生物滴濾塔去除硫醇和BTEX的性能及特性研究

徐佩倫, 樂紹明, 張浩哲, 錢 薇, 吳 超, 李 鋒, 李素靜, 郭天蛟, 李 偉, 王向前,2

(1. 浙江大學(xué) 化學(xué)工程與生物工程學(xué)院 生物質(zhì)化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 杭州 310027; 2. 浙江大學(xué) 工程師學(xué)院 動力工程中心, 浙江 杭州 310015; 3. 浙江新安江集團(tuán)股份有限公司, 浙江 杭州 311600; 4. 杭州博盛環(huán)?？萍加邢薰? 浙江 杭州 310014; 5. 杭州澳賽諾生物科技有限公司, 浙江 杭州 311604)

1 前 言

石油化工行業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds, VOCs)是臭氧和pM2.5污染的前體物之一，其自身的毒性也嚴(yán)重危及大氣環(huán)境和大眾健康[1]。石化行業(yè)排放的廢氣往往是一種復(fù)雜的混合物，包括惡臭的含硫化合物和苯、甲苯、乙苯和二甲苯(benzene, toluene, ethyl benzene and xylenen, BTEX)等。生物技術(shù)在VOCs去除方面擁有良好的成本效益和環(huán)境友好性而受到廣泛應(yīng)用[2-5]。其中，生物滴濾(biotrickling filter，BTF)系統(tǒng)至今仍具有最高的VOC生物降解運(yùn)行成本比[6-9]。然而，目前的研究僅報道了BTF系統(tǒng)中去除含硫VOCs或BTEX化合物。CáCERES等10]報道了利用接種了Thiobacillus thioparus純菌的BTF去除H2S、二甲基硫醚，二甲基二硫醚和甲硫醇[。HU等[11]利用接種了Zoogloea resiniphila HJ1和Rhodesianum H13的BTF進(jìn)行甲苯、鄰二甲苯和二氯甲烷的處理。而接種特定的VOCs降解菌種同時去除石油化工行業(yè)排放的含硫VOCs和BTEX的研究鮮有報道。此外，許多報道表明微生物與生物反應(yīng)器中VOCs的宏觀生物降解有著密切但不明確的關(guān)系：LI等[12]通過聚合酶鏈反應(yīng)-變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)，發(fā)現(xiàn)Marinobacter，Prolixibacter，Balneola，Zunongwangia，Halobacillus是BTEX降解的主要菌屬。WAN等[13]利用16S rRNA基因測序和系統(tǒng)發(fā)育分析來證實(shí)Lysinibacillus sphaericus RG-1的乙硫醇(ethyl mercaptan，EM)生物降解性。然而，關(guān)于BTF體系中含硫VOCs和BTEX降解過程的微生物群落的動態(tài)變化研究仍然空缺。

作者之前的研究中，Pandoraea sp. WL1和Pseudomonas sp. WL2被證明分別具有高效降解對二甲苯和EM的能力[14-15]。在本研究中，將上述菌株的混合培養(yǎng)物接種入BTF中，用于同時去除惡臭硫醇和BTEX。通過構(gòu)建16S rRNA基因克隆文庫，分析從初始階段到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性變化，為生物技術(shù)處理含硫VOCs和BTEX提供相關(guān)的理論參考。

2 實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)藥劑與培養(yǎng)基

本研究中，EM和丙硫醇(propyl mercaptan，PM)作為惡臭硫醇類模擬污染物，購自阿拉丁試劑(上海)有限公司。甲苯和對二甲苯作為BTEX類模擬污染物，購自上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。所用藥品均為分析純。

用于BTF系統(tǒng)中微生物富集和液體循環(huán)的礦物鹽培養(yǎng)基(mineral salts medium，MSM)每升無菌去離子水含有：2.5 g (NH4)2SO4，0.1 g MgCl2·6H2O，0.01 g EDTA，0.002 g ZnSO4·7H2O，0.001 g CaCl2·2H2O，0.005 g FeSO4·7H2O，0.000 2 g Na2MoO4·2H2O，0.000 2 g CuSO4·5H2O，0.000 4 g CoCl2·6H2O，0.001 g MnCl2·4H2O，1.6 g K2HPO4和0.8 g NaH2PO4·2H2O[16]。配制好的培養(yǎng)基近似中性(pH = 6.6)。上述所有化學(xué)試劑均為分析純，購自上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

