论文部分内容阅读
印染废水由于其稳定性、生物毒性和难降解性被公认为难处理的废水之一。如何高效处理印染废水并促进印染行业可持续发展已成为目前的艰巨任务。由于常规生物法处理效率较低，因此研究添加激活剂以提高印染废水生物处理效率具有重要意义。本研究选用两种不同的混合菌群DDMY1（普通菌群）和DDMY2（经茶叶渣驯化菌群）为研究对象，对激活剂促进混合菌群脱色降解蒽醌染料活性艳蓝19(Reactive Blue19，RB19)的降解产物、生物学机理以及在模拟印染废水中的应用进行了一系列研究。
首先将培养基分别置于静置、振荡、静置+振荡条件下研究，结果显示微氧环境最适合菌群DDMY1、DDMY2脱色降解RB19，过量的氧可能会抑制酶的表达从而降低菌群DDMY1、DDMY2的脱色效率。同时，复合激活剂的加入均能促进菌群DDMY1、DDMY2对RB19的脱色降解。相较于经茶叶渣驯化后的菌群DDMY2，激活剂对普通菌群DDMY1的促进作用更强。可能是因为复合激活剂为模拟茶叶渣主要成分制成，因此对菌群DDMY2的影响较小，而对普通菌群有较大影响。在所有氮源中，酵母提取物为最佳氮源，样品DDMY2+A+Y对RB19的脱色效果最佳，脱色率为85.14%。且对混合菌群DDMY1的促进作用优于对混合菌群DDMY2的，说明激活剂对混合菌群的促进作用不局限于特定的营养条件。通过向NM培养基（营养培养基）中添加不同碳源的实验得出：额外添加碳源并不能提高RB19脱色率，甚至有些有一定抑制作用。相较于菌群DDMY1，不同外加碳源对菌群DDMY2影响较小。此外，添加外源菌剂会破坏菌群结构从而降低脱色率。
由傅里叶红外光谱分析(FTIR)结果可知，两组实验组均检测到N-H、C-H、C=O、苯环碳骨架的伸缩振动。通过液相色谱质谱联用分析(LC-MS)测定结果可知，激活剂诱导下混合菌群DDMY1对RB19的降解产物主要为3，6-二氨基苯二甲酸、邻苯二甲酸、苯磺酸钠。而激活剂诱导下混合菌群DDMY2对RB19的降解产物分别为3，6-二氨基苯二甲酸、邻苯二甲酸、苯磺酸。
酶学研究结果表明，细胞外偶氮还原酶和醌还原酶活性均显著高于细胞内偶氮还原酶和醌还原酶活性，同时胞外偶氮还原酶活性高于胞外醌还原酶活性。菌群DDMY1添加复合激活剂后胞外偶氮还原酶在48h的活性提高了2.27倍，胞外醌还原酶在72h的活性提高了1.63倍，说明复合激活剂能够通过增强酶活性来提高菌群菌群对RB19的脱色降解能力。高通量测序分析了加和不加激活剂条件下不同混合菌群的群落结构。结果表明激活剂能够富集肠杆菌属(Enterobacter)，这可能是增强混合菌群对RB19脱色降解的原因。此外，复合激活剂对普通混合菌群DDMY1的菌群结构影响较大，而混合菌群DDMY2的菌群结构更稳定，不易受激活剂的影响。蛋白质组学分析结果显示，激活剂对混合菌群DDMY1功能蛋白表达的促进作用强于其对混合菌群DDMY2的。从生物过程角度分析，两项对比组的上调蛋白均大部分参与细胞过程和代谢过程。在细胞组分分类中，对比组DDMY1vs DDMY1+A的差异蛋白数量明显高于对比组DDMY2vs DDMY2+A。最后对比两项对比组差异蛋白在分子功能上的表达，大多数的上调蛋白均与催化活性、结合分子功能相关。结合上述降解产物分析、酶活性分析可以推测，这些上调蛋白可能与生物降解中的偶氮还原酶、醌还原酶活性以及跨膜运输等过程有关。激活剂诱导下两种不同混合菌群DDMY1、DDMY2差异蛋白参与的KEGG通路前4条为代谢途径、次生代谢产物的生物合成、抗生素的生物合成、碳代谢。除上述的通路外，苯甲酸的降解途径也得到了丰富。结合上述LC-MS实验结果推测RB19被先降解为苯甲酸酯，随后进一步进行糖酵解、柠檬酸循环等。
添加不同金属离子和有机物以优化复合激活剂配方并进行对比研究。金属离子和氧化还原介体混合的实验组中，在原有激活剂配方中加入Mn2+和ABTS时，反应72h后的脱色率高达87.91%，相较于对照组(DDMY2+A)高出5.41%，因此A+Mn+ABTS为本优化实验的最佳配方。将复合激活剂应用在模拟印染废水中发现，菌群DDMY2对模拟印染废水的脱色率几乎为O，而添加复合激活剂、添加优化后的复合激活剂的实验组在96h的脱色率分别高达40.72%和36.3g%，激活剂以及优化后的激活剂能够显著促进菌群DDMY2脱色降解模拟印染废水。同时，实验组DDMY2+A+Mn+ABTS的COD去除率最高。Mn2+和ABTS的添加有利于脱色率的提高和COD的去除。
