Page 55 - 《含能之美》2019封面论文
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            文章编号：1006‑9941（2019）07‑0542‑08


            球形红细菌降解对硝基酚特性及响应面优化


            孙慧敏，白红娟，张 晴
           （中北大学环境与安全工程学院，山西 太原 030051）


            摘   要： 以对硝基酚（PNP）为目标污染物，利用球形红细菌（Rhodobacter sphaeroides）H 菌株研究其对 PNP 的降解特性，通过单
            因素实验和响应面分析相结合的方法优化降解条件，以提高 H 菌株对 PNP 的降解能力。设置不同反应体系证明了 H 菌株活细胞是
            降解 PNP 主体，且在厌氧光照、厌氧黑暗、好氧光照和好氧黑暗四种条件下均能降解 PNP。通过单因素实验得出显著影响因素为：
                                                                                   -1
            PNP 初始浓度、pH 值和温度，响应面优化后的最优降解条件为：PNP 初始浓度为 81.01 mg·L 、pH 值 8.09 和温度 30.49 ℃，PNP 降
            解率的预测值为 92.3%，与实际值（91.1%）相差 1.2%（＜2%），说明预测值可靠。在最优条件下，H 菌株的生长和 PNP 浓度随时间
                                                                    -1              -1
            变化关系表明，在 H 菌株生长的适应期 96 h 内，PNP 浓度从 81.01 mg·L 降低到 20.33 mg·L ，降解率为 74.9%，指数生长期 96～
            168 h，PNP 被快速降解，降解率达到 91.1%；同时，拟合了该条件下 H 菌株降解 PNP 的一级动力学方程。
            关键词：对硝基酚（PNP）；球形红细菌（Rhodobacter           sphaeroides）；降解特性；响应面优化
            中图分类号：TJ55；X172                   文献标志码：A                                    DOI：10.11943/CJEM2019056







                                                                 假单胞菌属（Pseudomonas sp.） 、伯克氏菌属（Burk‑
                                                                                             ［8］
            1   引 言                                              holdria sp.） ，但球形红细菌（Rhodobacter sphaeroi‑
                                                                           ［9］
                                                                 des）降解 PNP 的研究少见报道。球形红细菌对于环
                对硝基酚（p‑nitrophenol，PNP）作为重要的化工
                                                                 境的适应能力较强，不仅能在厌氧光照的条件下进行
            原料应用于火炸药、医药、合成材料、机械、染料和木材
                                                                 光能异养生长，还能在好氧黑暗条件下进行好氧异养
            防腐等领域。在火药制造中加入 PNP，可以有效降低
                                                                    ［10］
                                                                 生长    ，而且可以随着生存环境灵活改变代谢类型。
            机械、静电感度，获得较好的真空安定性，增加药剂制
                                                                                                     ［11-14］
                                                                 因此，球形红细菌广泛用于处理有机废水                       。
                                      ［1］
            造、使用和储运过程的安全性 。随着工业发展，在生
                                                                     目前研究生物法降解污染物主要采用的是正交实
            产过程以及军事上的一些不恰当操作，容易导致 PNP污
                                                                 验法和响应面法。正交实验法采用的是线性模型，无
            染周边的土壤和水体，而且 PNP 具有显著的毒性（小鼠
                                                                 法给出整个区域上因素的最佳组合以及交互作用，预
            经口 LD  50  467 mg·kg ，大鼠经口 LD    50  616 mg·kg ），                      ［15］
                                                         -1
                               -1
                                                                 测值与实际偏差较大            。响应面法结合了实验设计、
            美 国 环 境 保 护 署 已 经 将 其 列 为 优 先 控 制 污 染 物
                                                                 数理统计、最优化技术、回归方法估算，可以优化降解
                ［2-4］
            名单     。
                                                                                             ［16］
                                                                 条件，广泛应用于生物降解实验                 。响应面法在单因
                近年来，国内外利用生物法降解 PNP 一直受到广
                                                                 素实验基础上筛选影响显著的因素，对影响显著的因
                    ［5］
            泛的关注 ，已经报道能够降解 PNP 的菌属有：红球菌
                                                                 素的实验数据拟合回归方程，得出不同因素之间的交
                               ［6］                       ［7］
            属（Rhodococcus sp.） 、节杆菌属（Arthrobacter sp.） 、                                                  ［17］
                                                                 互作用，最后预测优化条件进而提升实验效果                        。为
                                                                 此，本研究首先选取 PNP 初始浓度、接种量、pH 值和
            收稿日期：2019⁃03⁃08；修回日期：2019‑04⁃27
            网络出版日期：2019‑06‑13                                    温度进行单因素实验，筛选出对球形红细菌（Rhodo‑
            基金项目：山西省回国留学人员科研资助项目（2016‑084）                       bacter sphaeroides）H 菌 株 降 解 PNP 影 响 显 著 的 因
            作 者 简 介 ：孙 慧 敏（1993-），女 ，研 究 生 ，主 要 从 事 环 境 微 生 物 技 术
                                                                 素，在此基础上采用响应面优化降解条件；同时，在优
            研究。e‑mail：1604207539@qq.com
                                                                 化后条件下拟合一级动力学方程模型，为该 H 菌株在
            通 信 联 系 人 ：白 红 娟（1969-），女 ，博 士 ，教 授 ，硕 士 生 导 师 ，主 要 从
            事环境微生物技术研究。e‑mail：bhj44871@163.com                   酚类化合物废水污染治理中的应用提供依据。
            引 用 本 文 ：孙 慧 敏 ,白 红 娟 ,张 晴 . 球 形 红 细 菌 降 解 对 硝 基 酚 特 性 及 响 应 面 优 化 [J]. 含 能 材 料 ,2019,27(7):542-549.
            SUN Hui‑min, BAI Hong‑juan, ZHANG Qing. Degradation of p‑nitrophenol by Rhodobacter Spheroides and Optimization of Response Surface Methodology[J].
            Chinese Journal of Energetic Materials （Hanneng Cailiao）,2019,27(7):542-549.
                                                                                           www.energetic-materials.org.cn
            Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.7, 2019（542-549）  含能材料
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