酚类废水厌氧处理系统中功能菌的筛选与降解机理研究

厌氧酚类降解菌在沼气发酵反应器及酚类污染环境的生物修复中起重要作用，但该类微生物生长缓慢，且需要与产甲烷菌共生，因此其纯培养及降解机理研究一直没能深入开展。前期工作中我们获得了首例产甲烷厌氧苯酚降解菌Syntrophorhabdus aromatica（Qiu et al. AEM, 2008），该菌株可以利用腐殖酸作为电子受体代替产甲烷菌接受来自苯酚的电子，预示腐植酸作为电子受体是探索厌氧互营酚类降解菌的关键。本项目首先研究腐植酸对苯酚/甲酚降解效果及主要微生物种群的影响，利用腐殖酸作为电子受体分离厌氧酚类降解菌，建立功能菌的筛选及鉴定检测技术。在此基础上，研究苯酚/甲酚的微生物代谢途径与降解机理，考察降解菌的生长特点、营养要求等生理生化特性及对酚类物质的降解速率和降解效果。本研究不仅对理解芳香族化合物的厌氧降解机理具有重要意义，还为反应器的实际运行提供基础材料。

酚类废水是典型的难降解工业废水，也是目前厌氧处理推广应用的重点研究对象。酚类厌氧处理反应器存在启动慢、负荷低、不稳定、对温度变化敏感等问题，导致其厌氧处理难以推广应用。从微生物的生理特性出发，创建微生物的最佳生长条件，对工程应用具有重要意义。本项目以酚类废水厌氧处理污泥为植种源，以苯酚及甲酚的三种异构体作为唯一碳源，进行了苯酚处理反应器中酚类厌氧功能菌的富集培养。首先研究了培养系对酚类物质的降解速率和降解效果，结果表明同种污泥对各种酚类的降解速率不同：苯酚>对-甲酚>邻-甲酚 >间-甲酚。苯酚较易降解，而甲酚的降解周期较长，且其降解速率受取代基位置影响。利用16S rRNA系统鉴定及荧光原位杂交方法(FISH)对酚类降解培养系进行了微生物解析，建立了酚类降解菌的检测方法。对酚类厌氧降解系统的微生物群落解析结果说明Firmicutes(厚壁菌门)的Desulfotomaculum lineage I和Deltaproteobacteria（δ-变形菌纲）的Syntrophorhabdaceae 科是酚类厌氧降解的两大主要类群，Desulfotomaculum lineage I分支内除了Ih分支还存在其他分支能够降解苯酚。降解性实验表明Desulfotomaculum lineage I分支内的苯酚降解菌通过苯甲酸途径降解苯酚到苯甲酸。