论文摘要
微生物菌剂的研究和应用是应用微生物学的重要内容,尤其是微生物复合菌剂。按不同环境污染的实际需要,筛选与培育高效降解菌,构建生态结构合理的微生物复合菌群,对缩短反应器启动周期、提高微生物竞争性及保持反应器高效性具有重大意义。本课题以甲苯、邻二甲苯以及二氯甲烷为制药厂排放的复合VOCs模型污染物,选育出1株甲苯及邻二甲苯的高效降解菌HJ1,经鉴定为Zoogloea resiniphila,为新发现的具有降解苯系物能力的新菌株。研究菌株HJ1的基本特性和动力学行为,基于代谢产物的分离、鉴定和相关酶活分析,推测了菌株HJ1降解邻二甲苯的代谢途径。实验结果表明,菌株HJ1最佳生长条件为35℃和pH=7。菌株HJl降解甲苯及邻二甲苯的过程均符合Haldane动力学模型；菌株HJ1降解甲苯时,最大比生长速率μmax=0.151/h、最大比降解速率Vmax=0.323 /h;菌株降解邻二甲苯时最大比生长速率μmax=0.118/h、最大比降解速室Vmax=0.19/h;菌株HJ1降解甲苯及邻二甲苯的产率系数分别为0.2494 mg/mg（甲苯）及0.2572 mg/mg（邻二甲苯）：甲苯及邻二甲苯的矿化率分别为65.9%及54.8%：通过GC/MS,检测到邻二甲苯的一个重要中间产物—3,4-二甲基邻苯二酚,并通过邻位开环,进入TCA循环。课题组在前期研究工作中,成功选育出了1株二氯甲烷高效降解国Methylobacterium rhodesianum H13（菌株H13）。本论文将菌株HJl与菌株H13按一定比例配置为复合菌株,然后按“专属复合菌株+综合菌”模式构建复合强化菌种,以实现复合底物的高效同步降解,并研究其对各组分的降解性能,以及底物之间的竞争和抑制效应。实验结果表明,当复合底物总浓度低于480 mg/L时,复合菌株可以完全矿化二氯甲烷,对苯系物的矿化率只有63.5%；当复合底物总浓度低于600 mg/L时,复合强化菌群完全矿化二氯甲烷,对苯系物的矿化率达71.7%。在该体系中,较低浓度二氯甲烷（240 mg/L）不会对甲苯和邻二甲苯的降解产生竞争或抑制效应,但较高浓度二氯甲烷（320 mg/L）则会对甲苯和邻二甲苯的降解产生明显的竞争或抑制效应；苯系物的存在会对二氯甲烷的降解产生明显的竞争或抑制效应。基于复合强化菌群降解性能和代谢特征的研究,将其应用于生物滴滤塔（BTF）净化含有甲苯、邻二甲苯及二氯甲烷的复合废气。研究不同因素对运行性能的影响,并对BTF内微生物代谢特性的分析。实验结果表明,运行26天后,BTF挂膜启动基本完成；随着EBRT、进气负荷及进口浓度的升高,甲苯、邻二甲苯以及二氯甲烷的去除率均逐渐降低,并且三种底物去除率降低的先后顺序为：二氯甲烷、邻二甲苯、甲苯；BTF对复合废气的降解行为符合Michaelis-Menten动力学模型,其单位体积最大降解速率rmax为460.84 g/m3·h。本论文通过采用PCR-DGGE、分子克隆及高通量测序等分子生物学手段,来研究生物滴滤塔上、下层生物膜相微生物种群结构、多样性及动态变化规律。PCR-DGGE指纹图分析表明,在稳定运行阶段,生物滴滤塔上下层微生物群落结构具有较高的相对稳定性。菌株H13及菌株HJ1在反应器内能够良好的生长,使BTF对甲苯、邻二甲苯以及二氯甲烷能够进行稳定降解。分子克隆DNA测序结果表明,以甲苯、邻二甲苯以及二氯甲烷为目标污染物的生物滴滤塔体系中聚集了较丰富的微生物种群,复合废气中甲苯及邻二甲苯组分可被Zoogloea、 Burkholderia、Comamonas、phingomonas、Pseudomon以及Pusillimonas等多个种群共同降解,而二氯甲烷则主要是依靠Methylobacterium菌种得到去除。高通量测序结果表明,Betaproteobacteria菌株在反应器下层含量要高于上层的含量,而Alphaproteobacteria菌株在上层的含量要高于下层的含量,这说明了甲苯与邻二甲苯主要在反应器下层被去除,而二氯甲烷主要在反应器上层被去除。