苯酚降解菌的篩選及其處理含酚廢水實驗研究

余靖冉 宋娜 郭偉 王俊清 王雪 高敏 劉曉飛

摘要：本研究從內蒙古巴彥淖爾市烏拉特中旗某煤化工廠污水處理系統的活性污泥中分離出一株苯酚降解菌，命名為B4，對其進行含酚廢水處理的實驗研究。結果顯示：當pH為7，初始苯酚濃度為500 mg·L-1，NaCl濃度為0.5g·L-1時，COD去除率為91.76%。

關鍵詞：含酚廢水;微生物;降解

中圖分類號：X131.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.058

Research on the breeding of a phenol-degradation bacterial consortium and treating with phenol wastewater

Yu Jingran，Song Na，Guo Wei，Wang Junqing，Wang Xue ，Gao Min，Liu Xiaofei

（Hetao College，Bayannur Inner Mongolia 015000，China）

Abstract：In this work，a phenol-degrading bacteria was screened from activated sludge of sewage treatment system in Bayannur of Inner Mongolia，named as B4.The degradation capacity of the bacterial consortium to treat with phenol wastewater was analyzed.The results show that the maximum removal rate of COD was 91.76%，with the initial phenol concentration of 500 mg·L-1，NaCl concentration of 0.5g ·L-1，and pH 7.

Key words：Phenol wastewater;Microbe;Degradation

酚類及其衍生物作為重要的有機化工原料，其在醫藥、農藥、染料、煉油等工業中有著重要的用途，但隨著工業經濟的高速發展，相應的水污染問題也日趨嚴重，且隨著含酚廢水排放量的增加與處理難度的增大，含酚廢水已成為水污染治理當中的一大公害。近年來， 隨著生物新技術的發展， 越來越多的研究者致力于微生物降解法處理高濃度含酚廢水的研究。目前，已發現多種酚降解菌，包括熱帶假絲酵母菌（Yeasttrichosporon） [1]、根瘤菌（Rhizobia） [2]、假單胞菌（Pseudonomonas sp.）[3]、藻類（Ochromonas danica）[4]、芽孢桿菌（Bacillus）[5]、產酸克雷伯菌（Klebsiella oxytoca）[6]、紅球菌 （Rhodococcus） [7]等。本實驗室從內蒙古巴彥淖爾烏拉特中旗某煤化工廠的活性污泥中分離出一株苯酚降解菌命名為B4，并研究了該菌對含酚廢水的降解效果，以期為建立含酚廢水處理新工藝提供重要的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

菌種來源：以內蒙古巴彥淖爾烏拉特中旗某煤化工廠污水處理系統活性污泥作為分離篩選降酚菌的實驗材料。

培養基：①富集培養基：NaCl 1.0 g，蛋白胨1.0 g，酵母膏0.5 g，pH7.2～7.4;②苯酚無機鹽培養基：K2HPO4 0.5 g，KH2PO4 0.5 g ，MgSO4·7H2O 0.5 g，MnSO4 0.1 g，CaCl2 0.1 g，FeSO4·7H2O 0.01 g，（NH4）2·SO4 0.3 g，NaCl 0.2g，C6H5OH 0.2 g，蒸餾水1 000mL。

模擬含酚廢水：苯胺100 mg，喹啉50 mg，蒸餾水1 000mL。

1.2 方法

1.2.1 苯酚降解菌的馴化

為獲得高強度的苯酚耐受菌，配制苯酚無機鹽培養基，控制苯酚濃度分別為200mg·L-1、400mg·L-1、600mg·L-1、800mg·L-1、1 000 mg·L-1、1 200mg·L-1和1 400mg·L-1，按5%接種量接入菌懸液，在30℃，150 r·min-1條件下搖床培養。

1.2.2 苯酚降解菌的篩選

采用稀釋涂平板法進行菌種分離，將平板置于30℃恒溫培養箱中培養24h左右，直至出現清晰的單菌落。挑取不同形態的單菌落，用富集培養基培養后，按5%的接種量接入新的惟一碳源培養基中，采用4-氨基安替吡林法對苯酚濃度進行測定，挑選苯酚降解率最大的菌株。

1.2.3 COD測定

在強酸性溶液中，用一定量的K2Cr2O7和HgSO4去除Cl–的干擾，用Ag2SO4作催化劑，在150℃高溫消解后，溶液中的COD值與吸光度值呈線性關系。本實驗將預處理、消解后的樣液放入COD測定儀中進行測定。再通過去除率公式：，計算COD去除率。

1.2.4 pH試驗

按10%的接種量將菌懸液接種到苯酚初始質量濃度為500 mg·L-1、NaCl濃度為0.2g·L-1的無機鹽培養液中，調節培養液pH分別為6、7、8、9，置于恒溫振蕩器在30℃，150r·min-1條件下培養，連續培養48h，定時取樣測定。

1.2.5 苯酚初始濃度試驗

控制苯酚初始濃度分別為500mg·L-1、1 000mg·L-1、2 000mg·L-1，以10%的接種量接種，NaCl濃度均為0.2g ·L-1，培養液pH均為7，置于恒溫振蕩器在30℃，150r·min-1條件下培養，連續培養48h，定時取樣測定。

