不同基质共代谢降解对氯苯酚的研究
2014-09-12周沛婕
周沛婕
【摘要】本实验研究了光合细菌（PSB）在不同共代谢基质的条件下对对氯苯酚（4-CP）的降解特性。选取了不同基质、不同基质浓度对PSB共代谢降解4-CP的影响。
【关键词】光合细菌；共代谢；对氯苯酚
0引言
氯酚类化合物通常滞留在环境中的时间较长其中4-氯酚（简称4-CP）因其水溶性较高容易造成水体污染。研究发现当以4-CP为单一碳源时该菌株对4-CP没有表现出降解性。在以苯酚为共代谢基质的条件下菌株能够在20 h内完全降解150 ppm的4-CP。但是将光合细菌（简称PSB）应用于共代谢降解4-CP的研究却未见报道。本实验以4-CP为目标污染物选取了葡萄糖、苯酚和2,4-二氯酚（简称2,4-DCP）作为共代谢基质，考察了不同共代谢基质对PSB降解4-CP的影响及共代谢基质浓度对PSB的生长和4-CP降解的影响。
1材料与方法
1.1实验材料与仪器
1）菌种。
2）培养基：无机培养基的成分为NH4Cl 0.8g/L，K2HPO4 0.4g/L，KH2PO4 0.6g/L，MgSO4 0.2g/L，CaCl2 0.05g/L，FeSO4 0.01g/L，pH为7.0-7.2。外加碳源和4-CP的量根据实验需要添加在无机培养基中添加CH3COONa3.0g/L配制成富集培养基。
3）主要药品：4-CP，2,4-DCP；苯酚；甲醇。
4）仪器设备：高效液相色谱，光照培养箱，恒温培养摇床，紫外-可见分光光度计。
1.2实验方法
1）菌体培养：首先将原始PSB菌液用50mg/L的4-CP进行驯化。其次将驯化得到的PSB进行扩大培养将PSB以50%的接种量（即100mL）接种到100mL的富集培养基中培养48h。按照上述同样的操作进行3次转接培养得到PSB作为后续降解实验的种子液。
2）共代谢降解实验：以10%的接种量将菌液接种至含50mg/L4-CP的无机盐培养基中，液体培养基的总体积为200mL调节初始pH为7.5。在上述培养基中分别加入不同浓度的葡萄糖、苯酚和2,4-DCP作为共代谢基质。其中葡萄糖浓度分别为0g/L1g/L2g/L3g/L4g/L5g/L；苯酚浓度分别为25mg/L50mg/L100mg/L150mg/L300mg/L；2,4-DCP浓度分别为25mg/L50 mg/L75mg/L100mg/L150mg/L。锥形瓶置于黑暗好氧条件下培养每隔12h取样测定瓶中OD510值和酚类化合物残留量计算菌体生长量和酚类化合物浓度。
1.3分析方法
1）菌体生长浓度：菌体生长量通过干菌重和光密度值（OD510）进行表征。取培养液体积为3mL用蒸馏水洗3次后放入105℃的恒温烘箱中进行干燥24h后将菌体进行称量换算成单位体积培养液中菌体的重量即干菌重g/L。分光度计法是通过紫外-可见分光光度计测定菌体生长过程中培养液的浊度变化测量波长为510nm用OD510表示。将干菌重和对应的OD510值进行线性拟合得到OD510值与干菌重的换算关系。
2）酚类化合物浓度：酚类化合物的浓度采用高效液相色谱（HPLC）测定。高效液相色谱仪配备的色谱柱为依利特BDS-C8反相色谱柱（4.6mm×250mm，5μm）相关参数设置如下：紫外检测器的检测波长为281nm；流动相采用甲醇和水其体积比为V■:V■=7:3流速为0.6mL/min样品的进样体积为20μL。
3）酚类化合物的降解率：酚类化合物的降解率按公式（1）计算。
D■=■×100%（1）
式中，Di：培养i个小时后酚类化合物的降解率，%；C0：酚类化合物的初始浓度mg/L；Ci：培养i个小时后酚类化合物的浓度mg/L。
2结果与讨论
2.1葡萄糖对PSB共代谢降解4-CP的影响
