河南中合汇萃讲述降解菌应用于苯酚废水处理

河南中合汇萃讲述降解菌应用于苯酚废水处理

摘要：苯酚是造纸、炼焦、炼油、塑料、农药和医药合成等行业生产的重要原料，却对生态环境和人体健康构成巨大威胁，因此应对含酚废水进行处理使其达到国家排放标准。

1.苯酚的结构及危害

1.1苯酚的结构

在苯酚分子中，酚羟基上的氧原子处于杂化状态，氧上两对孤对电子，一对占据杂化轨道，另一对占据未参与杂化的p轨道，p电子云正好能与苯的大p键电子云发生侧面重叠，形成p-p共轭体系，从而增加了苯环上的电子云密度，增强了羟基上氢的解离能力。

1.2苯酚的危害

苯酚是有机合成的重要原料，是造纸、炼焦、炼油、塑料、农药和医药合成等行业生产的原料或中间体，大量用于制造酚醛树脂以及其他高分子材料、药物、燃料和炸药等。随着树脂、化工和高分子材料等企业对苯酚需求量的日益增加，各企业所排放的含苯酚废水量也日益增加。由于苯酚是一种原型质毒物，具有很强的毒性，对生态环境和人体健康构成巨大威胁。在许多国家，苯酚已被环保部门列入优先控制污染物的黑名单之中。

1.3对生态环境的危害

苯酚排放到环境中不仅毒害水生生物，而且进一步与水中的氯作用产生一种毒性更强的有机污染物氯代酚，从而破坏水生生态系统。水中含酚量>10mg/L,鱼类等水生生物不能生存；含酚量>100mg/L，若用于灌溉,将导致农作物减产和枯死。

1.4对人体健康的危害

苯酚对人体任何组织都有显著腐蚀作用，可通过黏膜、皮肤的接触、吸入和误服而侵入人体内部。接触眼后，能引起角膜严重损害，甚至失明；接触皮肤后，不引起疼痛，但在暴露部位最初呈现白色，如不迅速冲洗清除， 能引起严重灼伤和全身性中毒；吸入后，可致头痛、头晕、乏力，视物模糊，肺水肿等，但较少见；误服后，引起消化道灼伤，出现烧灼痛，呼吸气带酚气味，呕吐物或大便可带血液，有胃肠穿孔的可能。

此外，苯酚为细腻原浆毒物，它与细胞原浆中蛋白质接触时可发生化学反应，形成不溶性蛋白质，而使细胞失去活力。

2.苯酚降解菌分离、鉴定的方法

2.1含苯酚降解菌样品的富集培养

为了得到高活性降解苯酚的微生物菌株，除了从长期存在苯酚的环境中选取样品筛选外，还可以采用富集培养法进行目的菌株的筛选。富集培养法是在一定的小环境内（如试管和三角瓶等）创造一些条件只让所需的微生物生长，在这些条件下，所需要的微生物能有效地与其他微生物进行竞争，在生长能力方面远远超过其他微生物。所创造的条件包括选择最适的碳源、能源、温度、光、pH、渗透压和氢受体等，一般可以从控制培养基的营养成分、控制培养条件、抑制不需要的菌类这三个方面进行富集。在相同的培养基和培养条件下，经过多次重复移种，最后富集的菌株很容易在固体培养基上长出单菌落。

2.2苯酚降解菌的的分离

经富集培养以后的样品，苯酚降解菌得到增殖，占了优势，其他种类的微生物在数量上相对减少，但并未死亡。富集后的培养液中仍然有多种微生物混杂在一起，因此，还需要进一步通过分离纯化，把最需要的菌株直接从样品中分离出来。分离苯酚降解菌的方法很多，主要有连续稀释分离法，平板划线分离法和单细胞分离法。

2.3苯酚降解菌的鉴定

常规的菌种鉴定包括形态观察、生理生化指标鉴定等。随着生物技术的更加精细化与分子生物技术的普及，新的手段，如分子指纹技术、BIOLOG细菌自动鉴定仪以及DNA-DNA杂交实验等，也逐渐运用于苯酚降解菌的菌种鉴定中。

3.苯酚降解菌的种类及功能研究

3.1苯酚降解菌的种类

目前已分离、鉴定出许多微生物都能以苯酚为唯一碳源和能源。研究表明，醋酸钙不动杆菌，假丝酵母菌， 黏质沙雷氏菌，丝抱酵母菌属，粪产碱杆菌等微生物菌株均可以降解苯酚。