2.2 接種菌

將近似濃度的50 mL BTEX降解細(xì)菌溶液(Pandoraea sp.WL1)和EM降解細(xì)菌溶液(Pseudomonas sp. WL2)與100 mL 新鮮MSM在630 mL無菌血清瓶中混合并密封，在30℃下以180 r?min-1轉(zhuǎn)速恒溫震蕩，并連續(xù)供應(yīng)50 mg?L-1的EM和對二甲苯進(jìn)行馴化。當(dāng)生物質(zhì)濃度增加至50 mg干細(xì)胞重量(DCW)L-1時，將菌液接種至BTF中。

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)所用的BTF系統(tǒng)如圖1所示。滴濾塔身總高度為0.65 m，添加共計3.5 L的組合生物填料(授權(quán)專利號：ZL201210146421.6)。BTF擁有兩層填料層(記為上層和下層)，以研究BTF不同填料高度微生物群落的變化和分布。模擬廢氣從揮發(fā)瓶中鼓吹出來，與新鮮空氣在混合室中混合后調(diào)節(jié)濃度，從BTF的底部進(jìn)入。模擬廢氣經(jīng)過填料層，與從塔頂噴淋的MSM形成對流。MSM循環(huán)液流速為12.0 L?h-1。進(jìn)氣量恒定為0.4 m3?h-1，對應(yīng)的停留時間 (empty bed residence time，EBRT) 為28.3 s。BTF系統(tǒng)的溫度保持在(29±1) ℃。利用pH自動調(diào)節(jié)裝置，體系pH值維持在7.0±0.2。

圖1 BTF系統(tǒng) Fig.1 Schematic diagram of the BTF system

2.4 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)過程中BTF系統(tǒng)共運(yùn)行94 d，其中初始階段23 d，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行71 d。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分為6個階段(階段I～VI)，分別研究處理EM(階段I)、PM(階段II)、對二甲苯(階段III)和甲苯(階段IV)、EM和對二甲苯混合VOCs(階段V)，以及EM、PM、對二甲苯和甲苯4組分混合VOCs(階段VI)的去除情況。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，每天測量3次BTF的進(jìn)氣口和出氣口VOCs濃度，每次測量間隔為4 h。每次測量至少注入氣相色譜儀3次，結(jié)果取算術(shù)平均值。各實(shí)驗(yàn)階段VOCs的進(jìn)氣濃度和總進(jìn)氣負(fù)荷如表1所示。

表1 各實(shí)驗(yàn)階段BTF的運(yùn)行參數(shù) Table 1 Operation conditions of each experimental procedures in the BTF

2.5 分析方法

VOCs濃度使用氣相色譜測量。使用1 000 μL玻璃注射器從進(jìn)氣口和出氣口對氣體樣品進(jìn)行取樣。然后使用氣相色譜儀(GC9790，浙江福立儀器股份有限公司)用熔融石英毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm×0.33 μm)和火焰離子化檢測器(FID)定量分析樣品。使用氮?dú)庾鳛檩d氣，流量為30 mL?min-1。進(jìn)樣口、烘箱和檢測器的溫度分別設(shè)定為180，180和200 ℃。

2.6 動力學(xué)模型

BTF的宏觀動力學(xué)通常使用如下所示的改進(jìn)的Michaelis-Menten模型表述[17]：

其中Cln=[(Cin-Cout)/ln(Cin/Cout)]。當(dāng)?shù)孜镆种莆⑸飼r，宏觀動力學(xué)可以通過添加抑制常數(shù)Ki(g?m-3)的Haldane-Andrews方程來表示[18]：

2.7 16S rRNA測序

為研究對二甲苯和EM的降解菌Pandoraea sp. WL1和Pseudomonas sp. WL2的微生物群落變化情況。在接種初期和BTF穩(wěn)定運(yùn)行時(第64 d)，從生物反應(yīng)器填料上層和下層中收集微生物樣品。用通用引物27F和1492R提取總DNA，構(gòu)建16S rRNA基因克隆文庫[19]。

同時，利用香農(nóng)指數(shù)表示微生物群落多樣性，計算如下：

其中Pi是菌種i的比例豐度，S是體系中的菌種數(shù)。

使用GenBank數(shù)據(jù)庫中的BLAST程序?qū)?6S rRNA基因序列進(jìn)行識別，并獲取其菌屬、菌種的分類學(xué)位置，置信水平為99%。Clustal X(V 1.83)用于多組16S rRNA序列比對。利用MEGA軟件(V 5.0)構(gòu)建從初始接種到穩(wěn)定運(yùn)行階段的BTF體系生物膜的系統(tǒng)發(fā)育樹。