在生物代谢难降解有机污染物的过程中可以加入一些生长基质为微生物的生长提供碳源和能源。由图1可知当葡萄糖的投加量为0g时即PSB以4-CP为单一碳源，菌体的细胞浓度没有明显的增长4-CP的浓度也没有明显的下降。当葡萄糖的投加量为1-3g/L时PSB的生长和4-CP降解随着葡萄糖浓度的增加而增强。当葡萄糖的投加量为3-5g/L时PSB的生长和4-CP降解并没有显著的提高。实验结果表明通过共代谢可以大大提高PSB的繁殖及其对4-CP的降解。但过高的葡萄糖浓度对PSB的生长和4-CP降解有抑制作用。在本实验中葡萄糖的最佳浓度为3g/L培养6d后，细胞浓度达到0.121g/L4-CP的降解率达到96.99%。
（a）
（b）
图1不同葡萄糖浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
2.2苯酚对PSB共代谢降解4-CP的影响
含氯酚废水的脱氯加氢过程或是厌氧生物处理都会导致苯酚和4-CP同时出现在废水中，苯酚结构与氯酚类化合物的相似性也使共代谢基质促进微生物对目标污染物的降解。因此本实验考察了浓度范围为25-300mg/L的苯酚对PSB的生长和4-CP降解的影响。根据图2在苯酚作为共代谢基质的体系中PSB的生长存在迟滞期且随着苯酚浓度的增大而增长。当苯酚浓度小于100mg/L时4-CP降解所需要的时间随着苯酚浓度的增加而减少，当苯酚浓度超过100mg/L时4-CP降解所需要的时间随着苯酚浓度的增加而增加。因此，当苯酚浓度为100mg/L时培养6d后，细胞浓度达到0.0939g/L4-CP的降解速度最快其降解率也达到最大值90.24%。根据实验结果苯酚的最佳浓度为100mg/L，一旦苯酚浓度超过100mg/L其抑制作用占优势PSB降解4-CP的反应出现较长的迟滞期。
2.32,4-二氯酚对PSB共代谢降解4-CP的影响
一般来说含有2,4-DCP的废水中往往含有单氯酚尤其是4-CP因此研究微生物共代谢降解4-CP和2,4-DCP的过程对于氯酚的生物处理技术具有重要意义。本实验通过添加不同浓度的2,4-DCP考察浓度范围为25-150mg/L的2,4-DCP对PSB的生长4-CP降解的影响。由图3可知投加2,4-DCP与添加苯酚的实验结果有所不同4-CP完全降解所需要的时间随着2,4-DCP浓度的增加而增加4-CP的降解率随着2,4-DCP浓度的增加而减小。当2,4-DCP浓度为25mg/L时经过6d的培养4-CP的降解率为55.73%，明显小于以葡萄糖和苯酚做为共代谢基质的情况。实验结果表明在以2,4-DCP为共代谢基质的条件下PSB需要更长的迟滞期，从而延长了PSB降解4-CP需要的时间。总的来说在共代谢过程中相比较于葡萄糖和苯酚，2,4-DCP对4-CP降解速率的改善作用不显著，但鉴于PSB能够同时降解4-CP和2,4-DCP的优势采用PSB处理含氯酚的工业废水具有广阔的应用前景。
（a）
（b）
图2不同苯酚浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
（a）
（b）
图3不同2,4-DCP浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
3结论
实验结果表明葡萄糖、苯酚、2,4-DCP对PSB生长和4-CP降解的影响是不同的。葡萄糖对PSB生长和4-CP降解的促进作用最强最佳浓度为3g/L培养6d后细胞浓度达到0.121g/L4-CP的降解率达到96.99%当苯酚浓度为100mg/L时4-CP的降解效果最好经过6d降解率能够达到90.24%。2,4-DCP则会延缓PSB的生长及其对4-CP的降解4-CP的降解效果随着2,4-DCP浓度的增加而下降。
【参考文献】
［１］姚斌，金赞芳，胡忠策，等.光合细菌对2,4,6-三氯苯酚的降解特性研究[J].中国环境科学，2011，31(10)：1669-1675.
