Fe (III)对农业短芽孢杆菌Dh-1去除间二氯苯的影响

摘要

在这个作品中，一个张力，Brevibacillus阿勒采用从中国东部沿海土壤中分离得到的DH-1去除间二氯苯。研究了Fe (III)对生物滴滤池中间二氯苯去除的影响。培养48 h后，根据微生物生长和间二氯苯在生物滴滤池中的分离情况，得到了Fe (III)的最佳浓度。预测铁(III)的最佳浓度为4 mg/L。在Fe (III)的最佳浓度下，Haldane-Andrews生长动力学模型的拟合仍然合适，μ_马克斯， Ksi和KI在0.07 h时估计¹， 46.21毫克。l⁻¹155.49毫克。l⁻¹,分别。在Fe (III)的作用下，ln(c)的还原速率随培养时间的延长而加快₁₂对O酶活性进行了测定，结果表明Fe (III)能显著提高抗氯和开环的效率。

关键字

间二氯苯;铁(III);动力学分析;Biotrickling过滤器

介绍

间二氯苯是一种重要的原料，广泛应用于合成树脂、农药的生产[1]。间二氯苯直接排放到大气中，导致许多内分泌疾病、免疫功能障碍和癌症的出现[2]。生物滴滤池与其他滤池的比较治疗方法(物理方法和化学方法)，是间二氯苯处理的良好选择[3.]。此外，通过添加新鲜介质、酸和碱，可以很容易地控制btf中的营养物质浓度和pH值[4，5]。

在我们之前发表的作品中[6]，我们发现菌株Brevibacillus阿勒DH-1对间二氯苯具有良好的降解性能，可稳定应用于生物滴滤池中去除间二氯苯。但与其他研究相比，去除效率较低[7-9]。因此，加强生物滴滤池中间二氯苯的去除是必要的。

许多研究人员发现某些金属离子对微生物活性有促进作用。在各种选择中，Fe (III)作为微生物的基本元素具有明显的营养缺乏性，适当的Fe (III)浓度是微生物生长的重要前提之一[10，11]。

本研究在前人研究成果的基础上，综合分析了Fe (III)对生物滴滤池中间二氯苯去除的影响。通过对Fe (III)的毒性分析和优化，得到了Fe (III)的最佳浓度，并对Fe (III)的添加进行了动力学分析。此外，还考察了Fe (III)对降解过程中抗氯和开环的影响。

材料与方法

化学品及栽培培养基

m -二氯苯(>99.5%)来自中国上海国药化学试剂有限公司，FeCl3(≥99.99%金属基)来自上海阿拉丁生化科技有限公司所有其他的化学药品都是高纯度的。

所应用的矿物盐介质(MSM)含有以下成分:KH₂阿宝₄0.5 g, Na₂HPO₄0.5 g， (NH₄）₂所以₄2g, CaCl₂0.01 g, MnSO₄•H₂O 0.13 mg, ZnCl₂0.23 mg, CuSO₄•H₂O 0.03 mg, CoCl₂•6小时₂O 0.42 mg, Na₂MoO₄•2 h₂O 0.15 mg, AlCl_3.•6小时₂O每升水添加0.05毫克[12]。加入间二氯苯作为唯一碳源和能源。所述营养液的组成[13]。

应变Brevibacillus阿勒DH-1实验设备

压力Brevibacillus阿勒DH¹(GenBank登录JX170207)用于本研究，这在我们之前的工作中有描述。在本实验中使用BTF，如所示图1，具体细节也在之前的工作中有所提及[6]。

菌株DH-1的生长、Fe (III)的毒性及间二氯苯的降解

在本实验中，在50 mL MSM中加入最佳浓度的Fe (III)，然后用硅橡胶隔封250 mL培养瓶。在无菌培养瓶中加入不同浓度的间二氯苯(26、52、78、104和130 mg/L) [14，15]。的微生物悬浮液注入培养瓶中。金属离子Fe (III)的毒性用分光光度计(6T，北京浦肯野通用仪器，中国)在600 nm波长下测量OD值。对培养时间梯度后的干细胞质量和间二氯苯浓度进行分析。所有实验一式两份。

Fe (III)对降解途径的影响

氯离子浓度和C₁₂利用O酶活性研究Fe (III)对降解途径的影响。在培养瓶中加入Fe (III)，每6 h取一份样品检测Cl。从对数阶段开始，将粗酶液放置20分钟，以检测酶活性。酶活计算方法如下[16，17]。

其中△A为每分钟光吸收值的变化量，V为酶促反应体系的体积(L)， ε为摩尔消光系数(1/mmol/cm)， M为酶促反应体系中蛋白质的质量(mg)。

使用BTF去除间二氯苯

采用BTF进行了优化实验。在m -二氯苯进口浓度为278.13 ~ 1098.75 mg/m时，BTF启动成功^3.在60 s的空床停留时间点(EBRT)(这在以前的工作中显示)。在稳态阶段，为寻找生物诱骗滤池中Fe (III)的最佳浓度并研究其在最佳浓度下的效果，在BTF中加入不同浓度的Fe (III)。为保证生物反应器的稳态，每次实验后BTF恢复到参考条件约5 d实验条件(18]。