在本研究中提取克隆的16S rRNA序列在GenBank數(shù)據(jù)庫中的登記序號為KY082011-KY082038。

3 結(jié)果與討論

3.1 BTF的去除效果

接種馴化后的BTEX和硫醇降解菌后，BTF進(jìn)入初始階段，VOCs去除情況如圖2所示。初始階段的前4 d，當(dāng)EM和對二甲苯的進(jìn)氣濃度為116～168 mg?m-3的和99～308 mg?m-3時，BTF對EM和對二甲苯的去除效率(removal efficiency, RE)較低，分別在40%和30%以下。第5 d開始，EM和二氯甲烷的去除效率開始明顯上升，到第10 d為止去除效率均逐漸增加到80%并且在后續(xù)的第10～23 d保持在80%～90%，表明BTF系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 BTF對EM、PM、對二甲苯和甲苯的去除性能 Fig.2 Time courses of removal performance for EM, PM, p-xylene and toluene by the BTF

初始階段的結(jié)果表明接種了特定降解菌后，BTF體系可以在10 d內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。YANG等報道，裝填有聚氨酯海綿規(guī)整填料或立方堆積填料的BTF可有效去除甲苯，但啟動時間較長(規(guī)整填料為19 d，立方堆積為27 d)[20]。SERCU等使用Hyphomicrobium VS接種菌來提高BTF對二甲基硫醚的去除效果，經(jīng)過16 d的馴化期后，獲得了超過90%的去除效率[21]。由于高效降解接種菌的使用，本研究中BTF的初始馴化階段大大縮短。

初始階段后，考察了該BTF體系對EM和對二甲苯的去除性能。在階段I，EM進(jìn)氣濃度為304～802 mg?m-3，去除效率達(dá)到75%～90%，對應(yīng)的去除能力(elimination capacity, EC)為34.1～79.3 g?m-3?h-1。在階段II，當(dāng)對二甲苯濃度在181～900 mg?m-3之間變化時，其去除能力均保持在90%左右，對應(yīng)的去除能力為20.8～104.1 g?m-3?h-1。在階段III，對二甲苯和EM混合通入BTF中，總VOCs濃度為430～1598 mg?m-3。此時EM和對二甲苯的去除效率分別降至47%～67% 和77%～89%。相對地，EM和對二甲苯的最大去除能力分別為57.0 g?m-3?h-1和71.0 g?m-3?h-1。

經(jīng)過PM和甲苯的適應(yīng)過程(IV，V階段)后，在第VI階段(第80～94 d)考察了該BTF體系對EM、PM、對二甲苯和甲苯VOCs混合去除的表現(xiàn)。對于總進(jìn)氣濃度為425～1321 mg?m-3的混合VOCs (EM 41～509 mg?m-3，PM 41～509 mg?m-3，甲苯37～529 mg?m-3，對二甲苯 42～326 mg?m-3)，BTF系統(tǒng)能夠穩(wěn)定去除且4種污染物的去除效率分別為EM (77±8)%，PM (73±8)%，甲苯(74±9)%，對二甲苯(74±8)%。

3.2 單一和混合組分VOCs去除能力

考慮到石油化工行業(yè)廢氣排放中廣泛存在的PM、甲苯及其他多種有機(jī)污染物，研究多種混合組分VOCs的去除能力極為重要。如圖3所示，當(dāng)去除單一底物時，EM、PM、甲苯和對二甲苯的去除能力分別為30.7～71.3，9.6～64.6，8.7～87.0和10.4～120.3 g?m-3?h-1，對應(yīng)的進(jìn)氣負(fù)荷(inlet loading rate, ILR)分別為34.7～91.6，9.6～83.8，12.9～102.8和13.0～137.3 g?m-3?h-1。單一底物的去除效率接近100% 的去除線。當(dāng)處理多種VOCs時，在進(jìn)氣負(fù)荷達(dá)到30.0 g?m-3?h-1前，兩種硫醇的去除能力與單一底物的去除差別不大。而當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷達(dá)到25.0 g?m-3?h-1時，混合VOCs中的對二甲苯和甲苯的去除能力就開始明顯偏離單一底物時的去除能力。混合組分去除時，EM、PM、對二甲苯和甲苯的最大去除能力分別為48.4，27.5，27.1和60.7 g?m-3?h-1。然而，隨著進(jìn)氣負(fù)荷的增加，混合VOCs的去除能力曲線并未完全平坦。這表明在進(jìn)氣濃度0～500 g?m-3?h-1，這些底物的進(jìn)氣負(fù)荷較低，未能使該BTF體系達(dá)到理論的最大去除能力，其去除能力還存在進(jìn)一步提高的空間。

