模拟地下水中1,2-二溴乙烷降解菌群驯化及降解性能研究

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1,2-二溴乙烷(1,2-dibromoethane,EDB)是一种高毒性的有机污染物,自1946开始被广泛用于土壤熏蒸剂和含铅汽油等的生产。尽管EDB在农业和汽油中的使用已经禁止了数十年,近年来的调查显示,EDB目前仍在地下水中保持较高的污染水平,对人体健康和生态环境有巨大的潜在风险,急需采用经济有效的方法进行修复。生物降解被公认为是一种高效费比经济且环境友好的地下水污染修复技术,近年来被广泛应用于卤代烃的强化脱卤。目前的研究主要集中在单一物种对EDB的好氧或厌氧生物降解,而地下水原位生物修复过程中地下环境条件经常在好氧和厌氧之间不断变化,为了更好地模拟地下环境,提高EDB的生物降解效果,有必要开展EDB优势降解菌群对地下环境中EDB生物降解的相关研究。  本研究旨在筛选驯化出模拟地下水环境下高效的EDB降解菌群,研究其对EDB的生物降解特性,评估环境因素(温度、pH、溶解氧浓度、生物量)对EDB生物降解效率的影响。此外,为进一步探索提高EDB生物降解效率的可行方法,选取了不同共代谢基质(酵母浸膏、葡萄糖、乳酸盐)和表面活性剂(鼠李糖脂)作为添加物,探讨了其对EDB生物降解的影响。最后,通过分析EDB生物降解过程的产物揭示了EDB的潜在生物降解途径和机理。研究结果如下:  (1)通过梯度驯化的方法从厌氧活性污泥中筛选得到以EDB为唯一碳源并生长良好的EDB降解菌群,通过16S rRNA分析表明所驯化的EDB降解菌群主要包括Chromobacterium、Sporomusa、Pseudoramibacter Eubacterium、K82、Brachymonas、Treponema、Aquabacterium、Desulfovibrio等菌属。在15℃条件下,采用该菌群对地下水中EDB进行降解,结果表明16天内46%的EDB可以被生物降解,并且生物降解动力学遵循准一级和准二级动力学模型。  (2)环境因素对EDB生物降解的影响:EDB生物降解的最适温度为25-35℃,pH为6.0-8.0时对EDB生物降解影响不大。低溶解氧条件(溶解氧浓度为1.2-5.1mg/L)可促进EDB的生物降解,而7.8mg/L溶解氧则抑制EDB的生物降解。  (3)对于共代谢基质,葡萄糖和酵母浸膏不能促进EDB的生物降解,而0.3mM乳酸盐作为共代谢基质可使EDB生物降解效率增加。添加40mg/L的鼠李糖脂显著提高了EDB的生物降解效率。  (4)降解菌群对EDB降解产物分析显示EDB的生物降解产物为溴离子、乙烯、甲烷和二氧化碳。本研究实验条件下,EDB的生物降解可以分为好氧和厌氧降解两部分:在实验初始阶段,血清瓶内环境处于有氧状态,EDB被微生物氧化为二氧化碳。随着时间的推移,氧气逐渐被消耗直到处于完全厌氧状态,此时在厌氧微生物的作用下,EDB可能通过双电子转移途径直接转化为乙烯和溴离子,而甲烷可能由EDB的潜在中间产物(溴乙醇或环氧乙烷)进一步降解产生。  本研究所筛选的EDB降解菌群可以对EDB进行好氧和厌氧降解,并且可以在不同实验阶段发挥对EDB的降解作用,具有应用于原位生物降解EDB的潜力。
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