［责任编辑：薛俊歌］
【摘要】本实验研究了光合细菌（PSB）在不同共代谢基质的条件下对对氯苯酚（4-CP）的降解特性。选取了不同基质、不同基质浓度对PSB共代谢降解4-CP的影响。
【关键词】光合细菌；共代谢；对氯苯酚
0引言
氯酚类化合物通常滞留在环境中的时间较长其中4-氯酚（简称4-CP）因其水溶性较高容易造成水体污染。研究发现当以4-CP为单一碳源时该菌株对4-CP没有表现出降解性。在以苯酚为共代谢基质的条件下菌株能够在20 h内完全降解150 ppm的4-CP。但是将光合细菌（简称PSB）应用于共代谢降解4-CP的研究却未见报道。本实验以4-CP为目标污染物选取了葡萄糖、苯酚和2,4-二氯酚（简称2,4-DCP）作为共代谢基质，考察了不同共代谢基质对PSB降解4-CP的影响及共代谢基质浓度对PSB的生长和4-CP降解的影响。
1材料与方法
1.1实验材料与仪器
1）菌种。
2）培养基：无机培养基的成分为NH4Cl 0.8g/L，K2HPO4 0.4g/L，KH2PO4 0.6g/L，MgSO4 0.2g/L，CaCl2 0.05g/L，FeSO4 0.01g/L，pH为7.0-7.2。外加碳源和4-CP的量根据实验需要添加在无机培养基中添加CH3COONa3.0g/L配制成富集培养基。
3）主要药品：4-CP，2,4-DCP；苯酚；甲醇。
4）仪器设备：高效液相色谱，光照培养箱，恒温培养摇床，紫外-可见分光光度计。
1.2实验方法
1）菌体培养：首先将原始PSB菌液用50mg/L的4-CP进行驯化。其次将驯化得到的PSB进行扩大培养将PSB以50%的接种量（即100mL）接种到100mL的富集培养基中培养48h。按照上述同样的操作进行3次转接培养得到PSB作为后续降解实验的种子液。
2）共代谢降解实验：以10%的接种量将菌液接种至含50mg/L4-CP的无机盐培养基中，液体培养基的总体积为200mL调节初始pH为7.5。在上述培养基中分别加入不同浓度的葡萄糖、苯酚和2,4-DCP作为共代谢基质。其中葡萄糖浓度分别为0g/L1g/L2g/L3g/L4g/L5g/L；苯酚浓度分别为25mg/L50mg/L100mg/L150mg/L300mg/L；2,4-DCP浓度分别为25mg/L50 mg/L75mg/L100mg/L150mg/L。锥形瓶置于黑暗好氧条件下培养每隔12h取样测定瓶中OD510值和酚类化合物残留量计算菌体生长量和酚类化合物浓度。
1.3分析方法
1）菌体生长浓度：菌体生长量通过干菌重和光密度值（OD510）进行表征。取培养液体积为3mL用蒸馏水洗3次后放入105℃的恒温烘箱中进行干燥24h后将菌体进行称量换算成单位体积培养液中菌体的重量即干菌重g/L。分光度计法是通过紫外-可见分光光度计测定菌体生长过程中培养液的浊度变化测量波长为510nm用OD510表示。将干菌重和对应的OD510值进行线性拟合得到OD510值与干菌重的换算关系。
2）酚类化合物浓度：酚类化合物的浓度采用高效液相色谱（HPLC）测定。高效液相色谱仪配备的色谱柱为依利特BDS-C8反相色谱柱（4.6mm×250mm，5μm）相关参数设置如下：紫外检测器的检测波长为281nm；流动相采用甲醇和水其体积比为V■:V■=7:3流速为0.6mL/min样品的进样体积为20μL。
3）酚类化合物的降解率：酚类化合物的降解率按公式（1）计算。
D■=■×100%（1）
式中，Di：培养i个小时后酚类化合物的降解率，%；C0：酚类化合物的初始浓度mg/L；Ci：培养i个小时后酚类化合物的浓度mg/L。
2结果与讨论
2.1葡萄糖对PSB共代谢降解4-CP的影响