圖3 單一VOC與混合VOCs的去除能力比較 Fig.3 Comparison of EC for single VOC and mixed VOCs of EM, PM, p-xylene and toluene

值得注意的是，當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷控制在53.6～168.1 g?m-3?h-1時，多組分混合VOCs的總?cè)コ芰?3.1 ～110.1 g?m-3?h-1，維持在相對較高的水平并。WAN等利用接種Lysinibacillus sphaericus RG-1的BTF去除1.05 mg?L-1單一EM，最大去除能力為56.2 g?m-3?h-1[22]。JIMéNEZ等報道，在BTF中停留時間為30 s時，甲苯的最大去除能力為99 g?m-3?h-1[23]。由于接種時使用的BTEX降解菌株和硫醇降解菌株對各種VOCs均具有良好的底物降解范圍[14-15]，因此與其他研究相比，本研究的BTF中硫醇、BTEX和總?cè)コ芰哂邢鄬^好的表現(xiàn)。

表2 硫醇和BTEX生物降解過程宏觀動力學(xué)參數(shù) Table 2 Macro-kinetics parameters for mercaptans and BTEX biodegradation in the BTF

3.3 動力學(xué)分析

Haldane-Andrews模型使用非線性曲線擬合求解，相應(yīng)的擬合結(jié)果總結(jié)在表2中。在擬合的過程中，4種底物的抑制常數(shù)Ki的大小在1014～1025數(shù)量級，表明在本研究的進(jìn)氣負(fù)荷內(nèi)，EM、PM、對二甲苯和甲苯的降解過程幾乎不受競爭性抑制。在這種情況下，該模型的方程與無抑制常數(shù)的Michaelis-Menten模型近似[17]，因此表2中的飽和elis-Menten模型列出。

模型擬合和結(jié)果表明，單一底物去除時，BETX的ECmax值(對二甲苯為304.5 g?m-3?h-1，甲苯為331.4 g?m-3?h-1)高于硫醇(EM為174.6 g g?m-3?h-1，PM為161.0 g?m-3?h-1)。這是由于含硫VOCs比芳香烴更難生物降解。在多組分混合VOCs去除中，對二甲苯的ECmax顯著低于甲苯(對二甲苯為65.0 g?m-3?h-1，甲苯為122.2 g?m-3?h-1)。這同樣是由于相比于對二甲苯，甲苯更容易被微生物利用，因此在降解混合底物時反應(yīng)器中的微生物傾向于優(yōu)先利用甲苯。這與GALLASTEGUI等[24]的研究結(jié)果一致。

同時，單一EM、PM、對二甲苯和甲苯去除的飽和常數(shù)KS值分別為0.560，0.550，0.870和0.768 g?m-3?h-1，而混合VOCs去除時上述底物的KS值分別為0.378，0.337，0.286和0.633 g?m-3?h-1，單一VOC去除的飽和常數(shù)KS略高于混合VOCs中的飽和常數(shù)。如先前研究中所述，KS表示當(dāng)達(dá)到最大去除速率的一半時底物的濃度，因此KS值越低，相對應(yīng)的目標(biāo)底物和細(xì)菌酶之間的親和力越高，并且有利于降解過程[17]?；旌蟅OCs進(jìn)樣過程中的KS值低于單一VOC進(jìn)樣，表明在硫醇和BTEX中可能一定的共降解機(jī)制，這一機(jī)制還有待進(jìn)一步證實(shí)。

3.4 微生物群落分析

在長時間運(yùn)行后，分別從BTF上層和下層填料層取下生物膜，獲得約96和102條16S rRNA克隆基因，并從初始接種的菌種樣品中取得100條16S rRNA克隆基因，在GenBank數(shù)據(jù)庫中將其與其他報道的16S rRNA序列比對，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，如圖4所示。香農(nóng)指數(shù)的大小反應(yīng)了微生物的多樣性的高低，上層、下層和初始接種的香農(nóng)指數(shù)分別為3.02，2.67和1.16。結(jié)果表明，填料層上層的微生物群落的多樣性最高，下層較低，而初始接種最低。

