波茨坦短芽孢杆菌降解4-氯酚与苯酚的特性及其动力学研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文波茨坦短芽孢杆菌降解4-氯酚与苯酚的特性及其动力学研究摘要氯酚是一种常见的酚类化合物，它是由氯原子取代了苯酚环状结构上一定数目的氢原子而形成的。氯酚作为工业原料，在化工、制药、染料、造纸、杀虫剂、防腐剂等行业被普遍应用。氯酚具有高毒性和“致癌、致畸、致突变”性，它们在环境中的长期停留，会严重危害人体健康以及生态环境，正因如此，美国EPA优先将此类污染物作为重点列入优先控制污染物的黑名单中。含有氯酚的废水严重污染环境，并且难以处理，是当前国内外环境工程领域研究的热点与难点。与物理、化学法相比，微生物降解法是一种低成本，高效率，低能耗，易操作，无二次污染。其中，

2、高效菌技术具有很好的生物降解性和耐受性，能够针对性地降解较高浓度的氯酚。因此，本研究在好氧条件下利用氯酚高效降解菌，对其降解特性进行研究，为氯酚类废水污染治理提供一定的指导依据。本课题以4-氯酚作为研究目标物质，使用为本验室已经分离鉴定、培养且保存完好的波茨坦短芽孢杆菌。通过单因素研究法，在不同的实验环境条件中，研究该菌降解4-氯酚的生物特性，确定了它的最佳降解条件：适宜温度：30℃；pH：7.0；摇床转速：160r/min；接种量：5%。在这种最适宜的生长环境下，4-氯酚能够作为碳源和能源，被该菌株利用并降解，而且其最大降解能力可达300mg/L，完全降解200mg/L、250mg/L

3、及300mg/LI太原理工大学硕士研究生学位论文4-氯酚所需时间分别为48h、63h和84h。运用酶活分析进一步探究，结果表明4-氯酚可诱导该菌合成氯代邻苯二酚1，2-加氧酶，降解途径是邻位裂解途径。本文还以4-氯酚为单底物进行了动力学研究，样品系列中的4-氯酚初始浓度从0-300mg/L，以50mg为间隔依次递增，建立了Haldane模型，并借助Origin软件分析所得数据，完成非线性拟合，回归得到的相关参数有：μ-12=0.98，该模型max=0.185h、Ks=30.45mg/L、Ki=127.62mg/L，相关系数R可以很好地描述菌体生长。含酚废水中的污染物质多种多样，将研究仅仅

4、局限在单一底物降解层面的意义不大，本课题进一步考察了该菌株在4-氯酚与苯酚的双底物混合生物降解系统中，细胞的生长情况和底物降解特性。在较宽的底物浓度范围内(苯酚初始浓度0-1400mg/L，4-氯酚浓度0-80mg/L)进行了混合双底物的动力学研究。在4-氯酚和苯酚双底物降解过程中，4-氯酚的存在会抑制苯酚的降解，4-氯酚初始浓度为40mg/L时，1400mg/L苯酚被完全降解耗时更长，菌体优先利用苯酚为碳源和能源，苯酚被完全降解后大部分4-氯酚才开始被降解。苯酚对4-氯酚降解的影响，当苯酚浓度为150～300mg/L时促进4-氯酚的降解；当苯酚浓度高于300mg/L时抑制4-氯酚的降解

5、；苯酚的初始浓度为200mg/L时4-氯酚的降解速率达到最大。采用Abuhamed动力学方程可以准确描述4-氯酚/苯酚双底物降解体系中细胞生长过程，并=1.47、I2得到相互抑制参数:I1，22，1=2.56，相关系数R=0.95。关键词：波茨坦短芽孢杆菌，4-氯酚，苯酚，生物降解，动力学II太原理工大学硕士研究生学位论文Characteristicandkineticstudyof4-chlorophenolandphenolbiodegradationbyBrevibacillusborstelensisABSTRACTChlorophenolswerepolyphenolswhic

6、hindefinitenumberofhydrogenatomsonphenolringswerereplacedbychlorineatoms.Asanintegralpartofindustrialmaterial,chlorophenolsiswidelyusedinchemicalindusty,pharmacy,dye,papermanufacturingindustry,pesticideindustryandpreservativeagents,etc.Theyarealongstayintheenvironment,cancauseseriousdamagetohuman

7、bodyhealthandecologicalenvironment.SoitisratedasaprioritypollutantbytheUSEnvironmentalProtectionAgencybecauseofthisgreatubiquity.Withtheknowntoxicologicaleffectsofcorrelatechlorinatedphenolsandtheirderivatives,aswellas