在生物代谢难降解有机污染物的过程中可以加入一些生长基质为微生物的生长提供碳源和能源。由图1可知当葡萄糖的投加量为0g时即PSB以4-CP为单一碳源，菌体的细胞浓度没有明显的增长4-CP的浓度也没有明显的下降。当葡萄糖的投加量为1-3g/L时PSB的生长和4-CP降解随着葡萄糖浓度的增加而增强。当葡萄糖的投加量为3-5g/L时PSB的生长和4-CP降解并没有显著的提高。实验结果表明通过共代谢可以大大提高PSB的繁殖及其对4-CP的降解。但过高的葡萄糖浓度对PSB的生长和4-CP降解有抑制作用。在本实验中葡萄糖的最佳浓度为3g/L培养6d后，细胞浓度达到0.121g/L4-CP的降解率达到96.99%。
（a）
（b）
图1不同葡萄糖浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
2.2苯酚对PSB共代谢降解4-CP的影响
含氯酚废水的脱氯加氢过程或是厌氧生物处理都会导致苯酚和4-CP同时出现在废水中，苯酚结构与氯酚类化合物的相似性也使共代谢基质促进微生物对目标污染物的降解。因此本实验考察了浓度范围为25-300mg/L的苯酚对PSB的生长和4-CP降解的影响。根据图2在苯酚作为共代谢基质的体系中PSB的生长存在迟滞期且随着苯酚浓度的增大而增长。当苯酚浓度小于100mg/L时4-CP降解所需要的时间随着苯酚浓度的增加而减少，当苯酚浓度超过100mg/L时4-CP降解所需要的时间随着苯酚浓度的增加而增加。因此，当苯酚浓度为100mg/L时培养6d后，细胞浓度达到0.0939g/L4-CP的降解速度最快其降解率也达到最大值90.24%。根据实验结果苯酚的最佳浓度为100mg/L，一旦苯酚浓度超过100mg/L其抑制作用占优势PSB降解4-CP的反应出现较长的迟滞期。
2.32,4-二氯酚对PSB共代谢降解4-CP的影响
一般来说含有2,4-DCP的废水中往往含有单氯酚尤其是4-CP因此研究微生物共代谢降解4-CP和2,4-DCP的过程对于氯酚的生物处理技术具有重要意义。本实验通过添加不同浓度的2,4-DCP考察浓度范围为25-150mg/L的2,4-DCP对PSB的生长4-CP降解的影响。由图3可知投加2,4-DCP与添加苯酚的实验结果有所不同4-CP完全降解所需要的时间随着2,4-DCP浓度的增加而增加4-CP的降解率随着2,4-DCP浓度的增加而减小。当2,4-DCP浓度为25mg/L时经过6d的培养4-CP的降解率为55.73%，明显小于以葡萄糖和苯酚做为共代谢基质的情况。实验结果表明在以2,4-DCP为共代谢基质的条件下PSB需要更长的迟滞期，从而延长了PSB降解4-CP需要的时间。总的来说在共代谢过程中相比较于葡萄糖和苯酚，2,4-DCP对4-CP降解速率的改善作用不显著，但鉴于PSB能够同时降解4-CP和2,4-DCP的优势采用PSB处理含氯酚的工业废水具有广阔的应用前景。
（a）
（b）
图2不同苯酚浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
（a）
（b）
图3不同2,4-DCP浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
3结论
实验结果表明葡萄糖、苯酚、2,4-DCP对PSB生长和4-CP降解的影响是不同的。葡萄糖对PSB生长和4-CP降解的促进作用最强最佳浓度为3g/L培养6d后细胞浓度达到0.121g/L4-CP的降解率达到96.99%当苯酚浓度为100mg/L时4-CP的降解效果最好经过6d降解率能够达到90.24%。2,4-DCP则会延缓PSB的生长及其对4-CP的降解4-CP的降解效果随着2,4-DCP浓度的增加而下降。
【参考文献】
［１］姚斌，金赞芳，胡忠策，等.光合细菌对2,4,6-三氯苯酚的降解特性研究[J].中国环境科学，2011，31(10)：1669-1675.
