一种提高苯甲酸厌氧降解速度的方法与流程

本发明涉及有机污染物降解领域，更具体地涉及一种提高苯甲酸厌氧降解速度的方法。

背景技术：

芳香族化合物是一类具有毒性、致突变性、致癌性及难生物降解等特性的环境污染物。目前认为，芳香族化合物可以通过单一微生物的独立作用而降解，还可能是通过不同微生物之间的互营协作完成降解。厌氧环境中，芳香族化合物的初步转化通常要在开环前去除或简化取代基团，进而转化成苯甲酸和苯酚，而苯酚在开环之前也会转化为苯甲酸。因此，苯甲酸作为芳香族化合物厌氧矿化过程中重要的中间代谢产物，其降解对于芳香族化合物的厌氧降解来说至关重要。

目前对苯甲酸的研究包括降解苯甲酸类化合物的微生物筛选和对这些化合物不同代谢途径的研究。在自然界中，苯甲酸代谢也存在几种不同的途径，根据降解过程中对氧的需求及最终电子受体的不同,可以分为好氧降解和厌氧降解。其中，厌氧降解则是先发生还原反应消除芳香环的共轭，进而使其还原降解，此过程以硝酸盐、硫酸盐、铁或CO₂为最终的电子受体。

很多细菌都具有苯甲酸的厌氧降解能力，主要包括一些光合细菌、反硝化细菌和硫铁还原细菌等，在这些细菌中，主要经以下几个步骤对苯甲酸进行降解：(1)苯甲酸在苯甲酸辅酶A连接酶的作用下形成辅酶A硫酯；(2)苯环的还原；(3)苯环上羟基基团的引入；(4)苯环的开裂。然而，在自然体系下，微生物虽然很丰富，但是体系环境因子复杂，苯甲酸的厌氧降解速率并不高，因此寻找一种提高自然体系下苯甲酸厌氧降解速率的方法，非常有实用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高苯甲酸厌氧降解速度的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种提高苯甲酸厌氧降解速度的方法，在厌氧自然体系中，以苯甲酸为降解底物，同时添加硫酸盐和导电性铁氧化物，提高苯甲酸降解速度。

苯甲酸初始浓度为1～5mM；硫酸盐浓度为3～20mM；以铁原子计，导电性铁氧化物浓度5～100mM。

作为优选的，苯甲酸初始浓度为3mM时，添加硫酸盐浓度为12mM，以铁原子计，添加导电性铁氧化物浓度为50mM。

所述的导电性铁氧化物的电导率为10-1000S/cm。

所述的硫酸盐为可溶性硫酸盐。

所述的厌氧自然体系中ORP为-30～-180mV。

本发明的有益效果是：

在自然厌氧体系中，同时添加硫酸盐和导电性铁氧化物，能提高苯甲酸的降解速率，该方法可应用于有机污染物生物处理中，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：不同处理的苯甲酸降解动态图(箭头表示第二周期开始时间)；

图2：不同浓度磁铁矿处理的苯甲酸降解动态变化。

具体实施方式

通过实施例对本发明作进一步解释，但保护范围不仅限于此。

实施例1

将珠江底泥和水以1:3(质量体积比)混合均匀，充混合气N₂：CO₂(v/v＝80：20)至无氧状态(ORP为-30～-180mV)，加入3mM苯甲酸钠和12mM硫酸钠进行富集培养。

在125mL厌氧瓶中装液98mL，其中接种底泥富集培养物8mL，120培养基90mL，每个瓶子中苯甲酸钠的终浓度为3mM，按照下表1进行处理。

表1、添加硫酸钠和导电性铁氧化物分组

处理后进行厌氧培养：充N₂：CO₂(v:v＝80:20)混合气，先在液面下充气1h，然后液面上充气30min，使整个反应体系呈无氧状态(ORP为-30～-180mV)，放置于30℃恒温培养箱中避光静置培养。

其中120培养基配方如表2～4所示。

表2、120培养基配方

表3、318维生素配方

表4、320微量元素配方：

检测培养周期体系中苯甲酸浓度，待体系中苯甲酸钠和硫酸钠的处理反应结束后，再次添加相同浓度的苯甲酸与硫酸钠进行二次富集。

苯甲酸的检测方法：取上清液样品过0.22μm滤膜后，用高效液相色谱法(HPLC)测定，每次进样20μL。检测波长为213nm。流动相为甲醇：0.05mol/L磷酸二氢钾混合液(500mL0.05mol/L磷酸二氢钾溶液中分别加入冰醋酸和异丙醇各11.6mL)＝22:78，流速1mL/min。洗脱液A为5％甲醇，洗脱液B为95％甲醇。

结果如图1所示，在两个厌氧培养周期内，未添加硫酸钠处理组(Ben和BenM组)的苯甲酸完全无降解，而添加硫酸钠处理组(BenS组)的苯甲酸在12天内被完全降解，说明添加硫酸钠能显著促进苯甲酸钠的厌氧降解。同时添加硫酸钠和导电性铁氧化物的处理组(BenSM和BenSH组)苯甲酸降解速度均显著优于单独添加硫酸钠处理组(BenS组)，说明导电性铁氧化物能进一步促进硫酸盐条件下苯甲酸的厌氧降解，并且具有持久性。

实施例2

将珠江底泥和水以1:3(质量体积比)混合均匀，充混合气N₂∶CO₂(v/v＝80∶20)至无氧状态，加入3mM苯甲酸钠和12mM硫酸钠进行富集培养。

在125mL厌氧瓶中装液98mL，其中接种底泥富集培养物8mL，120培养基90mL，每个瓶子中苯甲酸钠的终浓度为3mM，按照下表5进行处理。

表5、不同浓度磁铁矿实验处理

120培养基配方、厌氧培养、苯甲酸检测方法同实施例2所述。

结果如图2所示，添加硫酸钠并分别再添加5、20和50mM磁铁矿处理组(BenSM5、BenSM20、BenSM50)的苯甲酸降解速度均显著优于单独添加硫酸钠(BenS组)。BenSM5、BenSM20和BenSM50的苯甲酸降解速率分别为BenS降解速率的1.11、1.42和2.26倍，混合的磁铁矿浓度为50mM苯甲酸降解速率最快。