【摘 要】
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PAHs(多环芳烃)和HMs(重金属)复合污染在土壤、沉积物和水体等介质中持久存在,高富集、难降解和高生态毒性等作为优先控制污染物。微生物修复复合污染技术,环境友好且经济。单一细菌或真菌修复受恶劣环境限制,处理能力有限。混合微生物群落表现独特的关联和相互作用,可构建更有效的污染物降解和去除系统。混合菌固定化兼有高生物密度和活性、抗干扰和协同修复复合污染物能力强,成为研究关注点。本文以焦化废水污泥和
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PAHs(多环芳烃)和HMs(重金属)复合污染在土壤、沉积物和水体等介质中持久存在,高富集、难降解和高生态毒性等作为优先控制污染物。微生物修复复合污染技术,环境友好且经济。单一细菌或真菌修复受恶劣环境限制,处理能力有限。混合微生物群落表现独特的关联和相互作用,可构建更有效的污染物降解和去除系统。混合菌固定化兼有高生物密度和活性、抗干扰和协同修复复合污染物能力强,成为研究关注点。本文以焦化废水污泥和铜矿污泥为菌源,PHE(菲)和Cd(镉)为复合污染物的代表,采用“协同代谢+共培养”多级驯化,构建具有良好协作关系的细菌-真菌微生态菌系,并分析其HMs耐受性和群落结构。优化核桃壳质生物炭固定化菌系的制备条件,考察PHE和Cd共存下固定化菌系对环境因子变化的响应。从酶活性、生物炭溶解碳源及代谢产物角度,探究HMs胁迫下固定化菌系强化修复PAHs的机理。探讨复合污染下固定化菌系对Cd2+的生物吸附行为机制和群落结构演替。研究主要结论如下:驯化菌系群落在细菌属水平上以Pandoraea(53.00%)和Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia(46.97%)为主;真菌域丰度79.39%的Ascomycota成为最丰富的门优势物种,其次是Basidiomycota(11.91%)。菌系13天PHE降解率高达95.6%,且对Cd2+的最大耐受浓度达1800 mg/L。构建菌系显现出修复PHE和Cd复合污染优异性能。菌量是影响生物炭固定菌系的核心因素。0.1 g 16目生物炭36 h吸附固定的5 m L(OD600=1.0)菌系,可在48 h降解76.13%的PHE。HM胁迫下固定化菌系修复PAH体系,在低温和低p H下的污染物修复能力明显强于游离态菌系。50 mg/L PHE和150 mg/L Cd2+的共存体系中,反应温度为20℃时,固定化菌系对PHE的降解率为83.72%,比游离态菌系高6.44%。生物炭固定化通过加强物种间联系、提高生物利用度和脱氢酶活性等形式强化修复PAHs。固定化菌系降解PHE最终途径以邻苯二甲酸路径为主。固定化菌系对复合污染下Cd2+的吸附因表面化学络合反应机制而增强。Cd2+初始浓度150mg/L时固定化菌系的最大生物去除率为98.7%,高于生物炭和游离态菌系的87.5%和81.8%。生物炭或菌系细胞壁主要含氧官能团(-OH、C=O、C-O)、酰胺、O-P/C-PO3等通过静电引力和络合参与Cd2+的去除,另外,胞外聚合物中富里酸、芳香蛋白等物质也可能发挥作用,强化化学吸附。固定化使菌系在复合污染修复过程中群落结构朝更有利的方向演替,优势物种以Proteobacteria、Bacteroidota、Fusarium细菌-真菌为主;固定化菌系的代谢活动更活跃,与物质代谢(NADPH:醌还原酶)、能量合成(H(+)-传输两扇区ATP酶)、氧化应激(谷胱甘肽转移酶)等酶对应功能基因表达量提升。该论文有图38幅,表20个,参考文献148篇。
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