［责任编辑：薛俊歌］
【摘要】本实验研究了光合细菌（PSB）在不同共代谢基质的条件下对对氯苯酚（4-CP）的降解特性。选取了不同基质、不同基质浓度对PSB共代谢降解4-CP的影响。
【关键词】光合细菌；共代谢；对氯苯酚
0引言
氯酚类化合物通常滞留在环境中的时间较长其中4-氯酚（简称4-CP）因其水溶性较高容易造成水体污染。研究发现当以4-CP为单一碳源时该菌株对4-CP没有表现出降解性。在以苯酚为共代谢基质的条件下菌株能够在20 h内完全降解150 ppm的4-CP。但是将光合细菌（简称PSB）应用于共代谢降解4-CP的研究却未见报道。本实验以4-CP为目标污染物选取了葡萄糖、苯酚和2,4-二氯酚（简称2,4-DCP）作为共代谢基质，考察了不同共代谢基质对PSB降解4-CP的影响及共代谢基质浓度对PSB的生长和4-CP降解的影响。
1材料与方法
1.1实验材料与仪器
1）菌种。
2）培养基：无机培养基的成分为NH4Cl 0.8g/L，K2HPO4 0.4g/L，KH2PO4 0.6g/L，MgSO4 0.2g/L，CaCl2 0.05g/L，FeSO4 0.01g/L，pH为7.0-7.2。外加碳源和4-CP的量根据实验需要添加在无机培养基中添加CH3COONa3.0g/L配制成富集培养基。
3）主要药品：4-CP，2,4-DCP；苯酚；甲醇。
4）仪器设备：高效液相色谱，光照培养箱，恒温培养摇床，紫外-可见分光光度计。
1.2实验方法
1）菌体培养：首先将原始PSB菌液用50mg/L的4-CP进行驯化。其次将驯化得到的PSB进行扩大培养将PSB以50%的接种量（即100mL）接种到100mL的富集培养基中培养48h。按照上述同样的操作进行3次转接培养得到PSB作为后续降解实验的种子液。
2）共代谢降解实验：以10%的接种量将菌液接种至含50mg/L4-CP的无机盐培养基中，液体培养基的总体积为200mL调节初始pH为7.5。在上述培养基中分别加入不同浓度的葡萄糖、苯酚和2,4-DCP作为共代谢基质。其中葡萄糖浓度分别为0g/L1g/L2g/L3g/L4g/L5g/L；苯酚浓度分别为25mg/L50mg/L100mg/L150mg/L300mg/L；2,4-DCP浓度分别为25mg/L50 mg/L75mg/L100mg/L150mg/L。锥形瓶置于黑暗好氧条件下培养每隔12h取样测定瓶中OD510值和酚类化合物残留量计算菌体生长量和酚类化合物浓度。
1.3分析方法
1）菌体生长浓度：菌体生长量通过干菌重和光密度值（OD510）进行表征。取培养液体积为3mL用蒸馏水洗3次后放入105℃的恒温烘箱中进行干燥24h后将菌体进行称量换算成单位体积培养液中菌体的重量即干菌重g/L。分光度计法是通过紫外-可见分光光度计测定菌体生长过程中培养液的浊度变化测量波长为510nm用OD510表示。将干菌重和对应的OD510值进行线性拟合得到OD510值与干菌重的换算关系。
2）酚类化合物浓度：酚类化合物的浓度采用高效液相色谱（HPLC）测定。高效液相色谱仪配备的色谱柱为依利特BDS-C8反相色谱柱（4.6mm×250mm，5μm）相关参数设置如下：紫外检测器的检测波长为281nm；流动相采用甲醇和水其体积比为V■:V■=7:3流速为0.6mL/min样品的进样体积为20μL。
3）酚类化合物的降解率：酚类化合物的降解率按公式（1）计算。
D■=■×100%（1）
式中，Di：培养i个小时后酚类化合物的降解率，%；C0：酚类化合物的初始浓度mg/L；Ci：培养i个小时后酚类化合物的浓度mg/L。
2结果与讨论
2.1葡萄糖对PSB共代谢降解4-CP的影响
