生物与胞外聚合物偶联降解石油污染土壤中常见有机物.pdf

第3 3 卷第 1 2 期 2 0 1 4 ． 1 2 试验研究 生物与胞外聚合物偶联降解石油污染土壤中常见有机物 杨智临 李亚龙 白智勇 王士东 杨琦 中国地质大学 北京水资源与环境学院 摘要将石油污染土壤中筛选出来的专一性降解萘茵株 R h o d o c o c c u s 、专一性降解菲茵株 N o c a r d io id e s 与胞外聚合物 E P S 联用，对石油污染土壤中常见的两种难降解有机物萘、菲的 降解规律和动力学与茵株的生长曲线进行研究。实验结果表明，E P S 与萘降解茵联用吸附降解 萘的最佳萘初始投加量为2 ． 1 4 m g ／ L ，最佳p H值为6 ，最佳温度为3 O o C ；E P S 与菲降解茵联用吸 附降解菲的最佳菲初始投加量为0 ．0 6 m g ／ L ，最佳p H值为6 ，最佳降解温度为2 0 。 C。E P S 与茵株 联用对萘的去除率达9 6 ％时，菲的去除率达1 O 0 ％。 关键词石油； 胞外聚合物；萘、菲；降解 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 4 ． 1 2 ． 0 0 7 将石油污染土壤中筛选出来的专一性降解萘菌 株R h o d o c o c c u s 、专一性降解菲菌株N o c a r d io i d e s 与 胞外聚合物 E P S 联用 ，对石油污染土壤中常见 的两种难降解有机物萘、菲的降解规律和动力学与 菌株的生长曲线进行研究。 1 实验与方法 1 ． 1 试验试剂与仪器 仪 器 立 式 自动 电热 压 力 蒸 汽 灭 菌 锅 L D Z X 一4 0 C I ，上 海 申安 、恒 温水 浴 振荡 器 S H A B ，国华 、分析天平 F A 1 0 0 4 ，上海精 科 、分光光度计 7 2 2 s ，上海精密科学仪器 、高 速冷冻离心机 G L 一2 O M，上海卢湘 、液相色谱 仪 1 5 2 5 ，Wa t e r s 等。 材 料 试 剂 萘 育 才 精 细 化 工 、菲 J K C H E M I C A 、牛 肉膏 、蛋 白胨 均为奥博 星 、无机盐等 ，无机盐及微量元素配比成分参见 文献[ 1 】 。本实验所用药剂均为分析纯。 1 ． 2 萘 、菲的测定 以高效液相色谱定量测定萘、菲浓度，色谱柱 为C 一1 8 反相色谱柱，紫外检测波长2 5 4 n m，流动 相为 甲醇 水 9 0 1 0 ，流速为 1 ． 0 mL ／ mi n 。 1 ． 3 E P S 的提取 为了避免化学药剂对E P S 性质的影响，采用物 理方法提取E P S 。本文选用蒸汽法，将活性污泥试 样置于高压灭菌锅中，在 1 2 0 o C，1 0 0 k P a 的条件 下加热1 0 m i n 左右，然后以9 0 0 0 r ／ m in 的转速离心 1 5 m in ， 上清液用滤膜过滤， 得粗E P S 后以O ．4 5 m 滤膜过滤，再放人4 。 C 冰箱保存备用。 1 ． 4 降解实验 2 5 0 mL血清瓶 中含有定量萘或菲 、2 mL菌悬 液、2 m L的E P S ，并且加入2 1 6 m L 无机盐 ，使液 体体积达到2 2 0 m L 。密封瓶 口后放人恒温水浴摇 床中开始实验 。取样时刻为 0 、0 ．5 、2 、4 、8 、 1 2 和 2 4 h 。 2 结果与讨论 2 ． 1 菌对萘、菲的降解 1 E P S 与萘降解菌耦合降解萘。初始条件 E P S 的投加量为4 2 m g ／ L ，萘的初始浓度为6 m g ／ L ， p H值为7 ，菌悬液接种量为l ％，转速为1 5 0 r ／ m i n 。 以时间 t 为横坐标 ，初始浓度／ 当前 时刻浓度 c ／ c 为纵坐标做图，在不同温度条件下菌种对萘 的降解如图1 所示。从图1 可以看出，在反应开始 1 2 h 内，3 O。 C 和3 5。 C 条件下的降解速率明显要高 于2 O。 C 和2 5 。 C 。其原因可能是在反应开始时，随 着温度的升高，酶的活性较高 ，因此 ，反应随着 温度的升高开始 ；在3 0 。 C 条件下，E P S 与萘降解菌 耦合对萘的去除率最高为7 5 ％。 2 E P S 与菲降解菌耦合降解菲。初始条件 E P S 的投加量为4 2 m g ／ L ，菲的初始浓度为0 ．5 m g ／ L ， p H 值为7 ，菌悬液接种量为1 ％，转速为 1 5 0 r ／ m i n 。 