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(guān)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(duì)其厭氧降解的能力，并采用發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定了降解前后的生物毒性。結(jié)果表明，以丙酮酸為碳源富集的混合菌群對(duì)2，5-二氯硝基苯的厭氧硝基還原速率最快，4h內(nèi)即發(fā)生完全轉(zhuǎn)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(chǎn)物分析表明，2，5-二氯硝基苯在厭氧條件下可轉(zhuǎn)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(cè)結(jié)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(duì)于氯代硝基苯的生物修復(fù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：2，5-二氯硝基苯;碳源;硝基還原;脫氯

隨著我國工農(nóng)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，大量氯代芳烴類化合物進(jìn)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(tuán)，即氯取代基和硝基基團(tuán)，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(fù)技術(shù)具有一定的應(yīng)用前景。本研究選取廣泛應(yīng)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(chǔ)上，對(duì)2，5-二氯硝基苯厭氧降解產(chǎn)物進(jìn)行初步分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)材料：

（1）混合菌群。本實(shí)驗(yàn)所用污泥取自大連市百傲化學(xué)股份有限公司。實(shí)驗(yàn)所用菌群來源于不同碳源條件下對(duì)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(shí)驗(yàn)采用無機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)主要試劑。實(shí)驗(yàn)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?；晒I(yè)有限公司，分析純;甲醇購買于美國Spectrum化學(xué)試劑公司，色譜純;二氯甲烷，購買于天津市科密歐化學(xué)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(nèi)天津市科密歐化學(xué)工業(yè)有限公司，分析純。

2 結(jié)果與討論

厭氧條件下，2，5-DCNB首先發(fā)生硝基還原反應(yīng)。從上圖（a）中可以看出，添加四種碳源的反應(yīng)體系中2，5-DCNB的硝基還原速率均大于未添加碳源的反應(yīng)體系。與甲酸和乙酸為碳源的反應(yīng)體系相比，以丙酮酸和乳酸為碳源的反應(yīng)體系中，2，5-DCNB的硝基還原速率更快。另外，從化學(xué)反應(yīng)式來看，理論上相同摩爾量的硝基被還原時(shí)，甲酸的生物消耗量是乙酸的3倍，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示甲酸的消耗量不足乙酸的2倍，這可能是導(dǎo)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(yīng)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(yīng)體系中，5d內(nèi)2，5-DCNB發(fā)生了完全轉(zhuǎn)化;同時(shí)在菌滅活的反應(yīng)體系中，觀察到2，5-DCNB發(fā)生了非生物還原。有研究報(bào)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(cè)本實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生了中間產(chǎn)物。從上圖（b）中可以看出，隨著2，5-DCNB濃度的降低，中間產(chǎn)物的峰面積逐漸增大。尤其以丙酮酸和乳酸為碳源的反應(yīng)體系，當(dāng)2，5-DCNB完全檢測(cè)不到時(shí)，中間產(chǎn)物的峰面積達(dá)到最大;同時(shí)，反應(yīng)體系中也檢測(cè)到2，5-DCA。早在1998年，Peres等報(bào)道硝基還原成氨基的過程中會(huì)產(chǎn)生中間體亞硝基或羥胺。在本實(shí)驗(yàn)中也觀察到類似的現(xiàn)象。

3 結(jié)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(fù)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(xiàn)：

[1]鄧曄，馮凱，魏子艷，劉文宗，梁玉婷，金德才.宏基因組學(xué)在環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016（07）.

[2]杜祥琬，楊波，劉曉龍，王振海，易建.中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消費(fèi)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。