初始接種的菌株中檢測到5個菌屬，包括19.0% (19條克隆)的Achromobacter(A1)，12.0% (12條克隆)的Comamonas(A2)，60.0% (60條克隆)的Pandoraea(A3)，5.0% (5條克隆)的Pseudomonas (A4)，4.0% (4條克隆)的Pseudoxanthomonas (A5)，如圖5所示。這表明Pandoraea sp. WL1和Pseudomonas sp. WL2菌株在混合并經(jīng)過一段時間混合底物環(huán)境的馴化后，已經(jīng)演化出了不同的菌屬。屬于Betaproteobacteria綱的Pandoraea，Achromobacter和Comamonas菌屬在接種物中占91%，而Gammaproteobacteria綱(Pseudomonas和Pseudoxanthomonas菌屬)僅占9%。這一結(jié)果表明Pandoraea sp.能夠適應(yīng)高EM和對二甲苯濃度的環(huán)境，并以懸浮態(tài)形式存在，而Pseudomonas sp.在這種環(huán)境中逐漸減少。

將初始菌株接種入BTF中并運(yùn)行64d后，在BTF的填料層上層和下層分別分離出了27種和21種菌屬，如圖6所示。其中，Achromobacter (9條克隆)，Armatimonadetes_gp5 (19條克隆)，Dokdonella (14條克隆)，F(xiàn)erruginibacter (10個克隆)，Hydrogenophaga (34條克隆)，Pseudomonas (16條克隆)，Thiobacillus (9條克隆)，Truepera (6條克隆)和Variovorax (7條克隆)為主要菌屬，占198條克隆序列的62.6%。在填料層上層生物膜中，Achromobacter，Hydrogenophaga，Pseudomonas，Dokdonella，F(xiàn)erruginibacter和Armatimonadetes_gp5占相對較高的比例(5.9%～10.9%)。在填料層下層生物膜中，Hydrogenophaga成為優(yōu)勢屬，占24.04%。Pseudomonas和Armatimonadetes_gp5的下層相對豐度也較高，分別為9.6% 和7.7%。然而，在初始菌種中的優(yōu)勢菌屬Pandoraea在BTF的上層和下層占0.5% 和0.0%，失去了其優(yōu)勢地位。

圖4 初始接種菌的系統(tǒng)發(fā)育樹 Fig.4 Maximum likelihood phylogenetic tree from the pre-isolated strains

圖5 初始接種菌屬的16S rRNA基因序列相對豐度 Fig.5 Relative abundance of the cloned 16S rRNA gene sequences from bacterial strains for the inoculum

在BTF中，與初始接種相比，Pseudomonas sp.的比例顯著增加，在填料層上層和下層的生物膜中相對豐度分別為5.9% 和9.6%。在作者以前的研究中曾報道過Pseudomonas sp. WL2具有高效降解EM和二乙基二硫醚能力[15]。同時，Pseudomonas屬也是BTEX最常見的生物降解菌之一，在BTEX降解群落中，均能保持一定比例的存在[25-26]。廣泛的適應(yīng)性可能使其在一定程度上兼顧了硫醇及BTEX的降解。在初始接種中，Hydrogenophaga尚不存在，而在運(yùn)行一段時間后，該屬的序列在總微生物群落中占17.2%，它被證實(shí)具有降解芳香烴的能力和氧化硫元素的能力[27-29]。從圖4可知，Hydrogenophaga離初始接種菌屬中的Pandoraea距離最為接近，在反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，伴隨著Pandoraea sp.在微生物群落中優(yōu)勢地位的喪失，Hydrogenophaga成為了優(yōu)勢菌屬，其可能是由Pandoraea演化而來[29]。此外，Hydrogenophaga能與Pseudomonas共同存在并一同降解苯、甲苯、二甲苯[30]。相比于Pandoraea對Pseudomonas的抑制作用，Hydrogenophaga的存在更有利于微生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此在菌種接種時，除了其降解能力的高效性，不同菌種間的群落穩(wěn)定性也需考慮。

圖6 上層和下層填料層中16S rRNA序列相對豐度 Fig.6 Relative abundance of the cloned 16S rRNA gene sequences for the top and bottom layers

表3列舉了其他研究中用于去除含硫VOCs和BTEX的降解菌。在本研究的BTF體系中，BTEX降解菌在微生物群落中占主導(dǎo)地位，而硫醇降解菌比例較少，這可以解釋同時去除對二甲苯和EM二組分混合VOCs時，EM去除效率的迅速下降的情況(圖2)。

表3 其他研究中的含硫VOCs和BTEX降解菌 Table 3 Bacterial strains for degrading sulfur-containing VOCs and BTEX in literature

