复合微生物降解发泡聚苯乙烯废弃物及其协同机理研究

Expanded polystyrene (EPS) is one of the widely used thermoplastics. Styrene oligomers (styrene dimer and styrene trimer) were produced from Waste expanded polystyrene by pyrolysis or natural cleavage, and residual styrene oligomer has been found in synthetic EPS. These chemical compounds were classified non-biodegrading substances, and has toxicity, can cause environmental hazards. This project was adopted for the study of complex microbial biodegradation of expanded polystyrene under the conditions of different temperature, substrate etc.; to investigate effect for degradation rate of expanded polystyrene with adding styrene oligomers; after stable complex strains, to isolate single strain and extracted key degrading enzyme；to determine the metabolites and key degrading enzyme by analysis，to investigate synergistic mechanisms for degradation of expanded polystyrene by complex microorganisms; to study on degradation effect of expanded polystyrene with adding different kinds of nitrogen source (C/N) by operate lab scale bioreactor; to determine the optimum parameters for biodegradation. In this study, it has a theoretical and practical significance for the biodegradation of the expanded polystyrene.

发泡聚苯乙烯是应用广泛的热塑性塑料之一。废弃的发泡聚苯乙烯（EPS）热解或自然裂解过程中大部分以苯乙烯低聚物（苯乙烯二聚体，三聚体等）形式排出，合成EPS中也残留苯乙烯低聚物。这些物质属于生物难降解化合物，而且会产生毒性，就会引起周围环境造成危害。 本项目拟采用复合微生物在不同温度、基质等条件下对发泡聚苯乙烯的生物降解进行系统的研究；并探讨投加苯乙烯低聚物对发泡聚苯乙烯降解率的影响；稳定复合菌系后，纯分离单一菌和提取关键降解酶，通过分析代谢产物和关键降解酶，探讨复合微生物对发泡聚苯乙烯生物降解的协同机理；通过 lab scale 反应器的运行，探讨投加不同种类的氮源（C/N）对发泡聚苯乙烯降解过程的影响，确定反应器最佳运行参数。本研究的实施对发泡聚苯乙烯废弃物生物处理，具有一定的理论和实际意义。

发泡聚苯乙烯是目前应用广泛的塑料之一。废弃的发泡聚苯乙烯（EPS）热解或自然裂解过程中大部分以苯乙烯低聚物（苯乙烯二聚体，三聚体等）形式排出，合成EPS中也残留苯乙烯低聚物。这些废弃物属于很难生物降解的污染物，是危害生态环境的污染物。.本项目利用复合微生物不同温度、基质等条件下对发泡聚苯乙烯的生物降解特性及微生物多样性变化等进行研究。结果：降解苯乙烯三聚体的复合微生物有利于降解EPS，降解过程中分泌细胞外产物，在EPS表面形成“斑点”模样的biofilm。可推测的降解机理为在降解EPS的时候，首先对EPS中的SD和ST等低聚物进行降解，后降解EPS小块。EPS降解实验中，微生物群结构的变化影响EPS的降解速度。其中，Pseudomonas属细菌起到关键作用。微生物种群的变化可能引起EPS降解速度加快，但是，EPS降解中的不同阶段导致了微生物种群的变化，可以考虑使不同的条件来诱导微生物种群的变化来加快EPS的生物降解。EPS生物降解过程是“磨损”的过程，通过大块儿变成小块儿，最终被微生物利用，这结果可能影响塑料在自然界中降解过程和对生态系统的评价。