发布日期：2018-10-10 08:40 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
研究了生物活性炭（BAC）过滤器中乙醛的生物降解和微生物的特征分析。 结果表明，BAC床中的微生物主要负责去除乙醛。 乙醛的生物降解效率大于95％。 对16S rDNA几乎完整序列的系统发
研究了生物活性炭（BAC）过滤器中乙醛的生物降解和微生物的特征分析。结果表明，BAC床中的微生物主要负责去除乙醛。乙醛的生物降解效率大于95％。对16S rDNA几乎完整序列的系统发育分析表明，细菌群和基因序列分别从13个减少到6个和81个减少到33个; 而异养板数细菌从1.18×107CFU / g增加到1.28×108CFU / g。Betaproteobacteria是主要的细菌群，占总细菌的78％，而在加入乙醛之前，样品中只有11％。Betaproteobacteria附属的许多序列，如SY-10，SY-41，SY-1，SY-75，SY-14，SY-107占克隆文库中总克隆序列的50％以上，与先前文献中来自相似环境的SY-107具有高度相似性，并且可以吸收含有一个碳原子的简单有机物质。事实证明它们在乙醛的生物降解过程中起着决定性的作用，并且是乙醛降解剂。
| 关键词 |
| 活性黑; 克雷伯氏菌（Klebsiella oxytoca） ; 枯草芽孢杆菌 ; 温度; pH值 |
| 介绍 |
| 迅速工业化因此有必要在制造和日常使用的不同化学品的一天的生活[ 1，2 ]。纺织工业是广泛使用合成化学品作为染料的纺织工业之一。来自纺织工业的废水对环境构成威胁，因为使用了大量化学上不同的染料。这些染料中很大一部分通过废水进入环境[ 1 ]。工业上使用大约10,000种不同的染料和颜料，全世界每年生产超过70万吨合成染料[ 3]。近年来，纺织工业废水污染增加。此外，由于生化需氧量高，化学需氧量，热量，颜色，pH值和金属离子的存在，处理纺织工业废水非常困难[ 4 ]。纺织品整理产生大量含染料的废水，并且是造成水污染的最大原因之一[ 5 ]，因为在染色过程中10-15％的染料在流出物中损失[ 6 ]。传统的纺织品整理工业消耗约100升水以处理约1kg的纺织材料。新的闭环技术，如微生物的再利用或染色废水的酶处理，可以帮助减少这种巨大的水污染[7 ]。偶氮染料越来越多地用于工业中，因为与天然染料相比，偶氮染料在合成中容易且成本有效。然而，大多数偶氮染料具有毒性，致癌性和致突变性[ 8 ]。这些化合物中存在的偶氮键具有抗破坏性，可能在环境中持续存在和积累[ 9 ]。已经提出了几种物理化学技术用于处理有色纺织品流出物。这些包括在不同材料上的吸附，Fenton试剂的氧化和沉淀，氯化物漂白或臭氧光降解或膜过滤[ 10]]。所有这些物理或化学方法都非常昂贵并且导致产生大量污泥，这产生了污染。因此，经济和安全地去除污染染料仍然是一个重要问题。生物修复通过微生物已被鉴定为用于处置流出物的纺织[的成本有效的和环境友好的替代11，12 ]。近年来，许多研究集中于一些能够从废水中降解和吸收染料的微生物。多种微生物的被报道能够染料[非殖民化13 - 25 ]。 |
| 材料和方法 |
| 样品的集合 |
| 从印度古吉拉特邦Ankleshwar的Common Effluent Treatment Plant（CETP）及其周围收集样品。从不同的地方收集样品，例如将纺织品流出物输送到CETP的排水管，CETP的各个阶段。样品为未处理的流出物，处理过的流出物，污泥和土壤。将所有样品收集在无菌玻璃螺旋盖管中并在4℃下在冰箱中保存，并在收集后24小时内测试样品。 |
| 分离偶氮染料降解细菌 |