3.2苯酚降解菌的功能研究

对于苯酚降解菌的功能研究，可以从以下几个方面进行：次级代谢产物的检测，如热源物质、毒素、色素、抗生素、维生素等产物的检测；菌株生长状态的检测，如生长曲线、干重、湿重、菌体计数等；降解条件的优化，如温度、pH值、摇床转速、苯酚初始浓度、培养时间等方面对苯酚降解率的影响（可通过单因子和正交试验相结合的方法进行条件优化）。此外，由于含苯酚的工业废水同时具有高盐度的特性，在新的研究中有学者提出了含盐量对苯酚降解菌的的影响及筛选耐盐苯酚降解菌这一更加深入且有价值的新方向。

4.苯酚降解菌的相关酶基因

目前研究发现非嗜盐菌中存在的苯酚降解酶类有苯酚羟化酶、邻苯二酚2，3-加氧酶、邻苯二酚l，2-加氧酶、2-羟基粘糠酸羟化酶、4-氧化丁烯酸变位酶、4-氧化丁烯酸脱羧酶等。这些酶类均由相应基因编码，苯酚的降解基因通常成簇排列，位于质粒或染色体上。在好氧非嗜盐菌中，苯酚羟化酶是微生物降解苯酚的关键酶，编码苯酚降解途径的第一个酶，负责将苯酚转化为邻苯二酚，邻苯二酚继续降解因菌种不同，降解途径不同:假单胞菌CF60O的邻苯二酚2，3-双加氧酶由C23O双加氧酶基因编码，间位降解苯酚，醋酸钙不动杆菌NCIB8250的邻苯二酚l，2-双加氧酶由C12O双加氧酶基因编码，邻位裂解苯酚。苯酚羟化酶的降解动力学特性也做了相应的研究。

研究表明位于染色体或质粒上的苯酚降解基因通常成簇排列。假单孢菌CF600的dmp-KLMNOP编码多组分的苯酚羟化酶，dmpB，DmpC，dmpD and dmpE，醋酸钙不动杆菌NCIB8250和恶臭假单胞菌H等菌中，也发现了多组分苯酚羟化酶。其中假单胞菌CF600的dmpN，罗尔斯通氏菌E2的poxD是编码苯酚羟化酶大亚基的基因。Selvaratnam等用编码苯酚单加氧酶dmpN基因的RT-PCR技术来检测处理废水的SBR反应器中降解酚的假单胞菌。结果表明，RT-PCR方法不仅能检测出微生物降解酚的能力，还能测量出dmpN基因的转录水平，从而确定该假单胞菌特殊的分解活性，且发现在转录水平条件下，酚浓度与通气时间之间存在正相关关系。Chae等发现不能降解苯酚的Sulfolobus solfataricus 98/2菌株中的儿茶酚2，3－双加氧酶基因同能降解苯酚的S.solfataricus P2有同源区，分析得出它们由共同祖先进化而来的，把它克隆到大肠杆菌中表达，获得了有较高降解活性的此种双加氧酶。目前已知的编码苯酚羟化酶基因结构一般比较稳定，包括保守区和可变区，这些降酚菌编码降解苯酚羟化酶的基因可能由于基因的水平转移而呈现丰富的多样性，Zhang等的研究还发现，在同一个种内的降酚菌中，也存在着丰富的多样性。自然环境中苯酚降解的微生物种类很多，参与降解苯酚的菌株及降酚能力不同。

5.苯酚降解菌的代谢途径

许多学者对微生物好氧降解苯酚的途径进行了研究，其中好氧降解途径的关键步骤为苯酚羟化酶将苯酚氧化为邻苯二酚，邻苯二酚经邻位和间位酶由邻位和间位途径开环裂解。

6. 研究前景

苯酚降解菌处理含酚废水的研究至今方兴未艾，其原因就在于该方法在生产实践中意义非凡，因此我们研究者也不能够脱离生产实践，如今耐盐的苯酚降解菌已成为一个新的研究热点。我们可以从以下三个方面对耐盐苯酚降解菌进行研究：苯酚降解嗜盐菌的分离筛选与分子生物学鉴定；苯酚降解嗜盐菌的嗜盐分子机理、细胞微观结构、苯酚降解的影响条件；苯酚降解嗜盐组合菌群对高盐度苯酚废水处理效果的稳定性研究。从而得到更适于生产实践的苯酚降解菌。

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