在生物代谢难降解有机污染物的过程中可以加入一些生长基质为微生物的生长提供碳源和能源。由图1可知当葡萄糖的投加量为0g时即PSB以4-CP为单一碳源，菌体的细胞浓度没有明显的增长4-CP的浓度也没有明显的下降。当葡萄糖的投加量为1-3g/L时PSB的生长和4-CP降解随着葡萄糖浓度的增加而增强。当葡萄糖的投加量为3-5g/L时PSB的生长和4-CP降解并没有显著的提高。实验结果表明通过共代谢可以大大提高PSB的繁殖及其对4-CP的降解。但过高的葡萄糖浓度对PSB的生长和4-CP降解有抑制作用。在本实验中葡萄糖的最佳浓度为3g/L培养6d后，细胞浓度达到0.121g/L4-CP的降解率达到96.99%。
（a）
（b）
图1不同葡萄糖浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
2.2苯酚对PSB共代谢降解4-CP的影响
含氯酚废水的脱氯加氢过程或是厌氧生物处理都会导致苯酚和4-CP同时出现在废水中，苯酚结构与氯酚类化合物的相似性也使共代谢基质促进微生物对目标污染物的降解。因此本实验考察了浓度范围为25-300mg/L的苯酚对PSB的生长和4-CP降解的影响。根据图2在苯酚作为共代谢基质的体系中PSB的生长存在迟滞期且随着苯酚浓度的增大而增长。当苯酚浓度小于100mg/L时4-CP降解所需要的时间随着苯酚浓度的增加而减少，当苯酚浓度超过100mg/L时4-CP降解所需要的时间随着苯酚浓度的增加而增加。因此，当苯酚浓度为100mg/L时培养6d后，细胞浓度达到0.0939g/L4-CP的降解速度最快其降解率也达到最大值90.24%。根据实验结果苯酚的最佳浓度为100mg/L，一旦苯酚浓度超过100mg/L其抑制作用占优势PSB降解4-CP的反应出现较长的迟滞期。
2.32,4-二氯酚对PSB共代谢降解4-CP的影响
一般来说含有2,4-DCP的废水中往往含有单氯酚尤其是4-CP因此研究微生物共代谢降解4-CP和2,4-DCP的过程对于氯酚的生物处理技术具有重要意义。本实验通过添加不同浓度的2,4-DCP考察浓度范围为25-150mg/L的2,4-DCP对PSB的生长4-CP降解的影响。由图3可知投加2,4-DCP与添加苯酚的实验结果有所不同4-CP完全降解所需要的时间随着2,4-DCP浓度的增加而增加4-CP的降解率随着2,4-DCP浓度的增加而减小。当2,4-DCP浓度为25mg/L时经过6d的培养4-CP的降解率为55.73%，明显小于以葡萄糖和苯酚做为共代谢基质的情况。实验结果表明在以2,4-DCP为共代谢基质的条件下PSB需要更长的迟滞期，从而延长了PSB降解4-CP需要的时间。总的来说在共代谢过程中相比较于葡萄糖和苯酚，2,4-DCP对4-CP降解速率的改善作用不显著，但鉴于PSB能够同时降解4-CP和2,4-DCP的优势采用PSB处理含氯酚的工业废水具有广阔的应用前景。
（a）
（b）
图2不同苯酚浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
（a）
（b）
图3不同2,4-DCP浓度对4-CP降解和PSB生长的影响
3结论
实验结果表明葡萄糖、苯酚、2,4-DCP对PSB生长和4-CP降解的影响是不同的。葡萄糖对PSB生长和4-CP降解的促进作用最强最佳浓度为3g/L培养6d后细胞浓度达到0.121g/L4-CP的降解率达到96.99%当苯酚浓度为100mg/L时4-CP的降解效果最好经过6d降解率能够达到90.24%。2,4-DCP则会延缓PSB的生长及其对4-CP的降解4-CP的降解效果随着2,4-DCP浓度的增加而下降。
【参考文献】
［１］姚斌，金赞芳，胡忠策，等.光合细菌对2,4,6-三氯苯酚的降解特性研究[J].中国环境科学，2011，31(10)：1669-1675.
［责任编辑：薛俊歌］