| 通过富集技术分离细菌菌株，并使用活性黑偶氮染料作为无机盐培养基中碳和氮的来源[ 26 ]。用于分离细菌的pH 7.2±0.02的无机盐培养基（MSM）的组成为（g L -1）：NaCl（1.0），CaCl 2 ·2H 2 O（0.1），MgSO 4 ·7H 2 O（ 0.5），KH 2 PO 4（1.0）和Na 2HPO 4（1.0），酵母提取物（4.0）和琼脂（仅用于固体培养基）15。采用稀释平板技术获得细菌菌株的纯培养物。从纺织工业的不同废水样品中分离细菌菌株以将它们用作接种物。将100mg L -1肉汤MSM加入锥形烧瓶（250mL）中，并加入活性黑（250mg L-1）作为碳和氮的唯一来源。用5mL废水接种混合物。将烧瓶在静态条件下于32℃温育5-6天。温育后，将每个烧瓶的细胞悬浮液涂布在MSM琼脂培养基上，并在32℃下孵育24小时。将琼脂培养基上出现的微生物菌落重新悬浮于含有新鲜MSM肉汤（100 mg L -1）的烧瓶中）加入活性黑染料（250 mg L -1）。在32℃温育5-6天后，将细胞悬浮液再次涂布在琼脂培养基上。从不同的废水样品中选择了大约84个在培养基上活跃生长的菌落。通过在琼脂培养基上划线两次来纯化它们。将纯化的培养物保存在冰箱中用于后续研究。 |
| 接种物的制备 |
| 通过遵循Khalid等人描述的MSM组合物制备液体肉汤。[ 26 ]。将发酵液的pH调节至7.用各自分离的菌株接种250mL锥形瓶中的100mL肉汤。将接种的烧瓶在静态条件下于32℃温育48小时。孵育48小时后，使用光密度计保持均匀的细胞密度，在590nm波长下实现0.6±0.01的光密度。将1mL接种物加入10mL培养基中用于接种。 |
| 筛选偶氮染料降解菌 |
| 进行筛选以在一式三份研究中使用改良的MSM挑出能够使活性黑偶氮染料脱色的有效细菌菌株。为此目的，制备液体MSM培养基并加入250mg L -1染料。用相应的接种物（84个分离物）接种培养基，并在32℃下孵育48小时。48小时后，将培养基以8000rpm离心15分钟。然后通过使用活性黑染料作为标准，在分光光度计的帮助下在597nm下测定脱色。未接种的媒体充当了空白。计算脱色百分比并选择表现出最大脱色能力的五种最佳分离物用于进一步实验。进一步检查五种最有效的细菌分离物（ETL-1，ETL-2，ETL-12，ETL-14和ETL-16）在玻璃试管中的脱色潜力。十毫升含活性黑染料在250毫克的L浓度的灭菌MSM肉汤-1将加入酵母提取物（4g L-1）作为共底物加入高压灭菌的试管中。通过加入均匀细胞密度的接种物，用各自的细菌菌株接种培养基。将试管紧密密封以提供降低的条件。将管在32℃下在静态条件下温育。在试管中未接种的含有偶氮染料的MSM也在类似条件下温育以检查染料的非生物脱色。如Khalid等人所述，通过分光光度计在597nm处测量脱色。[ 26 ]。 |
| 优化 |
| 通过选择的细菌分离物优化各种因子以实现活性黑的最高脱色率。所有实验一式三份进行。进行初步研究以选择标准条件，例如底物浓度（250mg L -1），pH（7），温度（32℃）和静态孵育。 |
| 偶氮染料浓度 |
| 使用五种水平（50,100,200,250和500mg L -1）的活性黑偶氮染料来找到最大脱色的最佳浓度。在接种物中将接种物加入到培养基（10mL）中：肉汤比例为1:50。孵育温度为35℃。通过从不同的试管中定期取1.5mL等分试样并以8,000rpm离心溶液15分钟以除去细胞来确定脱色。通过使用分光光度计测量在597nm处对于活性黑的上清液的吸光度。运行未接种的空白以检查非生物脱色。每个染料水平重复三次。 |
| 碳源 |
| 为了评估不同碳源对细菌脱色的影响，以4g L -1的比率使用四种碳源，即葡萄糖，麦芽糖，甘露醇和酵母提取物。所述MSM与活性黑掺入在250毫克的L的浓度-1而使用。孵育温度为35℃。通过使用如上所述的方案确定脱色。该实验进行了三次重复。 |
| pH值 |
| 检测了不同pH范围为4-10的效果，对所选择的5种细菌分离物的脱色效率进行了研究。这是在250毫克的L的浓度与活性黑富集MSM-1而使用。孵育温度保持在35℃。通过使用0.01M HCl或0.01M NaOH溶液调节pH。 |
