯,是典型的靛红降解途径。最后利用高通量测序对菌株F-1、P-1、FP-1以及降解48h的模拟废水进行微生物群落分析,相对于FP-1而言,降解48h的模拟废水具有更高的微生物群落多样性和丰度。F-1、P-1和FP-1的优势菌属分别为丛毛单胞菌属(Comamonas)、假单胞菌(Pseudomonas)和红球菌属(Rhodococcus),占比分别为30.95%、69.07%和94.25%。模拟废水中,在门水平上,变形菌门(Proteobacteria)所占比例最高,在纲水平上,主要优势菌为γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria),在属水平上,假单胞菌(Pseudomonas)是其优势菌属。
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