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含氯含硝基类芳香化合物作为重要的化工中间体被广泛用于染料、农药、除草剂、药物制剂、感光剂、抗氧化剂、汽油添加剂、防腐剂等化工原材料的生产和制造,通过生产过程排放的废水、废气及废渣进入环境成为一类有毒难降解污染物。氯代硝基苯可引起血液毒性、脾毒性、肝脏毒性、免疫毒性、肾脏损害等多种症状并伤害神经系统,导致变异和致癌。氯代硝基芳香化合物由于苯环上氯原子和硝基基团的吸电子性,使其在环境中难以降解。本文在查阅大量文献的基础上,综述了氯硝基苯类化合物对环境的污染和处理方法,重点介绍了含氯含硝基苯类污染物生物处理的研究进展,确立了本文关于筛选高效降解菌处理邻氯硝基苯的研究在理论和实际中的意义。
通过对某废水处理工厂活性污泥的长期富集、驯化和筛选,分离到了一株高效降解邻氯硝基苯的菌株OCNB-1,对其进行了生理生化和16S rDNA鉴定,归属为Pseudomonas putida。该菌株能利用邻氯硝基苯为唯一碳源、氮源与能源。
考察了该菌株降解邻氯硝基苯的反应条件与降解动力学特性,其降解邻氯硝基苯的最适物理条件为：温度32℃,pH8.0,摇床转速120 r/min;在此条件下,42 h能降解1.0 mol/L的邻氯硝基苯。菌株对邻氯硝基苯的降解符合Haldane抑制动力学方程。
研究了无机盐离子、外加不同碳源或氮源对菌株降解邻氯硝基苯的促进或抑制作用。Mg2+和Ca2+的最适浓度为30 mg/L,Fe3+的最合适浓度则在50 mg/L,Zn2+的合适浓度为10 mg/L,Mn2+的合适浓度为20 mg/L,这几种无机盐离子在上述浓度有促进作用；添加葡萄糖或乙酸钠时,邻氯硝基苯浓度的降低与氯离子释放不同步,有中间代谢物积累,不利于邻氯硝基苯的完全降解；乙醇的加入有利于邻氯硝基苯的降解和氯离子的释放；蛋白胨为细菌OCNB-1降解邻氯硝基苯的最适有机氮源,而(NH4)2SO4为菌株降解邻氯硝基苯最适添加的无机氮源。
对菌株Pseudomonas putida OCNB-1进行了质粒的提取与检测,结果表明菌株含有与降解相关联的质粒pOCNB-1,用7种内切酶对质粒进行单酶切,估计质粒的大小约为32 kb,通过细菌接合作用质粒重组到Pseudomonas stutzeri。经过质粒重组的Pseudomonas stutzer pOCNB-1与Pseudomonas putida OCNB-1-样具有降解邻氯硝基苯的能力。
对菌株Pseudomonas putida OCNB-1进行了降解酶分析,酶分析发现该菌株在含有邻氯硝基苯的无机盐培养基(MSM)中有较高的硝基苯还原酶、苯胺双加氧酶、邻苯二酚1,2双加氧酶活性,而在LB培养基中,则没有这些酶的活性,表明这些酶都是诱导酶。通过液相色谱与气质联用色谱测定了降解液中所含的中间产物,发现了邻氯苯胺。中间代谢物邻氯苯胺的检出及酶分析结果表明该菌是通过硝基还原酶还原邻氯硝基苯为邻氯苯胺,邻氯苯胺在苯胺双加氧酶的作用下转化为3-氯邻苯二酚,3-氯邻苯二酚在邻苯二酚1,2双加氧酶的作用下继续开环脱氯。在厌氧条件下,驯化筛选了一株邻氯硝基苯的降解菌ACNB-1,经自动化微生物鉴定系统初步鉴定为Corynebacterium sp.,在葡萄糖共基质的厌氧条件下,该菌株96 h降解0.35 mmol/L邻氯硝基苯。葡萄糖最佳添加浓度为1200 mg/L,降解邻氯硝基苯的最佳温度为32℃,最佳pH为7.5。20 mg/L氯硝基苯与50、100、150、200 mg/L的葡萄糖共基质时,邻氯硝基苯降解和葡萄糖的降解都遵循一级反应动力学。但120 mg/L邻氯硝基苯及其与不同浓度的葡萄糖(600、800、1000、1200 mg/L)共基质时,邻氯硝基苯降解不再遵循一级反应动力学,而葡萄糖的降解仍遵循一级反应动力学。葡萄糖的浓度增加到2000 mg/L时,降解反应遵循零级反应动力学。
总之,通过本论文的研究工作,在有氧条件下,筛选到了一株高效降解邻氯硝基苯的菌株Pseudomonas putidaOCNB-1,对其降解邻氯硝基苯的特性、降解质粒、降解酶、降解途径进行了研究；在葡萄糖共基质的厌氧条件下,筛选到了一株降解邻氯硝基苯的菌株ACNB-1,并对其降解特性进行了研究；本论文的研究为邻氯硝基苯类废水的处理提供了一定的理论与实验依据。