厭氧菌群在不同碳源條件下降解2，5-二氯硝基苯的特性

李玉明 張靜

摘?要：氯代硝基苯作為一種有毒難降解污染物受到研究人員的廣泛關注。本研究以廣泛用于染料合成的2，5-二氯硝基苯為模式化合物，探索了不同碳源條件下富集的混合菌群對其厭氧降解的能力，并采用發(fā)光細菌法測定了降解前后的生物毒性。結果表明，以丙酮酸為碳源富集的混合菌群對2，5-二氯硝基苯的厭氧硝基還原速率最快，4h內即發(fā)生完全轉化;以乙酸為碳源富集的混合菌群使2，5-二氯苯胺的脫氯及降解速率最快，比以丙酮酸為碳源富集的混合菌群體系降解速率高12%左右。降解產物分析表明，2，5-二氯硝基苯在厭氧條件下可轉化為2，5-二氯苯胺，并且依次還原脫氯到苯胺，最后開環(huán)裂解生成正己酸。生物毒性檢測結果表明，2，5-二氯硝基苯的生物降解朝著毒性更低的方向發(fā)展，這對于氯代硝基苯的生物修復具有重要意義。

關鍵詞：2，5-二氯硝基苯;碳源;硝基還原;脫氯

隨著我國工農業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，大量氯代芳烴類化合物進入到環(huán)境中。氯代硝基苯是此類化合物的典型代表，由于其毒性大、污染面廣，已被美國EPA、歐共體EEC以及中國列為優(yōu)先控制污染物。氯代硝基苯的苯環(huán)上含有吸電子基團，即氯取代基和硝基基團，因此，厭氧-好氧聯(lián)合生物處理是這類污染物最有效的處理方法之一[1-3]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)低氯苯或低氯酚在厭氧條件下能夠完全脫氯和礦化[4-5]。電子供體修復技術具有一定的應用前景。本研究選取廣泛應用于染料合成的2，5-二氯硝基苯作為模式化合物。分別以丙酮酸、甲酸、乙酸和乳酸作為碳源富集混合菌群，并研究這些混合菌群厭氧降解2，5-二氯硝基苯的能力。在此基礎上，對2，5-二氯硝基苯厭氧降解產物進行初步分析。

1 實驗部分

實驗材料：

（1）混合菌群。本實驗所用污泥取自大連市百傲化學股份有限公司。實驗所用菌群來源于不同碳源條件下對厭氧污泥的長期馴化，馴化過程中污泥濃度和2，5-二氯硝基苯（2，5-DCNB）濃度分別為5gVSS/L和20mg/L。

（2）培養(yǎng)基。實驗采用無機鹽培養(yǎng)基：1.0g/LNaCl;0.2g/L KH2PO4;027g/LNH4Cl;0.41g/L MgCl2·6H2O;0.52g/LKCl;0.113g/LCaCl2（pH=7）。無機鹽培養(yǎng)基中加入微生物生長所必需的01%（v/v）維生素和0.1%（v/v）微量元素。

（3）實驗主要試劑。實驗主要試劑：2，5-DCNB、2，5-二氯苯胺（2，5-DCA）、2-氯苯胺（2-CA）和3-氯苯胺（3-CA）購買于梯希愛（TCI）上海化成工業(yè)有限公司，分析純;甲醇購買于美國Spectrum化學試劑公司，色譜純;二氯甲烷，購買于天津市科密歐化學工業(yè)有限公司，色譜純;BSTFA：TMCS（99∶1），購買于百靈威科技有限公司，色譜純;其它常規(guī)試劑，如氫氧化鈉、磷酸氫二鉀等購買于國內天津市科密歐化學工業(yè)有限公司，分析純。

2 結果與討論

厭氧條件下，2，5-DCNB首先發(fā)生硝基還原反應。從上圖（a）中可以看出，添加四種碳源的反應體系中2，5-DCNB的硝基還原速率均大于未添加碳源的反應體系。與甲酸和乙酸為碳源的反應體系相比，以丙酮酸和乳酸為碳源的反應體系中，2，5-DCNB的硝基還原速率更快。另外，從化學反應式來看，理論上相同摩爾量的硝基被還原時，甲酸的生物消耗量是乙酸的3倍，但實驗結果顯示甲酸的消耗量不足乙酸的2倍，這可能是導致甲酸為碳源富集的混合菌群還原2，5-DCNB的能力低于乙酸反應體系的原因。

從上圖（a）中還可以發(fā)現(xiàn)，在未添加碳源的反應體系中，5d內2，5-DCNB發(fā)生了完全轉化;同時在菌滅活的反應體系中，觀察到2，5-DCNB發(fā)生了非生物還原。有研究報道稱，培養(yǎng)基中的某些組分（如硫化物、Fe（II）、維生素B12等）可以還原五氯硝基苯為五氯苯胺。因此推測本實驗中的非生物還原可能是培養(yǎng)基中維生素或酵母提取物中的某些組分還原了2，5-DCNB。2，5-DCNB厭氧降解依次經(jīng)過硝基還原、脫氯和脫氨，最終開環(huán)裂解生成正己酸。

2，5-DCNB厭氧還原為2，5-DCA過程中，產生了中間產物。從上圖（b）中可以看出，隨著2，5-DCNB濃度的降低，中間產物的峰面積逐漸增大。尤其以丙酮酸和乳酸為碳源的反應體系，當2，5-DCNB完全檢測不到時，中間產物的峰面積達到最大;同時，反應體系中也檢測到2，5-DCA。早在1998年，Peres等報道硝基還原成氨基的過程中會產生中間體亞硝基或羥胺。在本實驗中也觀察到類似的現(xiàn)象。

3 結論

（1）以丙酮酸為碳源富集的混合菌群還原硝基速率最快，乙酸為碳源富集的混合菌群脫氯最快。

（2）綜合考慮，適宜的碳源可能是丙酮酸和乙酸復合物。

（3）2，5-DCNB厭氧降解依次經(jīng)過硝基還原、脫氯和脫氨，最終開環(huán)裂解生成正己酸。

參考文獻：

[1]鄧曄，馮凱，魏子艷，劉文宗，梁玉婷，金德才.宏基因組學在環(huán)境工程領域的應用及研究進展[J].環(huán)境工程學報，2016（07）.

[2]杜祥琬，楊波，劉曉龍，王振海，易建.中國經(jīng)濟發(fā)展與能源消費及碳排放解耦分析[J].中國人口·資源與環(huán)境，2015（12）.

作者簡介：李玉明（1974-），男，本科，研究方向：水污染控制工程。