以时间 t 为横坐标 ，初始浓度／ 当前时刻浓度 c ／ c 为纵坐标做图，在不同温度条件下菌种对菲 基金论文重点防控重金属汞、铬、铅、镉、砷便携／ 车载／ 在线监测仪器开发与应用示范 2 0 1 2 Y 0 0 6 0 1 1 5 ；中央高校基本科研业务费专 项资 金资助 2 6 5 2 0 1 3 1 0 1 ．2 6 5 2 0 1 3 0 8 6 ，2 6 5 2 0 1 3 0 8 7 一 1 4一 油气 田地面工程 h t t p ／ ／ ww w． y q t d mg c ． c o rn 第3 3 卷第 1 2 期 2 0 1 4 ． 1 2 试验研 究 的降解如图2 所示。从图2 可以看出，随着温度的 降低 ，对菲的去除率逐渐上升，即E P S 与菲降解菌 联用去除菲的效果随着温度的升高逐渐降低 ；同 时，在 1 2 h 后，吸附量基本上不再变化，类似于达 到了一种吸附平衡，这说明在降解过程中，E P S 的 吸附作用 占据主导作用。 图1 E P S 与萘降解菌耦合在不同温度条件下降解吸附萘 图2 E P S 与菲降解菌耦合在不同温度条件下降解吸附菲 2 ． 2 动力学研 究 对E P S 与菌株偶联降解萘分别进行一级动力学 与二级动力学模拟。由模拟结果可知，对于不同温 度下E P S 与菌株偶联使用降解吸附萘的动力学模拟 更加符合一级动力学方程 ，其 R 值均在 0 ．9 5 左 右；在2 0 、2 5 、3 O 、3 5。 C的情况下，反应速率常 数 后 分别为O ．0 2 5 、O ．0 0 4 5 、O ． 0 5 6 、0 ．0 4 5 ，半衰期 t 分别为2 7 ．7 2 6 0 、1 5 ．4 0 3 3 、1 2 ．3 7 7 6 、1 5 。4 0 3 3 。 2 ． 3 菌种的生长曲线 准备 2 个锥形瓶 ，向锥形瓶内分别接种 1 ％的 萘降解菌株和菲降解菌株，然后分别向2 个锥形瓶 中投加足够量萘菲来 提供碳源 ，并且分别加人 2 m L 的E P S ，在3 0。 C ，1 5 0 r ／ m i n 摇床上培养H ， 定 时对菌株的生长进行检测 ，利用 O D 。。 来表征菌量 的多少。从图3 、图4 可以看出，两株菌生长均都 有明显的对数增殖期 减速增殖期 、稳定期、内 源呼吸期。另外，对于萘菌来讲 ，对数增殖期明显 减少，在7 天时细菌数量就开始趋向稳定 ，这说明 E P S 对于萘菌的生长有促进作用 。这可能是由于 E P S 中大量的蛋白质和多糖等成分对萘菌起了共代 谢的作用 ，使细菌的代谢速度增加，从而使细菌数 量迅速达到饱和值。两种菌株基本上也都是在6 0 天后衰减到了一定的值，细菌数量趋于稳定。 圈3 E P S 与萘共同作为碳源降解萘菌生长曲线 图4 E P S与菲共同作为碳源降解菲菌生长曲线 3 结论 1 E P S 与萘降解菌联用吸附降解萘的最佳萘 初始投加量为 2 ． 1 4 m g ／ L ，最佳p H值为6 ，最佳温 度为3 0。 C；E P S 与菲降解菌联用吸附降解菲的最 佳菲初始投加量为0 ．0 6 m g ／ L ，最佳 p H值为6 ，最 佳降解温度为2 0。 C 。 2 在本实验范围内，E P S 与萘降解菌以及菲 降解菌联用吸附降解萘的最高去除率为9 6 ％， 对菲 最佳去除率为 1 0 0 ％。 3 在萘、菲互相共代谢条件下，两种菌株的 生长都有明显的对数增殖期 减速增殖期 、稳定 期、内源呼吸期。 参考文献 [ 1 ] 王士东。杨琦 ，王诗宗 ，等．好氧污泥胞外聚合物提取方法 比 较及其对染色剂玫瑰红B的吸附[ J 】 ．安全与环境学报，2 0 1 4 ， 1 4 1 1 7 2 1 7 6 ． [ 2 ] 曾艳 ，张明青．活性污泥胞外聚合物提取方法及其絮凝性能研 究【 J 】 ．化工环保，2 0 1 1 ，3 1 1 8 7 ． [ 3 ] 张帆．污染土壤中萘、菲降解菌的筛选鉴定及降解特性研究[ D 】 ． 北京中国地质大学 北京 ，2 0 1 3 ． 【 4 ] 白智勇，李博 ，杨琦．两株菌对萘的降解特性对比[ J ] ．油气田 地面工程 。2 0 1 3 ，3 2 3 4 8 4 9 ． 栏 目主持杨军 油气田地面工程 h t t p ／ ／ w w w．y q d mg c ．c o rn ． ． ． ． 一1 5 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 0 0 0