具有BTEX降解能力的菌株(Hydrogenophaga和Pseudomonas)在下層填料層具有更高的相對豐度(圖6)。同時，下層填料層中的Thiobacillus屬的相對豐度(5.9%)也比上層(3.1%)高得多。這種菌屬在生物過濾處理含硫VOCs，例如甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚等較為常見[31]。這是由于在進(jìn)氣過程中，底物先經(jīng)過下層填料層，更高的底物濃度提高了微生物的專一性而限制了其多樣性的發(fā)展。之后，下層的微生物將高濃度的底物轉(zhuǎn)化為有機(jī)中間產(chǎn)物。由香農(nóng)指數(shù)可以看出，上層的微生物群落多樣性高于下層，這是由于底物濃度的降低也同時降低了對其他菌株生長的毒性抑制，而更為豐富的有機(jī)中間產(chǎn)物使上層微生物群落的多樣性高于下層。CHUNG等[32]也報道了類似的結(jié)果。

生物膜樣品中Armatimonadetes_gp5屬的高相對豐度(9.6%)表明它可能在硫醇和BTEX的生物降解過程中起重要作用。然而，目前研究中關(guān)于該菌屬的VOCs降解功能的信息很少。此外， Dokdonella屬被報道能降低含有葡萄糖和常見金屬鹽類廢水COD的微生物之一[37]。KUNDU等也報道了Achromobacter屬具有降低COD的能力。該菌屬是一種活性硝化劑，可以穩(wěn)定銨態(tài)氮和COD水平。因此，在上層該屬相對豐度較高主要是因?yàn)楦缓罅夸@根離子的營養(yǎng)液首先被噴灑到上層填料層，填料上生物膜中的菌株首先與銨氮接觸并利用它，有利于這類菌屬的繁殖。

此外，本研究還檢測到一些其他菌屬，如Terrimonas和Ferruginibacter等。SU等[19]報道Terrimonas在CH4和甲苯降解中起重要作用。一些報道還揭示了Terrimonas在多環(huán)芳烴、六氫-1,3,5-三硝基-1,3,5-三嗪和甲基叔丁基醚的降解菌中占主導(dǎo)地位[38-40]。Ferruginibacter是一種異養(yǎng)淡水細(xì)菌，當(dāng)溫度升高并且環(huán)境中存在一些有機(jī)物質(zhì)與之共存時，這種細(xì)菌的數(shù)量顯著增加[41]。然而，這幾種菌屬在BTF微生物群落體系中的作用尚不明確，還需要在未來進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

利用預(yù)先分離、馴化的混合BTEX和硫醇降解菌接種入BTF中，經(jīng)過長時間運(yùn)行并結(jié)合宏觀動力學(xué)模型分析，考察了該體系對BTEX和硫醇混合VOCs的去除能力；通過16S rRNA測序研究了微生物群落變化情況，得到以下結(jié)論：

(1) 接種了特定的BTEX和硫醇降解菌后，BTF體系可以在10 d內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。優(yōu)選菌的接種能大大縮短BTF的啟動時間。

(2) 在該BTF體系中，單一底物進(jìn)氣時的最大去除能力要高于混合VOCs進(jìn)氣時同種底物的最大去除能力，宏觀動力學(xué)分析表明，該體系多種VOCs混合物的最大去除能力為210.7 g?m-3?h-1。

(3) 微生物群落分析表明經(jīng)過長時間運(yùn)行后，微生物群落的組成發(fā)生了很大變化。Pandoraea sp.失去了其在初始接種菌種的主導(dǎo)地位，而Hydrogenophaga和Pseudomonas成為優(yōu)勢屬。填料層生物膜中還檢測到相對高含量的Achromobacter，Armatimonadetes_gp5，Dokdonella，F(xiàn)erruginibacter和Thiobacillus菌屬。這些結(jié)果為進(jìn)一步深入了解了微生物群落與生物反應(yīng)器中含硫VOCs和BTEX的宏觀生物降解之間的關(guān)系提供了參考。

符號說明：

Cin— 進(jìn)口濃度，g?m-3

Cln— 對數(shù)平均濃度，g?m-3

Cout— 出口濃度，g?m-3

EC — 去除能力，g?m-3?h-1

ECmax— 最大去除能力，g?m-3?h-1

Ki— 抑制常數(shù)，m-3

KS— 飽和系數(shù)，m-3

Pi— 比例豐度

RE — 去除效率，%

S — 菌種數(shù)