Bioresource Technology:定向脱氯研究取得新进展

发布者:Tristar发布时间:2021-01-29浏览次数:11

近日我院环境工程系阎宁副教授在国际著名期刊Bioresource Technology (中科院工程技术类一区的Top期刊,IF=7.539)在线发表了题为:More rapid dechlorination of 2,4-dichlorophenol using acclimated bacteria学术论文。该论文详细叙述了如何有选择性地驯化微生物以实现定向去除2,4-二氯酚(2,4-DCP)中邻位和对位上的氯原子,并加速2,4-DCP的降解和矿化,同时解析了相关作用机理。

在一些工业废水中,常常可以监测到有氯酚类污染物。由于氯酚类污染物具有“致畸、致癌、致突变”的三致危害,已被世界各国列入优先控制污染物名录。本论文以2,4-二氯酚(2,4-DCP)为对象,进行定向脱氯的研究。2,4-DCP的化学结构是在苯酚的邻位和对位上各链接有一个氯离子(如图1所示)。


1. 苯酚(Phenol)2,4-二氯酚(2,4-DCP)4-氯酚(4-CP)2-氯酚(2-CP)的化学结构


氯酚类化合物的毒性与氯离子密切相关。因此欲去除氯酚的毒性,关键就是要去除苯环上的氯离子。在研究中,首先采用常规的污泥驯化方法,即利用2,4-DCP对污泥进行驯化,然后利用驯化好的活性污泥在厌氧条件下降解2,4-DCP,结果发现邻位上的氯离子相对容易脱除而生成4-氯酚(4-CP),而对位上的氯离子却很难脱除。为此,又采用4-氯酚(4-CP)进行定向驯化污泥,将驯化好的该污泥与之前驯化好的污泥进行对比,发现对位上的氯离子很容易被去除,形成了2-氯酚(2-CP)。当将两种污泥混合一起对2,4-DCP进行还原脱氯时,邻位和对位上的氯离子可以同时得到有效去除,并很快生成苯酚(Phenol)。由于苯酚的可生化性相对较好,从而使得2,4-DCP的降解和矿化速率明显加快。

借助高通量测序的方法对两种驯化的污泥进行系统发育分析发现,经过4-CP定向驯化的污泥中,一些具有脱氯功能的微生物,比之前用2,4-DCP驯化的污泥,其丰度明显增加,如:TreponemaBlvii28DechloromonasThauera等,它们的丰度均有明显增加。主要微生物的丰度如图2所示。两种驯化污泥混合进行厌氧还原脱氯的机理如图3所示。

研究还发现,在两种驯化污泥中均发现了Nitrospira(如图2所示)。并且在用4-CP进行定向驯化的污泥中,其丰度达到了3.97%,而2,4-DCP驯化的污泥中其丰度仅有0.70%Nitrospira一直被认为是典型的亚硝酸盐氧化菌(NOB),属于自养微生物,通常是在好氧条件下存在的。虽然有人发现Nitrospira可以降解其它有机污染物,但在本研究中,Nitrospira的丰度在定向驯化的污泥中明显增加,说明其具有还原脱氯的功能,这还属于首次被报道。

2.  4-CP2,4-DCP驯化的污泥中20个最高丰度菌属的分布情况

3. 驯化污泥单独或组合降解2,4-DCP的示意图


阅读全文:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852421000778


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