弱电介导厌氧微生物体系对典型烷基酚类化合物的降解特性研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiuluoyanyu1986
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烷基酚(alkylphenols,APs)是一类环境中广泛存在且难降解的有机污染物,对人类健康产生巨大威胁,可导致内分泌紊乱,具有潜在的致癌性和生殖毒性。APs广泛存在于各种环境介质中,包括大气、水、土壤和污泥等。水是人类和其他生物接触APs的主要途径,因此如何高效去除废水中的APs迫在眉睫。壬基酚(nonylphenol,NP)和对叔辛基酚(4-tert-octylphenol,4-t-OP)是环境中含量最高、毒性最大的两种典型APs,目前NP和4-t-OP在自然环境中难以得到高效去除,因此深入探究其降解技术及机理至关重要。弱电介导厌氧微生物体系作为一种新型的污染物处理技术,在污染物去除和产能方面具有一定的优势,因此本论文研究了弱电介导厌氧微生物体系对合成水中NP和4-t-OP的降解特性,从降解效率、降解路径、功能菌群和生物毒性等方面进行了系统的研究,该研究可为废水中烷基酚乃至其他酚类化合物的高效去除提供一定理论基础。弱电介导微生物厌氧体系对合成水中NP的降解主要受外加电压的影响,论文通过研究不同外加电压下合成水中NP降解率的变化,发现NP在6 d内的降解率随着外加电压的增大而呈现出先增大后减小的变化趋势,其中在0.6 V、0.8 V和1.2 V电压下,降解率分别为71.87%、83.60%和62.07%,而开路组NP降解率仅为53.07%,说明反应器外电路施加弱电电压会促进NP的降解,且最优电压为0.8 V。利用GC-MS对0.8V电压下NP降解的中间产物进行分析,得出NP生物降解过程中的主要代谢产物为苯二酚、3,4-二羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸,推测出降解路径主要为羟基化反应和氧化反应;高通量测序分析表明弱电介导厌氧微生物体系中NP降解主要以降解菌和产电菌为主,如柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、丛毛单胞菌属(Comamonas)、发酵单胞菌属(Dysgonomonas)、产碱杆菌属(Advenella)等;通过大肠杆菌和青海弧菌毒性检测结果表明弱电介导厌氧微生物体系可有效去除NP的生物毒性。通过考察该体系对4-t-OP的降解特性,发现6 d内,在外加0.8 V电压下4-t-OP的去除率可达96.33%,开路反应器对4-t-OP的去除率为69.6%,同样证明反应器外电路施加弱电明显促进4-t-OP生物降解。此外,氧化反应和羟基化反应等反应发生在弱电介导厌氧微生物体系降解4-t-OP过程中,其中对苯二酚、3,4-二羟基苯甲酸等为主要中间产物;功能菌群分析表明弱电介导厌氧微生物体系系中与4-t-OP生物降解相关的微生物以降解菌和产电菌为主,如寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、丛毛单胞菌属(Comamonas)、金黄杆菌属(Chryseobacterium)等;通过大肠杆菌和青海弧菌毒性检测结果表明弱电介导厌氧微生物体系可有效去除4-t-OP的生物毒性。此外,通过对比弱电介导厌氧微生物体系对NP与4-t-OP的去除发现,该体系均可高效去除合成水中的NP和4-t-OP,尤其对4-t-OP的降解效率更大。在两种有机物降解过程中,4-t-OP的电化学性能明显优于NP。另外,该体系在降解两种不同的烷基酚时驯化的功能菌群中均是降解菌和产电菌占主导地位,但功能菌群的种类体现出较大的差异,Citrobacter在NP降解过程中大量富集,而4-t-OP降解过程中Citrobacter没有明显富集,但Stenotrophomonas大量富集。通过生物酶活性测试发现酶活性最大抑制率NP高于4-t-OP,NP对反应器中菌群毒性更大。
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