分析方法

在菌株DH的生长实验中¹间二氯苯降解，用测定CDW来表示菌株的生长。在此，将50 mL细胞悬液过滤并干燥(24小时，105°C)至CDW重量。用气体监测间二氯苯的降解色谱法(Clarus 580, PerkinElmer, USA)，带有HP-VOC色谱柱(60 m × 0.32 mm × 1.8 μm)和火焰电离检测器(FID)。色谱条件用HJ描述。有限公司₂采用HP-Plot-Q色谱柱(30 m × 0.32 mm × 20 μm)，将200 μL气相样品注入美国Agilent Technologies公司7890A型气相色谱仪中，检测产量。色谱柱和热导检测器(TCD)温度分别为40°C和200°C。培养瓶中Cl-浓度采用离子色谱法(ICS-2000, Dionex)， Ionpac AS19 (250 mm × 4 mm;经注射器过滤器(0.22 μm, Bojin，德国)过滤后的Dionex)柱，如前所述[19]。

结果与讨论

间二氯苯去除铁(III)的毒性

毒性实验结果见图2．可以看出，微生物生长的变化趋势相似。的吸光度在12 h时吸光度迅速上升，到24 h或36 h时上升速度变慢，最后吸光度下降，然后趋于平稳。Fe (III)在0.4~5 mg/L浓度范围内对吸光度有显著的促进作用，特别是4 mg/L和5 mg/L浓度时对微生物生长有显著的促进作用。

Fe (III)浓度优化

研究了Fe (III)对间二氯苯的去除效果图3．当Fe (III)浓度为3、4、5和6 mg/L时，BTF 2的RE显著增强，45 d时增加最大，当Fe (III)浓度达到4 mg/L时，间二氯苯的ER从75.04%提高到81.28%。与4 mg/L和5 mg/L相比，6 mg/L Fe (III)的增量非常低。间二氯苯的ER仅从74.28%增加到76.18%，说明较高的Fe (III)对间二氯苯的去除有一定的抑制作用。结果表明，Fe (III)的最佳浓度为4 mg/L。

Fe (III)对动力学分析的影响

常规治疗方法

许多研究者致力于实验的动态模拟[20.-22]。在本工作中，在最佳Fe (III)浓度下，菌株DH-1的生长和间二氯苯的降解结果显示在图4．间二氯苯损失和生物量内源衰减率可以忽略不计(数据未显示)。

在之前的工作中[6]，采用Haldane-Andrews模型拟合实验数据。比生长率和Haldane-Andrews模型由下式计算。

式中vi为菌株DH-1在不同间二氯苯浓度下的比生长率(h¹)， c为细胞浓度(mg.;起重集团·L⁻¹)， t为孵育时间(h)， Ci为液相底物浓度(mg·L⁻¹)， μmax为最大比生长率(h⁻¹)， Ksi是半饱和常数(mg·L⁻¹)， KI为抑制常数(mg·L⁻¹)。μmax、Ksi和KI在0.0398 h时测定¹， 20.84 mg·L⁻¹372.53 mg·L⁻¹当初始浓度高于88 mg·L时，比生长率呈下降趋势¹在之前的工作中[6]加入Fe (III)后，结果为图5， μmax、Ksi和KI值为0.07 h¹， 46.21 mg·L⁻¹155.49 mg·L⁻¹,分别。初始浓度为85 mg·L时，比生长率最高⁻¹．

本研究的生长动力学参数比较来自于以往的研究，表明Fe (III)不能改变生长规律，但可以加速比生长率，且初始浓度与比生长率的关系提前出现。

降解动力学

间二氯苯降解的动力学参数是微生物降解效率的重要指标，通过拟合合适的动力学模型得到[23，24]。在之前的工作中[6]时，间二氯苯的降解动力学拟合最符合伪一阶模型，公式为[6，16，23]

其中Ct是t时刻间二氯苯的浓度(mg•L¹)， C0为c - m -二氯苯初始浓度(mg•L¹)， K为一阶动力学降解常数(h¹)， t为孵育时间(h)，不同m -二氯苯浓度(26、52、78、104和130 mg•L)下K绝对值分别为0.0212、0.0259、0.0291、0.0407和0.0388¹)。加入4 mg/L Fe (III)后，K绝对值分别为0.0208、0.0253、0.0341、0.0508和0.0472。K绝对值接近先前较低浓度(26和52 mg•L)的研究结果¹)，说明较低浓度时间二氯苯浓度为限制条件，Fe (III)不能对去除过程起到促进作用。间二氯苯浓度为104 mg•L时¹，降解率显著提高。在本实验中，我们可以推测Fe (III)对间二氯苯的去除有较好的积极作用，其功能的实现主要是通过促进微生物的活性和生长来实现的。

氯离子浓度和C₁₂O酶活性

氯离子和C₁₂在培养环境中添加4 mg/L Fe (III)后，对间二氯苯降解48 h的O酶活性进行分析，结果描述在图6。从图6可知，最优浓度Fe (III)对脱氯有显著促进作用，但最高氯离子浓度与前期工作结果接近，说明Fe (III)只是对脱氯有促进作用，对突破间二氯苯浓度限制作用不大。可以看出，C₁₂本研究的O酶活性高于以往的工作，表明Fe (III)有助于加速间二氯苯降解的开环。

结论

研究了Fe (III)去除间二氯苯的最佳浓度Brevibacillus阿勒DH¹在生物滴滤池中计算为4mg /L。动能分析证明Fe (III)能显著促进菌株DH的生长¹而间二氯苯降解不改变生长降解规律。此外，Fe (III)的最佳浓度对降解途径的脱氯和开环也有积极影响。

确认

国家重点研发计划项目“大气污染成因及防治技术研究”(2016YFC0209200)、国家自然科学基金项目(No. 51778612)、江苏省高校自然科学基金项目(17KJA610005)资助。

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