首先将培养基分别置于静置、振荡、静置+振荡条件下研究，结果显示微氧环境最适合菌群DDMY1、DDMY2脱色降解RB19，过量的氧可能会抑制酶的表达从而降低菌群DDMY1、DDMY2的脱色效率。同时，复合激活剂的加入均能促进菌群DDMY1、DDMY2对RB19的脱色降解。相较于经茶叶渣驯化后的菌群DDMY2，激活剂对普通菌群DDMY1的促进作用更强。可能是因为复合激活剂为模拟茶叶渣主要成分制成，因此对菌群DDMY2的影响较小，而对普通菌群有较大影响。在所有氮源中，酵母提取物为最佳氮源，样品DDMY2+A+Y对RB19的脱色效果最佳，脱色率为85.14%。且对混合菌群DDMY1的促进作用优于对混合菌群DDMY2的，说明激活剂对混合菌群的促进作用不局限于特定的营养条件。通过向NM培养基（营养培养基）中添加不同碳源的实验得出：额外添加碳源并不能提高RB19脱色率，甚至有些有一定抑制作用。相较于菌群DDMY1，不同外加碳源对菌群DDMY2影响较小。此外，添加外源菌剂会破坏菌群结构从而降低脱色率。
由傅里叶红外光谱分析(FTIR)结果可知，两组实验组均检测到N-H、C-H、C=O、苯环碳骨架的伸缩振动。通过液相色谱质谱联用分析(LC-MS)测定结果可知，激活剂诱导下混合菌群DDMY1对RB19的降解产物主要为3，6-二氨基苯二甲酸、邻苯二甲酸、苯磺酸钠。而激活剂诱导下混合菌群DDMY2对RB19的降解产物分别为3，6-二氨基苯二甲酸、邻苯二甲酸、苯磺酸。
酶学研究结果表明，细胞外偶氮还原酶和醌还原酶活性均显著高于细胞内偶氮还原酶和醌还原酶活性，同时胞外偶氮还原酶活性高于胞外醌还原酶活性。菌群DDMY1添加复合激活剂后胞外偶氮还原酶在48h的活性提高了2.27倍，胞外醌还原酶在72h的活性提高了1.63倍，说明复合激活剂能够通过增强酶活性来提高菌群菌群对RB19的脱色降解能力。高通量测序分析了加和不加激活剂条件下不同混合菌群的群落结构。结果表明激活剂能够富集肠杆菌属(Enterobacter)，这可能是增强混合菌群对RB19脱色降解的原因。此外，复合激活剂对普通混合菌群DDMY1的菌群结构影响较大，而混合菌群DDMY2的菌群结构更稳定，不易受激活剂的影响。蛋白质组学分析结果显示，激活剂对混合菌群DDMY1功能蛋白表达的促进作用强于其对混合菌群DDMY2的。从生物过程角度分析，两项对比组的上调蛋白均大部分参与细胞过程和代谢过程。在细胞组分分类中，对比组DDMY1vs DDMY1+A的差异蛋白数量明显高于对比组DDMY2vs DDMY2+A。最后对比两项对比组差异蛋白在分子功能上的表达，大多数的上调蛋白均与催化活性、结合分子功能相关。结合上述降解产物分析、酶活性分析可以推测，这些上调蛋白可能与生物降解中的偶氮还原酶、醌还原酶活性以及跨膜运输等过程有关。激活剂诱导下两种不同混合菌群DDMY1、DDMY2差异蛋白参与的KEGG通路前4条为代谢途径、次生代谢产物的生物合成、抗生素的生物合成、碳代谢。除上述的通路外，苯甲酸的降解途径也得到了丰富。结合上述LC-MS实验结果推测RB19被先降解为苯甲酸酯，随后进一步进行糖酵解、柠檬酸循环等。
添加不同金属离子和有机物以优化复合激活剂配方并进行对比研究。金属离子和氧化还原介体混合的实验组中，在原有激活剂配方中加入Mn2+和ABTS时，反应72h后的脱色率高达87.91%，相较于对照组(DDMY2+A)高出5.41%，因此A+Mn+ABTS为本优化实验的最佳配方。将复合激活剂应用在模拟印染废水中发现，菌群DDMY2对模拟印染废水的脱色率几乎为O，而添加复合激活剂、添加优化后的复合激活剂的实验组在96h的脱色率分别高达40.72%和36.3g%，激活剂以及优化后的激活剂能够显著促进菌群DDMY2脱色降解模拟印染废水。同时，实验组DDMY2+A+Mn+ABTS的COD去除率最高。Mn2+和ABTS的添加有利于脱色率的提高和COD的去除。