基于优势微生物共代谢的典型工业废水高效吸附-降解体系的构建

以焦化、石化等典型高浓有毒工业有机废水中的酚类、含氮杂环、多环芳烃等化合物为目标污染物，从污水好氧处理系统的污泥中用诱变、浓度梯度提升法筛选对高浓度有毒有机物的高效降解菌，将得到的纯培养细菌采用生理生化结合分子生物学手段进行分子鉴定；模拟生物吸附过程，通过共混、改性、交联等手段，合成含聚羟基脂肪酸酯（PHAs）分子组织的微生物载体，将筛选到的高效降解菌固定于该具有吸附特性的载体，考察细菌在不同条件下的生长特性；通过适当添加表面活性剂增强有机物的扩散和生物可降解性，研究底物和产物在固定化细胞内的传质性能；研究三元基质体系下的微生物降解过程，采用多种手段分析代谢中间产物，建立单一/复杂基质降解过程的动力学模型；通过DGGE手段分析优势菌投入焦化活性污泥后的生态时空分布。研究结果将为具工业废水处理潜力的菌系研制开发、激活及活性保持提供理论基础和解决思路。

从焦化、石化废水生物处理系统污泥中取得目标菌源，采用诱变、污染物浓度梯度递增法驯化微生物，将混合微生物接入选择培养基，划线分离，得到纯培养微生物用以降解苯酚、甲酚、吡啶、喹啉和芘。采用生理生化与DNA分子鉴定相结合的方法鉴定所筛选到的细菌种属分别为Citrobacter farmeri，Lysinibacillus cresolivorans，Achromobacter sp. DN-06和Castellaniella Pyr2。首先制备了PHB小球，测试了它对氯苯和4-氯苯的吸附富集能力，显示吸附量和富集倍数均随温度升高而下降。以PHAs为基材，添加表面活性剂及营养物质用冷冻-解冻结合硼酸交联法制备了PVA-SA-PHB-AC水凝胶体，测试了比表面积，其孔径容许污染物和代谢产物自由通过，而微生物被固定不会漏出；将所筛选到的菌种Lysinibacillus cresolivorans包埋，测试了微生物负载量及载体表面变化，比较微生物包埋前后的活性变化，结果显示掺杂了活性炭的载体对水相中的污染物有吸附能力，被包埋微生物的降解速率取决于污染物在载体内的扩散速率，寿命实验证明了所制备载体的可重复利用能力。建立了单一/多元底物的降解动力学模型，对苯酚、甲酚、吡啶、喹啉的降解均符合Haldane抑制模型；葡萄糖等共代谢基质的加入对目标污染物的降解有促进作用。分析了甲酚、喹啉降解过程中间产物，推测降解途径，并用于解释共代谢机理。将筛选得到的优势微生物投加到普通焦化污泥，从目标污染物的降解和活性污泥中微生物菌群的变化来考察细菌在开放体系中的竞争力，结果显示在好氧条件下，90天内目标菌逐渐消亡，但在厌氧条件下优势不变。项目经过3年的工作，圆满完成了预定计划目标。