余靖冉 宋娜 郭伟 王俊清 王雪 高敏 刘晓飞

摘要：本研究从内蒙古巴彦淖尔市乌拉特中旗某煤化工厂污水处理系统的活性污泥中分离出一株苯酚降解菌，命名为B4，对其进行含酚废水处理的实验研究。结果显示：当pH为7，初始苯酚浓度为500 mg·L-1，NaCl浓度为0.5g·L-1时，COD去除率为91.76%。

关键词：含酚废水;微生物;降解

中图分类号：X131.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）12-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.058

Research on the breeding of a phenol-degradation bacterial consortium and treating with phenol wastewater

Yu Jingran，Song Na，Guo Wei，Wang Junqing，Wang Xue ，Gao Min，Liu Xiaofei

（Hetao College，Bayannur Inner Mongolia 015000，China）

Abstract：In this work，a phenol-degrading bacteria was screened from activated sludge of sewage treatment system in Bayannur of Inner Mongolia，named as B4.The degradation capacity of the bacterial consortium to treat with phenol wastewater was analyzed.The results show that the maximum removal rate of COD was 91.76%，with the initial phenol concentration of 500 mg·L-1，NaCl concentration of 0.5g ·L-1，and pH 7.

Key words：Phenol wastewater;Microbe;Degradation

酚類及其衍生物作为重要的有机化工原料，其在医药、农药、染料、炼油等工业中有着重要的用途，但随着工业经济的高速发展，相应的水污染问题也日趋严重，且随着含酚废水排放量的增加与处理难度的增大，含酚废水已成为水污染治理当中的一大公害。近年来， 随着生物新技术的发展， 越来越多的研究者致力于微生物降解法处理高浓度含酚废水的研究。目前，已发现多种酚降解菌，包括热带假丝酵母菌（Yeasttrichosporon） [1]、根瘤菌（Rhizobia） [2]、假单胞菌（Pseudonomonas sp.）[3]、藻类（Ochromonas danica）[4]、芽孢杆菌（Bacillus）[5]、产酸克雷伯菌（Klebsiella oxytoca）[6]、红球菌 （Rhodococcus） [7]等。本实验室从内蒙古巴彦淖尔乌拉特中旗某煤化工厂的活性污泥中分离出一株苯酚降解菌命名为B4，并研究了该菌对含酚废水的降解效果，以期为建立含酚废水处理新工艺提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

菌种来源：以内蒙古巴彦淖尔乌拉特中旗某煤化工厂污水处理系统活性污泥作为分离筛选降酚菌的实验材料。

培养基：①富集培养基：NaCl 1.0 g，蛋白胨1.0 g，酵母膏0.5 g，pH7.2～7.4;②苯酚无机盐培养基：K2HPO4 0.5 g，KH2PO4 0.5 g ，MgSO4·7H2O 0.5 g，MnSO4 0.1 g，CaCl2 0.1 g，FeSO4·7H2O 0.01 g，（NH4）2·SO4 0.3 g，NaCl 0.2g，C6H5OH 0.2 g，蒸馏水1 000mL。

模拟含酚废水：苯胺100 mg，喹啉50 mg，蒸馏水1 000mL。

1.2 方法

1.2.1 苯酚降解菌的驯化

为获得高强度的苯酚耐受菌，配制苯酚无机盐培养基，控制苯酚浓度分别为200mg·L-1、400mg·L-1、600mg·L-1、800mg·L-1、1 000 mg·L-1、1 200mg·L-1和1 400mg·L-1，按5%接种量接入菌悬液，在30℃，150 r·min-1条件下摇床培养。

1.2.2 苯酚降解菌的筛选

采用稀释涂平板法进行菌种分离，将平板置于30℃恒温培养箱中培养24h左右，直至出现清晰的单菌落。挑取不同形态的单菌落，用富集培养基培养后，按5%的接种量接入新的惟一碳源培养基中，采用4-氨基安替吡林法对苯酚浓度进行测定，挑选苯酚降解率最大的菌株。

