幾種污染環(huán)境下五氯酚的微生物修復(fù)研究.pdf

1、五氯酚(pentachlorophenol，PCP)作為有機(jī)氯農(nóng)藥廣泛地用作殺菌劑、殺螺劑、殺藻劑、殺蟲(chóng)劑和除草劑，此外也用作木材防腐劑等，從而進(jìn)入水體、河流與湖泊的沉積物、土壤等環(huán)境。 由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、殘效期長(zhǎng)、毒性高，對(duì)生物和人體具有廣譜毒性和致突變性，五氯酚被認(rèn)為是環(huán)境中主要的持久性有機(jī)污染物(POPs)及優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物之一，而其生物危害性及其在自然環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化與降解等規(guī)律與降解和生物修復(fù)研究也一直是全世界研究

2、和關(guān)注的熱點(diǎn)。 白腐菌在對(duì)五氯酚這類(lèi)難降解有機(jī)物的生物修復(fù)中顯示出良好的應(yīng)用前景。因?yàn)檫@種擔(dān)子菌類(lèi)降解污染物具有非專(zhuān)一性、徹底性、廣譜性及適于固液兩種基質(zhì)等特點(diǎn)，它還有著獨(dú)特的胞外酶系，對(duì)許多異生物質(zhì)有獨(dú)特的降解能力和降解機(jī)理，其中對(duì)白腐菌研究得最多的是黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)。 本課題針對(duì)五氯酚污染的幾種典型環(huán)境：農(nóng)業(yè)廢物、污水、河流底泥和土壤，模擬其污染清情況，分別

3、用黃孢原毛平革菌的游離菌、所產(chǎn)漆酶和固定化菌對(duì)其進(jìn)行處理和生物修復(fù)。而后探討了湘江河流底泥吸附五氯酚的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特點(diǎn)，為評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)五氯酚在水環(huán)境中的遷移、歸宿及人工控制這類(lèi)污染物提供了可靠的理論依據(jù)。 本課題首先選取典型農(nóng)業(yè)廢物--稻草，利用稻草基質(zhì)在固態(tài)發(fā)酵條件下研究白腐菌降解五氯酚的效果。通過(guò)研究發(fā)酵過(guò)程中黃孢原毛平革菌的生物量、酶活變化及降解五氯酚和木質(zhì)素的降解情況發(fā)現(xiàn)黃孢原毛平革菌的生長(zhǎng)趨勢(shì)、酶活變化以及五氯酚和木

4、質(zhì)素的降解速度都呈基本一致的趨勢(shì)，前10d生物量、酶活增長(zhǎng)非常迅速，到第10d，達(dá)到最高，之后逐漸下降，五氯酚和木質(zhì)素的降解率也隨之變化，證明了微生物的生長(zhǎng)情況、酶系的活性是和降解率緊密相關(guān)的。同時(shí)紫外光譜和紅外光譜分析結(jié)果也表明在白腐菌的作用下，稻草中的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，難降解的大分子長(zhǎng)鍵烴被切斷成易降解的小分子短鍵烴。因而，白腐菌在降解五氯酚的同時(shí)，也達(dá)到了處理難降解稻草木質(zhì)素的獨(dú)特效果。 其次研究了黃孢原毛平革菌產(chǎn)

5、漆酶的優(yōu)化條件，以及所產(chǎn)出的漆酶對(duì)水中五氯酚的降解。黃孢原毛平革菌雖然長(zhǎng)時(shí)間被認(rèn)為是不能產(chǎn)漆酶的白腐真菌，但本研究證明它在特定培養(yǎng)基上--利用農(nóng)、林、食品工業(yè)的殘?jiān)?香蕉皮和玉米芯)作為固態(tài)發(fā)酵的底物，具有較好的產(chǎn)漆酶能力。 這樣既解決了這些含碳水化合物高的廢物引起的環(huán)境的問(wèn)題，又能生產(chǎn)更有利用價(jià)值的真菌漆酶。當(dāng)香蕉皮與玉米芯混合比例為1：2、誘導(dǎo)劑為0.4mMCuSO4時(shí)，黃孢原毛平革菌能獲得最高漆酶活，使用硫酸銅和藜蘆醇做

6、誘導(dǎo)劑都可提高漆酶酶活。 同時(shí)利用該條件下所產(chǎn)的漆酶酶液對(duì)五氯酚污染的污水進(jìn)行了處理，比較了粗酶液與純化酶液以及添加介質(zhì)與不添加介質(zhì)體的處理效果，發(fā)現(xiàn)純化漆酶優(yōu)于粗酶液，添加介質(zhì)ABTS能提高漆酶活性，提高處理率。利用低成本的農(nóng)林業(yè)殘?jiān)鳛榘l(fā)酵底物生產(chǎn)真菌漆酶并應(yīng)用到污染物修復(fù)中去，這將是一條既經(jīng)濟(jì)又高效的途徑，對(duì)環(huán)境污染治理產(chǎn)生一定意義。 然后探討了固定化和游離黃孢原毛平革菌對(duì)五氯酚降解效果及堆制過(guò)程中添加黃孢原毛

7、平革菌和未加菌時(shí)各種參數(shù)的變化，包括有機(jī)質(zhì)、碳氮比、木質(zhì)纖維素、腐殖質(zhì)、種子發(fā)芽、微生物量碳等。在經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的堆制后，堆料達(dá)到腐熟和穩(wěn)定并基本消除五氯酚的毒害。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了堆肥是對(duì)五氯酚污染的土壤進(jìn)行生物修復(fù)的一種有效方法，在堆肥中添加白腐菌有助于木質(zhì)纖維素的降解和腐殖質(zhì)的形成，而且固定化技術(shù)也是生物修復(fù)中可行的方法之一。 最后對(duì)湘江長(zhǎng)沙河段5個(gè)斷面沉積物樣品進(jìn)行了初步分析，研究了樣品的物理化學(xué)性質(zhì)，吸附動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，吸附等

8、溫線類(lèi)型以及吸附熱力學(xué)性質(zhì)。 研究分別用拋物線模型和線性模型對(duì)五氯酚吸附動(dòng)力學(xué)進(jìn)行擬合，結(jié)果是線性方程對(duì)湘江沉積物的擬合情況更好，實(shí)驗(yàn)還分別測(cè)定了五氯酚在湘江不同沉積物上的吸附等溫線，并分別用線性吸附模型、非線性的Freundlich吸附模型、雙模式吸附模型行了擬合，可以推斷出在沉積物吸附五氯酚過(guò)程中發(fā)揮主要作用的并不是線性分配作用，而是非線性吸附，其符合Freundlich吸附等溫式。 由吸附熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到五氯酚在