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苯酚属高毒性物质,主要来自各种工业废水。含酚废水不经处理直接排放,污染水源,危害农作物,并对人类健康造成严重威胁。从自然界分离出能够降解苯酚的高效微生物,添加到污染物处理系统中,能快速提供大量微生物,在高毒性苯酚污染物治理中有巨大的应用潜能。但游离微生物对污染环境的适应性差,采用固定化方法有利于提高微生物的活性和密度,缩短处理时间,增强污染物的降解效果。本研究对筛选出的高效苯酚降解菌进行鉴定,探索最佳降解苯酚的条件,对其进行竹炭吸附固定化,并将固定化菌应用于模拟苯酚污染土壤和水体的修复,研究了修复过程中固定化菌的重复利用性及土壤苯酚浓度、酶活性和微生物群落的变化。取得以下主要研究成果:1.苯酚降解菌的鉴定及其生长特性的研究以苯酚为唯一碳源,采用富集培养方法,从陕北靖边石油污染土壤中分离获得一株高效苯酚降解菌(ad049),对菌株进行形态观察、生理生化检验及16S rDNA序列分析,确定其为红球菌(Rhodococcus)。通过摇瓶培养,在接种量5%,苯酚浓度1000mg/L,pH8,温度35℃的培养条件下,反应24h,可使苯酚降解率达99%以上,且整个降解过程符合零级动力学方程,速率常数k0=41.51,相关系数R2=0.96。通过测定邻苯二酚双加氧酶活性,推测出该菌株降解苯酚的途径可能是以邻苯二酚1,2双加氧酶为主要途径进行邻位开环,辅以邻苯二酚2,3双加氧酶进行间位开环。2.苯酚降解菌的竹炭吸附固定化研究用竹炭对红球菌ad049进行吸附固定化,选择竹炭量、接种菌量和吸附时间为因素,以固定化菌对苯酚的降解率为目标函数,采用正交试验确定了竹炭固定化菌的最佳固定化条件为:竹炭量:接种菌量(m:v)=1:2,吸附时间24h。固定化菌降解苯酚的最适条件为:温度35℃、pH8、初始苯酚浓度1500mg/L,由于载体竹炭减少了外界环境因素对菌的影响,当温度在20~45℃、pH在5~13以及初始苯酚浓度在1000~1500mg/L范围内变化时,固定化菌的苯酚降解率始终高于游离菌。苯酚浓度为1000mg/L,固定化菌完全降解苯酚所需的时间由游离菌的28h降低到20h。苯酚浓度为1500mg/L,重复使用竹炭固定化菌20次以后,苯酚降解率仍然保持在98%以上,说明竹炭固定化菌有极好的重复利用性。此外,固定化菌对苯酚的降解也符合零级动力学模型。3.固定化菌修复苯酚污染土壤过程的研究采用土壤培养实验,四个处理培养20d后,添加固定化菌处理的土壤的苯酚降解率最高为90.25%,比不加菌和加游离菌处理分别高49.71%和28.37%。与未污染土壤相比,三个添加苯酚的处理在修复过程中表现出促进脱氢酶活性,抑制脲酶活性,对多酚氧化酶活性先抑制后促进的趋势。Biolog分析表明,添加苯酚的三个处理培养96h的AWCD值比未污染土壤分别降低了34.62%、19.98%和11.01%。未污染土壤的Shannon指数、McIntosh指数和McIntosh均匀度显著高于其他三个处理(P<0.05),Simpson指数低于其他三个处理,其中不加菌处理的Simpson指数最大。与未污染土壤相比,其他三个处理对氨基酸类、多酚化合物类和多胺类的利用增大,对糖类和羧酸类的利用减小。主成分分析表明,不加菌和加游离菌处理明显改变了土壤微生物对碳源的代谢特征。相关性分析显示,土壤修复20d后,添加固定化菌处理的多酚氧化酶、脲酶活性、微生物活性和群落多样性均与对照处理没有显著性差异(P>0.05),表明利用固定化菌修复后土壤的微生物活性和群落多样性基本可以恢复到未污染土壤状态。