河南中合匯萃講述降解菌應用于苯酚廢水處理

摘要：苯酚是造紙、煉焦、煉油、塑料、農藥和醫藥合成等行業生產的重要原料，卻對生態環境和人體健康構成巨大威脅，因此應對含酚廢水進行處理使其達到國家排放標準。

1.苯酚的結構及危害

1.1苯酚的結構

在苯酚分子中，酚羥基上的氧原子處于雜化狀態，氧上兩對孤對電子，一對占據雜化軌道，另一對占據未參與雜化的p軌道，p電子云正好能與苯的大p鍵電子云發生側面重疊，形成p-p共軛體系，從而增加了苯環上的電子云密度，增強了羥基上氫的解離能力。

1.2苯酚的危害

苯酚是有機合成的重要原料，是造紙、煉焦、煉油、塑料、農藥和醫藥合成等行業生產的原料或中間體，大量用于制造酚醛樹脂以及其他高分子材料、藥物、燃料和炸藥等。隨著樹脂、化工和高分子材料等企業對苯酚需求量的日益增加，各企業所排放的含苯酚廢水量也日益增加。由于苯酚是一種原型質毒物，具有很強的毒性，對生態環境和人體健康構成巨大威脅。在許多國家，苯酚已被環保部門列入優先控制污染物的黑名單之中。

1.3對生態環境的危害

苯酚排放到環境中不僅毒害水生生物，而且進一步與水中的氯作用產生一種毒性更強的有機污染物氯代酚，從而破壞水生生態系統。水中含酚量>10mg/L,魚類等水生生物不能生存；含酚量>100mg/L，若用于灌溉,將導致農作物減產和枯死。

1.4對人體健康的危害

苯酚對人體任何組織都有顯著腐蝕作用，可通過黏膜、皮膚的接觸、吸入和誤服而侵入人體內部。接觸眼后，能引起角膜嚴重損害，甚至失明；接觸皮膚后，不引起疼痛，但在暴露部位最初呈現白色，如不迅速沖洗清除， 能引起嚴重灼傷和全身性中毒；吸入后，可致頭痛、頭暈、乏力，視物模糊，肺水腫等，但較少見；誤服后，引起消化道灼傷，出現燒灼痛，呼吸氣帶酚氣味，嘔吐物或大便可帶血液，有胃腸穿孔的可能。

此外，苯酚為細膩原漿毒物，它與細胞原漿中蛋白質接觸時可發生化學反應，形成不溶性蛋白質，而使細胞失去活力。

2.苯酚降解菌分離、鑒定的方法

2.1含苯酚降解菌樣品的富集培養

為了得到高活性降解苯酚的微生物菌株，除了從長期存在苯酚的環境中選取樣品篩選外，還可以采用富集培養法進行目的菌株的篩選。富集培養法是在一定的小環境內（如試管和三角瓶等）創造一些條件只讓所需的微生物生長，在這些條件下，所需要的微生物能有效地與其他微生物進行競爭，在生長能力方面遠遠超過其他微生物。所創造的條件包括選擇最適的碳源、能源、溫度、光、pH、滲透壓和氫受體等，一般可以從控制培養基的營養成分、控制培養條件、抑制不需要的菌類這三個方面進行富集。在相同的培養基和培養條件下，經過多次重復移種，最后富集的菌株很容易在固體培養基上長出單菌落。

2.2苯酚降解菌的的分離

經富集培養以后的樣品，苯酚降解菌得到增殖，占了優勢，其他種類的微生物在數量上相對減少，但并未死亡。富集后的培養液中仍然有多種微生物混雜在一起，因此，還需要進一步通過分離純化，把最需要的菌株直接從樣品中分離出來。分離苯酚降解菌的方法很多，主要有連續稀釋分離法，平板劃線分離法和單細胞分離法。

2.3苯酚降解菌的鑒定

常規的菌種鑒定包括形態觀察、生理生化指標鑒定等。隨著生物技術的更加精細化與分子生物技術的普及，新的手段，如分子指紋技術、BIOLOG細菌自動鑒定儀以及DNA-DNA雜交實驗等，也逐漸運用于苯酚降解菌的菌種鑒定中。

3.苯酚降解菌的種類及功能研究

3.1苯酚降解菌的種類

目前已分離、鑒定出許多微生物都能以苯酚為唯一碳源和能源。研究表明，醋酸鈣不動桿菌，假絲酵母菌， 黏質沙雷氏菌，絲抱酵母菌屬，糞產堿桿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

