厌氧菌群在不同碳源条件下降解2，5-二氯硝基苯的特性
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摘 要：氯代硝基苯作为一种有毒难降解污染物受到研究人员的广泛关注。本研究以广泛用于染料合成的2，5-二氯硝基苯为模式化合物，探索了不同碳源条件下富集的混合菌群对其厌氧降解的能力，并采用发光细菌法测定了降解前后的生物毒性。结果表明，以丙酮酸为碳源富集的混合菌群对2，5-二氯硝基苯的厌氧硝基还原速率最快，4h内即发生完全转化;以乙酸为碳源富集的混合菌群使2，5-二氯苯胺的脱氯及降解速率最快，比以丙酮酸为碳源富集的混合菌群体系降解速率高12%左右。降解产物分析表明，2，5-二氯硝基苯在厌氧条件下可转化为2，5-二氯苯胺，并且依次还原脱氯到苯胺，最后开环裂解生成正己酸。生物毒性检测结果表明，2，5-二氯硝基苯的生物降解朝着毒性更低的方向发展，这对于氯代硝基苯的生物修复具有重要意义。
关键词：2，5-二氯硝基苯;碳源;硝基还原;脱氯
随着我国工农业的持续高速发展，大量氯代芳烃类化合物进入到环境中。氯代硝基苯是此类化合物的典型代表，由于其毒性大、污染面广，已被美国EPA、欧共体EEC以及中国列为优先控制污染物。氯代硝基苯的苯环上含有吸电子基团，即氯取代基和硝基基团，因此，厌氧-好氧联合生物处理是这类污染物最有效的处理方法之一[1-3]。近年来，研究发现低氯苯或低氯酚在厌氧条件下能够完全脱氯和矿化[4-5]。电子供体修复技术具有一定的应用前景。本研究选取广泛应用于染料合成的2，5-二氯硝基苯作为模式化合物。分别以丙酮酸、甲酸、乙酸和乳酸作为碳源富集混合菌群，并研究这些混合菌群厌氧降解2，5-二氯硝基苯的能力。在此基础上，对2，5-二氯硝基苯厌氧降解产物进行初步分析。
1 实验部分
实验材料：
（1）混合菌群。本实验所用污泥取自大连市百傲化学股份有限公司。实验所用菌群来源于不同碳源条件下对厌氧污泥的长期驯化，驯化过程中污泥浓度和2，5-二氯硝基苯（2，5-DCNB）浓度分别为5gVSS/L和20mg/L。
（2）培养基。实验采用无机盐培养基：1.0g/LNaCl;0.2g/L KH2PO4;027g/LNH4Cl;0.41g/L MgCl2·6H2O;0.52g/LKCl;0.113g/LCaCl2（pH=7）。无机盐培养基中加入微生物生长所必需的01%（v/v）维生素和0.1%（v/v）微量元素。
（3）实验主要试剂。实验主要试剂：2，5-DCNB、2，5-二氯苯胺（2，5-DCA）、2-氯苯胺（2-CA）和3-氯苯胺（3-CA）购买于梯希爱（TCI）上海化成工业有限公司，分析纯;甲醇购买于美国Spectrum化学试剂公司，色谱纯;二氯甲烷，购买于天津市科密欧化学工业有限公司，色谱纯;BSTFA：TMCS（99∶1），购买于百灵威科技有限公司，色谱纯;其它常规试剂，如氢氧化钠、磷酸氢二钾等购买于国内天津市科密欧化学工业有限公司，分析纯。
2 结果与讨论
厌氧条件下，2，5-DCNB首先发生硝基还原反应。从上图（a）中可以看出，添加四种碳源的反应体系中2，5-DCNB的硝基还原速率均大于未添加碳源的反应体系。与甲酸和乙酸为碳源的反应体系相比，以丙酮酸和乳酸为碳源的反应体系中，2，5-DCNB的硝基还原速率更快。另外，从化学反应式来看，理论上相同摩尔量的硝基被还原时，甲酸的生物消耗量是乙酸的3倍，但实验结果显示甲酸的消耗量不足乙酸的2倍，这可能是导致甲酸为碳源富集的混合菌群还原2，5-DCNB的能力低于乙酸反应体系的原因。
从上图（a）中还可以发现，在未添加碳源的反应体系中，5d内2，5-DCNB发生了完全转化;同时在菌灭活的反应体系中，观察到2，5-DCNB发生了非生物还原。有研究报道称，培养基中的某些组分（如硫化物、Fe（II）、维生素B12等）可以还原五氯硝基苯为五氯苯胺。因此推测本实验中的非生物还原可能是培养基中维生素或酵母提取物中的某些组分还原了2，5-DCNB。2，5-DCNB厭氧降解依次经过硝基还原、脱氯和脱氨，最终开环裂解生成正己酸。
2，5-DCNB厌氧还原为2，5-DCA过程中，产生了中间产物。从上图（b）中可以看出，随着2，5-DCNB浓度的降低，中间产物的峰面积逐渐增大。尤其以丙酮酸和乳酸为碳源的反应体系，当2，5-DCNB完全检测不到时，中间产物的峰面积达到最大;同时，反应体系中也检测到2，5-DCA。早在1998年，Peres等报道硝基还原成氨基的过程中会产生中间体亚硝基或羟胺。在本实验中也观察到类似的现象。
3 结论
（1）以丙酮酸为碳源富集的混合菌群还原硝基速率最快，乙酸为碳源富集的混合菌群脱氯最快。
（2）综合考虑，适宜的碳源可能是丙酮酸和乙酸复合物。
（3）2，5-DCNB厌氧降解依次经过硝基还原、脱氯和脱氨，最终开环裂解生成正己酸。
参考文献：
[1]邓晔，冯凯，魏子艳，刘文宗，梁玉婷，金德才.宏基因组学在环境工程领域的应用及研究进展[J].环境工程学报，2016（07）.
[2]杜祥琬，杨波，刘晓龙，王振海，易建.中国经济发展与能源消费及碳排放解耦分析[J].中国人口·资源与环境，2015（12）.
作者简介：李玉明（1974-），男，本科，研究方向：水污染控制工程。
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