1.2.6 鹽度試驗

按10%的接種量將菌懸液接種到苯酚初始質量濃度為500 mg·L-1的無機鹽培養液中，NaCl濃度分別為0.3g ·L-1、0.5g ·L-1、0.75g ·L-1、1.0g ·L-1，培養液pH均為7，置于恒溫振蕩器在30℃，150r·min-1條件下培養，連續培養48h，定時取樣測定。

2 結果與分析

2.1 菌種的馴化、篩選

通過稀釋涂平板法獲得4株降酚菌，分別命名為A6、A7、B3、B4，其菌落照片如圖1所示，形態特征如表1所示。

繪制苯酚標準曲線，曲線方程為：A=0.22344*C+0.04839，用4-氨基安替比林法測定各菌液的吸光度，結果顯示：降酚菌B4對苯酚的降解效果最好，因此后續實驗選取降酚菌B4為試驗菌，并研究各因素對其降解含酚廢水的影響。

2.2 各種因素對降酚菌B4降解含酚廢水的影響

2.2.1 不同 pH的影響

在pH分別為6、7、8、9的條件下，用降酚菌B4降解模擬含酚廢水，測得的COD如圖2所示。

在pH 6～9 的降解系統中，降酚菌B4均能顯現出一定的苯酚降解能力，其COD去除率分別為42.98%、50.49%、44.67%、40.50%。當pH=7，培養46 h時，COD去除率達到最大值50.49%，但當pH 值為6、8、9時，由于過低或過高的pH影響了降酚菌的新陳代謝，抑制了菌的生長且影響了降酚酶的活性，因而去除率下降。因此降酚菌B4的最適pH為7。

2.2.2 初始苯酚濃度的影響

在苯酚初始濃度分別為500mg·L-1 、1 000mg·L-1、2 000mg·L-1的條件下，用降酚菌B4降解模擬含酚廢水，測得的COD如圖3所示。從圖3可以看出降酚菌B4在不同的初始苯酚濃度下降解能力有很大的差異，在濃度為500mg·L-1時，COD去除率可達84%，此時降解能力最強，當濃度增加為1 000mg·L-1、2 000mg·L-1時，COD去除率逐漸下降，過高的苯酚濃度抑制了降酚菌的降解活動，降解能力變得很微弱，因此降酚菌B4的最適初始苯酚濃度為500 mg·L-1。

2.2.3 NaCl濃度的影響

在NaCl濃度分別為0.3g ·L-1、0.5g ·L-1、0.75g ·L-1、1.0g ·L-1的條件下，用降酚菌B4降解模擬含酚廢水，測得的COD如圖4所示。

由圖4可見，COD值均隨降解時間的增加而降低，在不同NaCl濃度下，COD去除率分別為80.91%、91.76%、89.19%、69.83%。當NaCl濃度為0.5g ·L-1時，去除率達最大。當NaCl濃度為0.75g ·L-1、1.0g ·L-1時，過高的鹽度會使溶液中出現鹽析現象，降酚菌的蛋白質、生物酶的結構會受到一定的破壞，其活性會降低甚至失活，苯酚降解性能也會隨之下降。因此降酚菌B4的最適NaCl濃度為0.5g ·L-1。

3 討論

隨著工業化的高速發展，高濃度含酚廢水的降解已成為亟待解決的問題。微生物降解法在降解效率、投資、二次污染等方面較化學降解法有著明顯的優越性，因此，用微生物處理含酚工業廢水已成為當前研究的熱點。目前已分離到了多種降酚菌，但這些菌株還存在耐酚濃度較低，降酚需時較長，菌體生長及降酚條件適應范圍窄等不足。王圖錦等[8]通過富集馴化獲得具有高效降解苯酚能力的苯酚降解菌群PDBC-1，紅球菌屬細菌是該菌群的優勢菌種，當初始苯酚濃度低于 1 200mg·L-1時，菌群能夠在72h內完全降解苯酚;但當苯酚濃度升高后，苯酚降解能力顯著下降。袁利娟等[9]從一絕緣材料廠的污水中分離得到一株可高效降解苯酚的菌株 JY01，經鑒定屬Bacillus，該菌在pH為6.0～9.0和溫度為18～36℃的范圍內，苯酚濃度為 1 100 mg·L-1時，30h內降解率為99.16%。本實驗某煤化工廠污水處理系統活性污泥分離出一株苯酚降解菌B4，當pH為7，初始苯酚濃度為500 mg·L-1，NaCl濃度為0.5g ·L-1時，COD去除率為91.76%。

目前， 國內外研究者對苯酚的降解機制、代謝途徑基本達成共識。普遍認為在有氧的條件下，苯酚在苯酚羥化酶、雙加氧酶作用下裂解， 裂解產物再進入三羧酸循環。可見苯酚酶在苯酚的降解過程中發揮了至關重要的作用，因此，降酚酶的分離提純以及固定化酶技術將成為生物降解含酚廢水的研究方向和發展趨勢。

參考文獻

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[9]袁利娟，姜立春，彭正松，等.一株高效苯酚降解菌的選育及降酚性能研究[J].微生物學通報，2009，36（04）：587-592.

收稿日期：2020-10-14

基金項目：高效苯酚降解菌群的構建及其處理焦化廢水的應用研究，項目編號：HYZQ201947

作者簡介：余靖冉（1985-），女，碩士研究生，講師，研究方向為微生物降解污染物。