| 温度 |
| 在不同的温度如25,30,32,35,40和42℃下研究所选细菌分离物对活性黑的脱色。用于此目的的培养基是矿物盐培养基（MSM），其富含活性黑，浓度为250mg L -1。MSM的pH维持在7.如上所述测定脱色。 |
| 结果 |
| 偶氮染料脱色细菌的分离和筛选 |
| 筛选来自富集培养物的所有84种细菌分离物的效率，以从加标培养液中除去偶氮染料。细菌分离物显示出可变的潜力，使250 mg L-1脱色肉汤培养基中的活性黑。与非生物对照相比，只有10-15％的分离物能够在24小时内使染料脱色超过85％。这些分离物中的大多数显示出染料脱色的中等潜力，与对照相比，其范围在35％至70％之间。图1显示，最有效的细菌分离物具有极好的降解活性黑的潜力，脱色百分率范围为91至100.脱色活性黑的最有效细菌分离物是ETL-1，其完全去除了染料颜色。然后通过ETL-2进行98％的脱色。下一个有效菌株按降序排列为ETL-12和ETL-14。菌株ETL-16是效率最低的脱色菌株。根据这些结果，选择在24小时内具有最高脱色潜能的最有效的分离物用于进一步的实验。选择的分离株是ETL-1，ETL-2，ETL-12，ETL-14和ETL-16。 |
| 底物/染料浓度 |
| 染料浓度显着影响细菌的脱色潜力。从图2中可以清楚地看出，当染料浓度从50增加到250 mg L -1时，所有菌株对活性黑的脱色急剧增加。在250mg L -1的底物浓度下观察到最大的脱色。然后，随着染料浓度的增加，脱色率降低。还观察到不同细菌菌株的脱色率的变化。菌株ETL-1在所有染料浓度下显示出最高的脱色，并且完全除去250mg染料L -124小时后观察到。在所有测试的染料浓度下，菌株ETL-2的脱色率几乎与ETL-1的脱色率相当。与ETL-1和ETL-2相比，其他三种菌株如ETL-12，ETL-14和ETL-16在不同染料浓度下去除染料颜色的效率相对较低。然而，与ETL-1和ETL-2一样，它们也显示染料在250mg L -1染料浓度下的最大脱色。在其他染料浓度如50,100,200和500mg染料L -1下，这三种菌株的去除率也显着降低。通常，菌株ETL-16对于在所有染料浓度下使活性黑脱色最不有效。 |
| 碳和共基质的影响 |
| 关于不同碳源如酵母提取物，麦芽糖，甘露醇和葡萄糖对细菌分离物对活性黑偶氮染料脱色的影响的数据如图3所示。当选择的五种细菌菌株对活性黑的最大脱色时观察到将酵母提取物以4g L -1的速率施加到含有250mg L -1的液体培养基中染料。脱色在24小时内介于80％至100％之间。再一次，菌株ETL-1显示出最有希望的结果，并且在酵母提取物存在下在液体培养基中完全除去染料的颜色。下一个有效菌株是ETL-2。然而，当其他碳源如甘露醇，葡萄糖和麦芽糖用作共底物时，所有测试菌株的脱色率显着降低。在补充有葡萄糖的肉汤培养基中，染料的脱色为20-30％，而当甘露醇用作共底物时，染料的脱色范围为10-20％。然而，当麦芽糖作为碳源供应时，所有测试菌株的脱色率最低。在麦芽糖存在下观察到最多10％的脱色。一般来说，菌株ETL-1在所有碳源中表现最佳， |
| pH值 |
| 选定的细菌菌株能够在很宽的pH范围内使染料脱色。然而，在pH 7下记录了所有测试菌株的最大脱色（图4）。在该pH下，染料的脱色范围为80-100％。随着pH从4增加到7，观察到脱色显着增加。然而，当pH从7增加到9时，发现脱色相对快速减少。总体而言，在pH5,65到65时，脱色范围为60-75％。 pH值为6时为85％，pH值为7％时为80％至100％，pH值为8时为45％至70％，pH值为9时为20％至60％。菌株ETL-1在各种pH值下对活性黑的脱色效率最高，其次是通过菌株ETL-2。在所有pH水平下，两种菌株的脱色率与ETL-12，ETL-14和ETL-16菌株的脱色率显着不同。一般来说， |
| 温度 |
