氧化还原介体强化多环芳烃厌氧生物降解研究

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) has become an important source of potential ecological risks threaten the health of the water environment because of it was highly toxic and high residue in an aqueous environment. Redox mediators（ROMs）can promote persistent organic pollutants anaerobic biodegradation by accelerating the electron transfer between the electron donor and electron acceptor through the conversion cycle of its oxidation state and reduced state. This study was to clarify the role of ROMs promoting PAHs anaerobic.biodegradation, and find the best strengthening effect mediator. Based on this, the effect of co-metabolites and redox potential to PAHs anaerobic biodegradation under ROMs mediated was studied. Preliminary reveals the regularity of ROMs strengthened PAHs anaerobic biodegradation. While the mechanism of ROMs promoting PAHs anaerobic biodegradation was preliminary clarify through analysis of ecological succession law and the key enzymes expression by denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) and real-time quantitative PCR (RT-qPCR).The project will provide new technology foundation for PAHs biological treatment through the research of the role and mechanism of ROMs promoting PAHs anaerobic biodegradation.

多环芳烃（PAHs）在水环境中具有低浓度、高毒性、高残留的特性，已成为威胁水环境健康的一个重要的潜在生态风险源，而氧化还原介体（ROMs）可通过其自身氧化态与还原态的循环转换来加速电子在电子供体与电子受体间的传递，促进难降解有机污染物的厌氧生物转化。本项目通过研究不同介体介导下PAHs厌氧生物降解特征，筛选出强化效果最佳的介体。在此基础上，研究共代谢物、氧化还原电位等对介体介导PAHs厌氧生物降解的影响，初步揭示ROMs 强化PAHs厌氧生物降解的作用规律。与此同时，采用变性梯度凝胶电泳技术（PCR-DGGE）和实时荧光定量PCR技术（RT-qPCR）分别对介体介导PAHs厌氧生物降解过程中微生物的演替规律和关键酶的表达进行分析，初步阐明介体介导PAHs厌氧生物降解的生物反应机理。该项目通过研究ROMs强化PAHs厌氧生物降解的作用规律及其机理，有望为PAHs生物处理提供新的技术基础。

多环芳烃（PAHs）在水环境中具有低浓度、高毒性、高残留的特性，已成为威胁水环境健康的一个重要的生态风险源，而氧化还原介体（ROMs）可通过其自身氧化态与还原态的循环转换来加速电子在电子供体与电子受体间的传递，促进难降解有机污染物的厌氧生物转化。在本项目的资助下，首先以PAHs为唯一碳源对焦化废水处理缺氧池中的活性污泥进行了富集和驯化，得到了高效厌氧降解PAHs富集培养物，并采用高通量测序技术对功能性微生物进行了组成分析，主要功能性微生物为Thauera，Sphingomonas、Novosphingobium。以富集培养物为接种污泥，研究了ROMs强化PAHs厌氧生物降解的效能及其影响因素。研究发现，蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS）、蒽醌-2-二磺酸（AQS）和腐植酸（HA）三种介体对于PAHs的降解都有一定的促进作用，AQDS强化效果最为显著，提高了56%，且当AQDS的浓度为0.5mmol/L时，其强化效果最佳。硝酸盐对介体强化PAHs厌氧生物降解起到了促进作用，同时也促进了系统的反硝化。以实验室分离到的SXU-2菌株（Sphingomonas）为模式菌株，探讨了介体强化PAHs厌氧生物降解的生物学机理。通过对介体介导SXU-2菌株降解PAHs过程中谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性的研究，发现介体介导PAHs厌氧生物降解可以增强GST的表达，进而提高电子传递效率，促进PAHs降解。本课题研究结果将为PAHs的生物处理提供新思路和新技术基础，对我国焦化行业和石油行业的废水深度处理提供技术支撑。