發(fā)布時間：2020-05-26 21:51

【摘要】：苯甲酸和苯酚是目前工業(yè)上運(yùn)用最為廣泛的有機(jī)化工原料,其在工業(yè)廢水中含量較高,具有生物毒性,在自然狀態(tài)下很難被微生物降解,給人類健康及環(huán)境生態(tài)帶來了極大的危害,其在厭氧條件下的降解涉及多種微生物的生物化學(xué)過程,容易受到外界因素如溫度、pH、H2等的影響,研究這些環(huán)境因素對其降解的影響并通過其他途徑如直接電子傳遞(DIET)加強(qiáng)其生物降解過程是十分有必要的。同時,苯甲酸還是一些復(fù)雜芳香族化合物厭氧降解過程中的重要中間產(chǎn)物,也是苯酚厭氧降解的中間產(chǎn)物,因此對苯酚、苯甲酸的厭氧降解的探究有助于進(jìn)一步理解芳香族化合物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化,并且對其他復(fù)雜芳香族化合物如多環(huán)芳烴(PAHs)的厭氧降解也具有一定的指導(dǎo)意義。本研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1.在Batch模式下,保證適宜的厭氧條件,探究了不同濃度的顆粒活性炭(GAC)和多壁碳納米管(MwCNTs)對苯甲酸降解的影響,發(fā)現(xiàn)有中間產(chǎn)物乙酸生成,且最終全部轉(zhuǎn)化為甲烷。相比于對照組,加入導(dǎo)電碳材料后,苯甲酸的厭氧降解都有所增強(qiáng)。根據(jù)DIET理論,導(dǎo)電碳材料作為電子導(dǎo)管,其在苯甲酸厭氧降解過程中直接將產(chǎn)電微生物降解苯甲酸過程中產(chǎn)生的電子直接傳遞給了產(chǎn)甲烷菌,加快了中間產(chǎn)物乙酸的消耗,從而加快了苯甲酸的降解。當(dāng)GAC濃度為5 g/L,MwCNTs濃度為1 g/L時其促進(jìn)作用最佳,苯甲酸的降解速率分別提高了 45.09%和15.24%(Cycle2)。另外還探究了頂空H2分壓對其降解的抑制影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)分壓大于80%時,苯甲酸的降解會被徹底抑制,隨著頂空H2分壓增大,其抑制效果越強(qiáng)。2.選擇了三種不同導(dǎo)電碳材料的最適濃度,其中GAC為5 g/L,MwCNTs為1g/L,Graphite濃度為100 mg/L,對比其對苯甲酸厭氧降解的影響,發(fā)現(xiàn)所有材料都對苯甲酸的厭氧降解有一定的促進(jìn)作用,其中5 g/L GAC實驗組苯甲酸的降解速率最快,其次是MwCNTs和Graphite實驗組,此外,相比于對照組,其厭氧降解速率分別提高了 75%、35%和11%。微生物菌群分析表明,對照組中變形菌門中α-變形菌綱(Deltproteobacteria)、β-變形菌綱(Betaproteobacteria)和γ-變形菌綱(Gammaproteobacteriaa)占主導(dǎo)(56.25%),總體而言,微生物種類繁多且比例相當(dāng)。而在實驗組α,β-變形菌綱仍然占據(jù)優(yōu)勢,但Y-變形菌綱(Gammaproteobacteria)并不占優(yōu)勢了,取而代之的是鞘脂桿菌綱(Spirochaetes)、擬桿菌綱(Bacteroidia)和互養(yǎng)菌綱(Synergistia)等產(chǎn)電微生物,根據(jù)DIET理論,這些微生物有助于苯甲酸的水解產(chǎn)酸產(chǎn)氫。其次,對與產(chǎn)甲烷有關(guān)聯(lián)的古菌分析,可知實驗組中嗜氫產(chǎn)甲烷菌有所增長,而嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌卻在減少,嗜氫產(chǎn)甲烷菌相比嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌在DIET中更占優(yōu)勢。3.進(jìn)一步探究了這三種濃度下不同導(dǎo)電碳材料對苯酚的降解影響。相比于對照組,實驗組中MwCNTs和Graphite對苯酚的厭氧降解都有促進(jìn)作用,且MwCNTs比Graphite實驗組的促進(jìn)效果更明顯,其厭氧降解速率分別提高了59.20%和44.40%。另外還發(fā)現(xiàn),在batch模式下,添加1 g/L MwCNTs時,200mg/L條件下苯酚的降解速率最佳,其降解速率為33.51 mg·L-1·d-1,相比于對照組,速率提高了 147%;相對的,Graphite實驗組降解速率為27.38 mg·L-d-1,提高了102%。
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（３）龍膽酸途徑：龍膽酸途徑最先是由Ａｌｔｅｎｓｃｈｍｉｄｔ等發(fā)現(xiàn)的［４２］。苯甲酸逡逑先后在苯甲酰輔酶Ａ［４３］、單加氧酶和３－羥基苯甲酰輔酶Ａ－６－單加氧酶作用生成逡逑龍膽酸，最終生成反丁烯二酸和丙酮酸［４２－４４］，如圖１．２所示：逡逑ｏｎ逡逑ａ＾ＯＯＨ邐Ｈ（ＫＫ；邋Ｏ＾＾ＣＯＯＨ邋Ｆｕｍａｒｉｃ邋？ｃ？ｄ逡逑－（７邋－Ｃ７邋－邋（７邋－——逡逑Ｏ邐Ｔ邐Ｐｙｒｕｖｉｃ邐ａｃｋｌ逡逑ＯＨ邐Ｏｉｌ邐ＯＨ逡逑Ｂｃｎｘｏｋ邋ａｃｉｄ邐Ｂｃｎ／ｏｙｉＣｏＡ邋３－ＨｙｄｒｏｘｙｂｅｉＭ＜＊ｙ�。茫铮铃澹牵澹睿簦椋螅椋沐澹幔悖椋溥姡停幔欤簦�ｌｐｙｒｕｖｕｌｅ邐Ｆｕｍａｒｙｔ｜？Ｔｕｖａｔ？逡逑圖１．２苯甲酸的龍膽酸代謝途徑逡逑（４）原兒茶酸途徑：原兒茶酸的代謝途徑是在Ａ＾ｒｇ／／／ｗＷ＃ｒＡＴＣＣ１０１５逡逑降解苯甲酸的過程中首次發(fā)現(xiàn)的，如圖１．３所示，其代謝途徑分２個。一種是通逡逑過４－輕化酶作用生成原兒茶酸［４５］，或者在３－羥化酶及３－羥基苯甲酸４－羥化酶的逡逑作用下生成原兒茶酸［４６］。有研宄顯示，某些微生物體內(nèi)具備多種代謝途徑，如逡逑在邋５ｗｒＡ：／２0／（５ｆｅｎ＿ａ邋ｊｃｅＨｏｖｏｒａｒａ邋ＬＢ４００