| 使用25至42℃的温育温度来确定所选择的细菌菌株在液体培养基中对偶氮染料的脱色的最佳温度。观察到温度从25℃升高至35℃对活性黑的脱色具有积极作用（图5）。随着温度的升高，所有菌株的染料脱色均显着增加。使所有测试菌株的活性黑偶氮染料脱色的最佳温度为32℃。然而，随着温度从32℃升高到40℃，所有菌株的脱色率急剧下降。之后，随着温度从40℃升高到42℃，染料的脱色显着减少。总体，菌株ETL-1在所有测试温度下表现最佳，并且在偶氮染料脱色方面与其他菌株显着不同。通常，在温度关于不同细菌菌株的脱色潜力的情况下观察到类似的趋势，如在其他环境因素的情况下观察到的。 |
| 活性黑的脱色率 |
| 图6显示细菌菌株ETL-1是脱色活性黑偶氮染料中最显着的菌株，并分别在2,4和6小时引起80,95和100％的脱色。在菌株ETL-2能够完全去除250mg染料L -1的情况下观察到类似的趋势在静态条件下6小时。与ETL-1和ETL-2相比，菌株ETL-12，ETL-14和ETL-16中的脱色速率相对较慢。菌株ETL-12能够在6小时内使约90％的染料脱色，并在8小时内使100％脱色。随后是菌株ETL-14，其在6小时内引起85％的脱色，而在8小时内它可以使100％染料脱色。发现菌株ETL-16是测试菌株中染料的最低效的消色剂。总体而言，在前2小时观察到所有测试菌株对活性黑的脱色急剧增加，然后脱色速率逐渐增加。然而，在静态条件下在6-8小时内完全除去100mg染料L -1。 |
| 讨论 |
| 工业废水不稳定，并且根据实践过程常常在很大范围内变化。由于工业化迅速，南亚国家正在经历严重的环境问题。这种现象在纺织染色，皮革鞣制，造纸和纸浆加工，糖制造等污染行业如此集群化中非常普遍。其中纺织工业是水的大型工业消费者以及废水的生产者。该行业排放的污水导致地下水和土壤严重污染，最终影响到穷人的生计[ 27]。在这项研究中，通过使用活性黑作为碳和氮的唯一来源，从染料污染的纺织工业废水中进行细菌分离。结果表明，用这种染料富集液体培养基分离的细菌菌株能够在静态条件下对活性黑偶氮染料进行脱色，但电位变化很大。在84种分离物中，只有2％能够去除> 80％的偶氮染料颜色，60％的菌株显示51％至80％的脱色，而剩余的38％的分离物对活性黑偶氮染料的脱色效率较低。各种研究人员还报道细菌的不同菌株的高度可变的电位脱色不同偶氮染料[ 28，29]。发现细菌菌株ETL-1（Klebsiella oxytoca）是最有效的并且在6小时内完全除去100mg L -1的活性黑。基于生物化学表征鉴定两种菌株。这可能意味着某些细菌可以有效地用于从纺织工业废水中去除活性黑。其他研究人员也报道了一些细菌对偶氮染料脱色的高潜力[ 30]。由于孵育是在静态条件下连续进行的，因此偶氮还原酶很可能是关键酶，它使活性黑脱色。据报道，Azoreductase是在azodye-降解细菌中表达的关键酶，并催化偶氮键的还原性裂解。已经在几种细菌中鉴定了亚氨还原酶活性，例如亚硫化杆菌菌株C7-D，Xenophilius azovorans KF46F，Pigmentiphaga kullae K24，成团肠杆菌，粪肠球菌，铜绿假单胞菌，金黄色葡萄球菌，腐败希瓦氏菌，假单胞菌，嗜水气单胞菌和P. hauseri [ 30 - 34]。进一步注意到，活性黑的脱色是浓度依赖性的，当酵母提取物以0.4％的比率作为共底物施用时，在250mg染料L -1液体培养基中观察到所有四种细菌菌株的最大生物脱色。当染料浓度小于或大于250mg L -1时，所有四种菌株的脱色率均降低液体介质。在低于250mg L-1的浓度下染料的相对低的脱色率可能是由于参与该反应的酶系统在该底物水平上保持不饱和或细菌生长在该水平下不是最佳的事实。另一方面，在高底物浓度下脱色的减少可能是由于染料对细菌生长的毒性作用或导致染料降解的酶活性。以前的研究已经表明，染料浓度会影响生物降解的速率和最佳染料水平可能也因物种而异，并且通常更高的颜色去除效率有在介质的染料浓度[已观察到26，29，35- 37 ]。