1.2.3 COD测定

在强酸性溶液中，用一定量的K2Cr2O7和HgSO4去除Cl–的干扰，用Ag2SO4作催化剂，在150℃高温消解后，溶液中的COD值与吸光度值呈线性关系。本实验将预处理、消解后的样液放入COD测定仪中进行测定。再通过去除率公式：，计算COD去除率。

1.2.4 pH试验

按10%的接种量将菌悬液接种到苯酚初始质量浓度为500 mg·L-1、NaCl浓度为0.2g·L-1的无机盐培养液中，调节培养液pH分别为6、7、8、9，置于恒温振荡器在30℃，150r·min-1条件下培养，连续培养48h，定时取样测定。

1.2.5 苯酚初始浓度试验

控制苯酚初始浓度分别为500mg·L-1、1 000mg·L-1、2 000mg·L-1，以10%的接种量接种，NaCl浓度均为0.2g ·L-1，培养液pH均为7，置于恒温振荡器在30℃，150r·min-1条件下培养，连续培养48h，定时取样测定。

1.2.6 盐度试验

按10%的接种量将菌悬液接种到苯酚初始质量浓度为500 mg·L-1的无机盐培养液中，NaCl浓度分别为0.3g ·L-1、0.5g ·L-1、0.75g ·L-1、1.0g ·L-1，培养液pH均为7，置于恒温振荡器在30℃，150r·min-1条件下培养，连续培养48h，定时取样测定。

2 结果与分析

2.1 菌种的驯化、筛选

通过稀释涂平板法获得4株降酚菌，分别命名为A6、A7、B3、B4，其菌落照片如图1所示，形态特征如表1所示。

绘制苯酚标准曲线，曲线方程为：A=0.22344*C+0.04839，用4-氨基安替比林法测定各菌液的吸光度，结果显示：降酚菌B4对苯酚的降解效果最好，因此后续实验选取降酚菌B4为试验菌，并研究各因素对其降解含酚废水的影响。

2.2 各种因素对降酚菌B4降解含酚废水的影响

2.2.1 不同 pH的影响

在pH分别为6、7、8、9的条件下，用降酚菌B4降解模拟含酚废水，测得的COD如图2所示。

在pH 6～9 的降解系统中，降酚菌B4均能显现出一定的苯酚降解能力，其COD去除率分别为42.98%、50.49%、44.67%、40.50%。当pH=7，培养46 h时，COD去除率达到最大值50.49%，但当pH 值为6、8、9时，由于过低或过高的pH影响了降酚菌的新陈代谢，抑制了菌的生长且影响了降酚酶的活性，因而去除率下降。因此降酚菌B4的最适pH为7。

2.2.2 初始苯酚浓度的影响

在苯酚初始浓度分别为500mg·L-1 、1 000mg·L-1、2 000mg·L-1的条件下，用降酚菌B4降解模拟含酚废水，测得的COD如图3所示。从图3可以看出降酚菌B4在不同的初始苯酚浓度下降解能力有很大的差异，在浓度为500mg·L-1时，COD去除率可达84%，此时降解能力最强，当浓度增加为1 000mg·L-1、2 000mg·L-1时，COD去除率逐渐下降，过高的苯酚浓度抑制了降酚菌的降解活动，降解能力变得很微弱，因此降酚菌B4的最适初始苯酚浓度为500 mg·L-1。

2.2.3 NaCl浓度的影响

在NaCl浓度分别为0.3g ·L-1、0.5g ·L-1、0.75g ·L-1、1.0g ·L-1的条件下，用降酚菌B4降解模拟含酚废水，测得的COD如图4所示。

