纳米Fe0/Fe3O4协同好氧微生物对土壤中PCBs的降解研究

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多氯联苯(Polychlorinatad biphenyls)是一类具有高毒性、持久性、疏水性等性质的有机化学污染物。本文研究了纳米Fe及其化合物协同好氧微生物假单胞菌降解土壤中的多氯联苯(PCBs)。以被PCBs污染的黄褐土为主要供试土壤,通过分析最适合好氧微生物生长的温度、pH;具有最佳降解效果的纳米铁及其化合物;最适宜的纳米Fe3O4投加量、好氧微生物假单胞菌接菌量;不同浓度PCBs污染的黄褐土、被PCBs污染的不同理化性质的的土壤对纳米Fe3O4协同好氧微生物假单胞菌降解PCBs的影响;纳米Fe3O4脱氯降解PCBs的产物、好氧微生物假单胞菌降解PCBs的产物以及纳米Fe3O4、联苯对好氧微生物假单胞菌的作用,研究了纳米Fe3O4协同好氧微生物降解PCBs的最佳条件以及机理。主要得到如下研究结果:1.纳米Fe及其化合物对不同氯取代个数的PCBs的降解效果有所差异。纳米Fe0、FeS(铁矿)、纳米α-Fe2O3、纳米γ-Fe2O3、纳米Fe3O4、K2FeO4的投加量均为25 g·L-1时,溶液中PCB30的残留率为50.65%、77.84%、70.65%、71.35%、61.10%、49.42%;PCB77的残留率为57.04%、82.74%、77.94%、78.89%、65.03%、61.38%。混合纳米Fe0、纳米Fe3O4,改变两者投加比例,不能明显降低PCBs的残留率。2.从被旧电器渗滤液污染的土壤中筛选出一株能以PCBs为唯一碳源生长的PCBs降解菌。利用细菌通用引物扩增降解菌的16S rDNA,得到1500 bp的片段,经过纯化、测序后可初步鉴定该菌株为假单胞菌Pseudomonas sp.。经在Genbank中利用软件Blast进行同源性比较,与草莓假单胞菌Pseudomonas sp.fragi同源性为75%。以PCBs为唯一碳源时,25℃、pH=7、150 r·min-1条件下培养7 d,无机盐培养基中PCB30的残留率为67.3%,PCB77的残留率为69.59%。从好氧微生物假单胞菌的生长曲线可以看出:PCBs为好氧微生物假单胞菌提供碳源,维持其生长,好氧微生物假单胞菌需经过2 d的适应期进入对数期,经过5 d进入衰亡期。3.纳米Fe3O4协同好氧微生物降解PCBs受到降解菌接菌量、纳米Fe3O4投加量、PCBs浓度、土壤性质的影响。降解菌接菌量在0-0.8 mL(1*109 cfu·m L-1),纳米Fe3O4投加量在0-16.7 g·kg-1,PCB30、PCB77浓度在0-10 mg·kg-1范围内时,PCB30、PCB77残留率随着降解菌接菌量、纳米Fe3O4投加量以及PCB30、PCB77浓度的增大而降低。降解菌接菌量为0.8 mL,纳米Fe3O4投加量为16.7 g·kg-1,PCB30、PCB77浓度为10mg·kg-1时,黄褐土中PCB30的残留率为26.28%,PCB77的残留率为28.22%;红壤PCB30残留率为32.51%;砂姜黑土PCB30残留率为51.32%;不同土壤对纳米Fe3O4协同好氧微生物降解PCBs有显著影响。4.通过研究纳米Fe3O4、联苯对好氧微生物假单胞菌降解PCBs的作用,以及使用GC-MS分析纳米Fe3O4脱氯降解PCB28产物,发现纳米Fe3O4对好氧微生物降解PCB28有促进作用。纳米Fe3O4通过脱氯降解PCBs生成联苯降低了PCB28的毒性。当降解菌接种量为0.8 mL,PCB28浓度为10 mg·kg-1时,未添加联苯的处理组PCB28的残留率为64.87%,添加2 mg·kg-1的联苯的处理组PCB28的残留率为59.43%,添加联苯的处理组降解效果优于未添加组,并且好氧微生物假单胞菌更快进入对数期,说明纳米Fe3O4脱氯降解生成联苯有利于好氧微生物假单胞菌的生长,最终提高好氧微生物假单胞的生长量而提高对PCBs的降解。同时未投加纳米颗粒处理组好氧微生物假单胞菌的OD600值高于投加纳米Fe0颗粒处理组,低于投加纳米Fe3O4颗粒处理组,说明纳米Fe0对好氧微生物假单胞菌生长有一定抑制作用,纳米Fe3O4对好氧微生物假单胞菌生长有一定促进作用,进一步说明纳米Fe3O4可以通过刺激微生物的生长以及新陈代谢达到有利于好氧微生物假单胞菌降解PCBs的目的。
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