在这项研究中，研究了不同的碳源和氮源，包括酵母提取物，甘露醇，麦芽糖和葡萄糖，它们对所选细菌培养物对活性黑的脱色有影响。其中，只有酵母提取物支持生物降解反应，而甘露醇，麦芽糖和葡萄糖抑制了接种物对脱色的反应。这可能是由于在酵母提取物存在下增强的酶活性，而其他三种碳源可能对参与反应的酶系统具有负面影响。添加甘露醇，麦芽糖和葡萄糖也可能已经从目标底物（活性黑）中切除了接种物。郭等人。[38据报道，当酵母提取物或蛋白胨存在于培养基中时，细菌菌株生长良好并完全脱色K-2BP; 然而，葡萄糖，甘油，蔗糖，乳糖和淀粉导致这些染料的生长速率和脱色率降低。其他研究人员也报道了在他们使用的细菌存在酵母提取物的情况下偶氮染料的最大脱色[39 ]。葡萄糖通过细菌菌株偶氮染料的脱色和劣化的效果是有争议的，因为一些科学家[ 40 ]报告了脱色葡萄糖积极作用，而其他组的科学家[的11，41]有相反的意见。葡萄糖对缺氧脱色的负面影响可归因于酸形成导致的pH降低或分解代谢抑制[ 11]]。葡萄糖对微生物培养物对偶氮染料的脱色的正面或负面影响也很可能取决于用于修饰培养基的葡萄糖浓度。微生物活性和偶氮染料脱色的另一个限制因素是培养基的pH。最佳pH值因微生物菌株和偶氮染料的类型而异。通常，细菌菌株在碱性pH下表现良好，而真菌菌株优选酸性pH。在我们的研究中，注意到pH值从4增加到8显着提高了脱色率。然而，脱色率在7-8 pH之间最高。超过pH 8，观察到所有选择的细菌菌株（ETL-1，ETL-2，ETL-12，ETL-14和ETL-16）的脱色减少。对于所有选择的分离物，pH 7被证明是最佳pH，并且在该pH下ETL-1和ETL-2的情况下观察到高达100％的脱色。因此，从该研究中可以得出结论，中性pH支持细菌活性以使液体培养基中的活性黑脱色。由于在染色过程中大量存在盐，纺织品流出物具有碱性pH。高pH值的纺织废水是其生物处理中的问题之一。因此，对高pH的耐受性对于使该技术有价值是重要的。Prasad等人。[ 高pH值的纺织废水是其生物处理中的问题之一。因此，对高pH的耐受性对于使该技术有价值是重要的。Prasad等人。[ 高pH值的纺织废水是其生物处理中的问题之一。因此，对高pH的耐受性对于使该技术有价值是重要的。Prasad等人。[[42 ]报道内生芽孢杆菌VITABR13菌株可在很宽的pH范围内有效地对偶氮染料进行脱色（6-9）。然而，发现生长和脱色的最佳pH为8，因为在该pH下记录了最大的脱色（90％）。除了接种物的细胞生长之外，pH也可能也影响染料脱色中涉及的酶活性。孵化温度也是研究废水生物处理的最重要参数之一，因为它决定了接种物的生长速率，并对特定的酶活性产生影响。在25-42℃的温度范围内研究了所选分离物对活性黑的脱色。温度从25℃升高到35℃会导致脱色增加。类似地，温度从35℃进一步升高到对活性黑的脱色具有负面影响。在较高温度下脱色的减少可能是由于负责脱色的酶的热失活。所有选择的分离株很可能都是嗜温细菌，因为它们在25至35°C的温度范围内均显示出更好的脱色作用。此前，郭等人。[38 ]报道的28温度的最佳范围，以35℃的染料由接种物污染脱色。脱色百分比在32℃达到最高值98％。在20-42℃的范围内，特定的脱色率随着温度的升高而增加。传统上使用嗜温范围[ 43 ]，因为通常认为保持高温是不经济的，而嗜冷范围内的降解太慢。幸运的是，各种各样的细菌在嗜温范围内有效地降解有机污染物。 |
| 结论 |
| 本研究表明，所选择的四种培养物可成功用于脱色活性黑染料。培养物在pH7-8和32℃之间表现出最大的脱色能力。此外，发现4g / L酵母提取物对于脱色是最佳的。总之，可以进一步研究细菌物种用于染料污染水的生物修复，包括偶氮染料的降解速率。 |
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