由图4可见，COD值均随降解时间的增加而降低，在不同NaCl浓度下，COD去除率分别为80.91%、91.76%、89.19%、69.83%。当NaCl浓度为0.5g ·L-1时，去除率达最大。当NaCl浓度为0.75g ·L-1、1.0g ·L-1时，过高的盐度会使溶液中出现盐析现象，降酚菌的蛋白质、生物酶的结构会受到一定的破坏，其活性会降低甚至失活，苯酚降解性能也会随之下降。因此降酚菌B4的最适NaCl浓度为0.5g ·L-1。

3 讨论

随着工业化的高速发展，高浓度含酚废水的降解已成为亟待解决的问题。微生物降解法在降解效率、投资、二次污染等方面较化学降解法有着明显的优越性，因此，用微生物处理含酚工业废水已成为当前研究的热点。目前已分离到了多种降酚菌，但这些菌株还存在耐酚浓度较低，降酚需时较长，菌体生长及降酚条件适应范围窄等不足。王图锦等[8]通过富集驯化获得具有高效降解苯酚能力的苯酚降解菌群PDBC-1，红球菌属细菌是该菌群的优势菌种，当初始苯酚浓度低于 1 200mg·L-1时，菌群能够在72h内完全降解苯酚;但当苯酚浓度升高后，苯酚降解能力显著下降。袁利娟等[9]从一绝缘材料厂的污水中分离得到一株可高效降解苯酚的菌株 JY01，经鉴定属Bacillus，该菌在pH为6.0～9.0和温度为18～36℃的范围内，苯酚浓度为 1 100 mg·L-1时，30h内降解率为99.16%。本实验某煤化工厂污水处理系统活性污泥分离出一株苯酚降解菌B4，當pH为7，初始苯酚浓度为500 mg·L-1，NaCl浓度为0.5g ·L-1时，COD去除率为91.76%。

目前， 国内外研究者对苯酚的降解机制、代谢途径基本达成共识。普遍认为在有氧的条件下，苯酚在苯酚羟化酶、双加氧酶作用下裂解， 裂解产物再进入三羧酸循环。可见苯酚酶在苯酚的降解过程中发挥了至关重要的作用，因此，降酚酶的分离提纯以及固定化酶技术将成为生物降解含酚废水的研究方向和发展趋势。

参考文献

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[2]Lee SG， Hung SP. Removal and bioconversion of phenolin wasterwater by z-thermostable β-tryrosion[J].Enzyme and microbial technology， 1996， 19： 374-377.

[3]任河山，王颖，赵化冰，等.酚降解菌株的分离、鉴定和在含酚废水生物处理中的应用[J].环境科学，2008，29（2）：482-487.

[4]向述荣，陈秀荣.降解菌phen8的分离筛选及其16SDNA序列分析[J].微生物学杂志，2002，22（6）：199-211.

[5]凌琪，汤利华，陶勇，等.苯酚降解细菌的分离与选育研究[J].中国给水排水，2007，23（11）：78-82.

[6]WANG Qiang， MA Pei-sheng， WANG Jia-ning， et al. Isolation and identification of a novel strain of klebsiella oxytoca with phenol-degrading activity[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni， 2007， 46： 56-57.

[7]沈锡辉，刘志培，王保军，等.苯酚降解菌红球菌PNAN5菌株（Rhodococcus sp. strain PNAN5）的分离鉴定、降解特性及其开环双加氧酶性质研究[J].环境科学学报，2004，24（3）：482-486.

[8]王图锦，潘瑾，刘雪莲.高效苯酚降解菌群的选育及降解特性研究[J].工业水处理，2017，37（03）：65-68.

[9]袁利娟，姜立春，彭正松，等.一株高效苯酚降解菌的选育及降酚性能研究[J].微生物学通报，2009，36（04）：587-592.

收稿日期：2020-10-14

基金项目：高效苯酚降解菌群的构建及其处理焦化废水的应用研究，项目编号：HYZQ201947

作者简介：余靖冉（1985-），女，硕士研究生，讲师，研究方向为微生物降解污染物。