Ｂｅｎｘｏｔｃ邋Ｈｃｉｄ邋Ｃ＼ｃｌｏｌｉ＾ｘ－ｌ－ｅｎｔ－邋１－ｃａｒｈｏｘｖｉａｔｒ邋２－Ｈｙｄｒｏｘｙｅｙｅ�。铮瑁澹�ａｎｃｃａｒｂｏｘｙＵｔｃ邐２－Ｏｓｏｃ＞ｃｌｏｈｃｘａｎｅｃａｉ＇ｂｏｘｙｉ８ｔ？邋Ｐｉｍｅｌａｔｅ逡逑圖１．４苯甲酸的厭氧代謝途徑逡逑１．３．２苯酚的代謝途徑逡逑在好氧條件下，苯酚的生物降解是通過氧化來進(jìn)行的。在該過程中，芳香環(huán)逡逑剛開始通過單氧化酶即苯酚羥化酶，，在苯酚的羥基鄰位上被單羥基化以形成兒茶逡逑酚。兒茶酚再經(jīng)鄰位或間位途徑生成丙酮酸和乙醛［５０］，常見的苯酚代謝途徑如逡逑下圖丨．５所示：逡逑＾ＣＯＯＨ逡逑Ｊ９邋—？邋—？邋—？邋［邋＾３邋—？邋—＊■邋Ａｃｅｔａｔｅ逡逑＾邐ＣａｐｒＱｏｔｅ逡逑Ｐｈｅｒｏｆ邋喂邐0逡逑0Ｈ邋ｍ邐0邋＾邋0、以逡逑ＣＯＯＮ邋＾（：邐＾＂Ｃ邐Ｊｌ逡逑｜邐＊邐Ｊｌ邋，廣、｜邋Ｃｙｄｏｈｅｘａｎｅ逡逑令上◎邋ｊ：＊邋◎邋ｆ邋＾逡逑ＯＨ邐0Ｈ邋ｅｅｎ２0ｙ＜－ＣｏＡ邋0邋］邐＾逡逑４－Ｈｆｔｒｏｘｙ－邐＼逡逑ｂｅｒｅｔｍｔｅ邐？邋N逡逑Ｃｙｃｂｈｃｘ－ｌ－ｅｎｅ逡逑ａｗｂｃｘｙｆ－ＣｏＡ逡逑Ａｃｅｔｔｉｔｃ邋？—邋｜３＾ｃｘｉｄｏｔｉ0ｎ邋

本文編號：2682456