對于苯酚降解菌的功能研究，可以從以下幾個方面進行：次級代謝產物的檢測，如熱源物質、毒素、色素、抗生素、維生素等產物的檢測；菌株生長狀態的檢測，如生長曲線、干重、濕重、菌體計數等；降解條件的優化，如溫度、pH值、搖床轉速、苯酚初始濃度、培養時間等方面對苯酚降解率的影響（可通過單因子和正交試驗相結合的方法進行條件優化）。此外，由于含苯酚的工業廢水同時具有高鹽度的特性，在新的研究中有學者提出了含鹽量對苯酚降解菌的的影響及篩選耐鹽苯酚降解菌這一更加深入且有價值的新方向。

4.苯酚降解菌的相關酶基因

目前研究發現非嗜鹽菌中存在的苯酚降解酶類有苯酚羥化酶、鄰苯二酚2，3-加氧酶、鄰苯二酚l，2-加氧酶、2-羥基粘糠酸羥化酶、4-氧化丁烯酸變位酶、4-氧化丁烯酸脫羧酶等。這些酶類均由相應基因編碼，苯酚的降解基因通常成簇排列，位于質粒或染色體上。在好氧非嗜鹽菌中，苯酚羥化酶是微生物降解苯酚的關鍵酶，編碼苯酚降解途徑的第一個酶，負責將苯酚轉化為鄰苯二酚，鄰苯二酚繼續降解因菌種不同，降解途徑不同:假單胞菌CF60O的鄰苯二酚2，3-雙加氧酶由C23O雙加氧酶基因編碼，間位降解苯酚，醋酸鈣不動桿菌NCIB8250的鄰苯二酚l，2-雙加氧酶由C12O雙加氧酶基因編碼，鄰位裂解苯酚。苯酚羥化酶的降解動力學特性也做了相應的研究。

研究表明位于染色體或質粒上的苯酚降解基因通常成簇排列。假單孢菌CF600的dmp-KLMNOP編碼多組分的苯酚羥化酶，dmpB，DmpC，dmpD and dmpE，醋酸鈣不動桿菌NCIB8250和惡臭假單胞菌H等菌中，也發現了多組分苯酚羥化酶。其中假單胞菌CF600的dmpN，羅爾斯通氏菌E2的poxD是編碼苯酚羥化酶大亞基的基因。Selvaratnam等用編碼苯酚單加氧酶dmpN基因的RT-PCR技術來檢測處理廢水的SBR反應器中降解酚的假單胞菌。結果表明，RT-PCR方法不僅能檢測出微生物降解酚的能力，還能測量出dmpN基因的轉錄水平，從而確定該假單胞菌特殊的分解活性，且發現在轉錄水平條件下，酚濃度與通氣時間之間存在正相關關系。Chae等發現不能降解苯酚的Sulfolobus solfataricus 98/2菌株中的兒茶酚2，3－雙加氧酶基因同能降解苯酚的S.solfataricus P2有同源區，分析得出它們由共同祖先進化而來的，把它克隆到大腸桿菌中表達，獲得了有較高降解活性的此種雙加氧酶。目前已知的編碼苯酚羥化酶基因結構一般比較穩定，包括保守區和可變區，這些降酚菌編碼降解苯酚羥化酶的基因可能由于基因的水平轉移而呈現豐富的多樣性，Zhang等的研究還發現，在同一個種內的降酚菌中，也存在著豐富的多樣性。自然環境中苯酚降解的微生物種類很多，參與降解苯酚的菌株及降酚能力不同。

5.苯酚降解菌的代謝途徑

許多學者對微生物好氧降解苯酚的途徑進行了研究，其中好氧降解途徑的關鍵步驟為苯酚羥化酶將苯酚氧化為鄰苯二酚，鄰苯二酚經鄰位和間位酶由鄰位和間位途徑開環裂解。

6. 研究前景

苯酚降解菌處理含酚廢水的研究至今方興未艾，其原因就在于該方法在生產實踐中意義非凡，因此我們研究者也不能夠脫離生產實踐，如今耐鹽的苯酚降解菌已成為一個新的研究熱點。我們可以從以下三個方面對耐鹽苯酚降解菌進行研究：苯酚降解嗜鹽菌的分離篩選與分子生物學鑒定；苯酚降解嗜鹽菌的嗜鹽分子機理、細胞微觀結構、苯酚降解的影響條件；苯酚降解嗜鹽組合菌群對高鹽度苯酚廢水處理效果的穩定性研究。從而得到更適于生產實踐的苯酚降解菌。

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