厭氧菌群在不同碳源條件下降解2，5-二氯硝基苯的特性

李玉明 張靜

摘?要：氯代硝基苯作為一種有毒難降解污染物受到研究人員的廣泛關注。本研究以廣泛用于染料合成的2，5-二氯硝基苯為模式化合物，探索了不同碳源條件下富集的混合菌群對其厭氧降解的能力，并采用發光細菌法測定了降解前后的生物毒性。結果表明，以丙酮酸為碳源富集的混合菌群對2，5-二氯硝基苯的厭氧硝基還原速率最快，4h內即發生完全轉化;以乙酸為碳源富集的混合菌群使2，5-二氯苯胺的脫氯及降解速率最快，比以丙酮酸為碳源富集的混合菌群體系降解速率高12%左右。降解產物分析表明，2，5-二氯硝基苯在厭氧條件下可轉化為2，5-二氯苯胺，并且依次還原脫氯到苯胺，最后開環裂解生成正己酸。生物毒性檢測結果表明，2，5-二氯硝基苯的生物降解朝著毒性更低的方向發展，這對于氯代硝基苯的生物修復具有重要意義。

關鍵詞：2，5-二氯硝基苯;碳源;硝基還原;脫氯

隨著我國工農業的持續高速發展，大量氯代芳烴類化合物進入到環境中。氯代硝基苯是此類化合物的典型代表，由于其毒性大、污染面廣，已被美國EPA、歐共體EEC以及中國列為優先控制污染物。氯代硝基苯的苯環上含有吸電子基團，即氯取代基和硝基基團，因此，厭氧-好氧聯合生物處理是這類污染物最有效的處理方法之一[1-3]。近年來，研究發現低氯苯或低氯酚在厭氧條件下能夠完全脫氯和礦化[4-5]。電子供體修復技術具有一定的應用前景。本研究選取廣泛應用于染料合成的2，5-二氯硝基苯作為模式化合物。分別以丙酮酸、甲酸、乙酸和乳酸作為碳源富集混合菌群，并研究這些混合菌群厭氧降解2，5-二氯硝基苯的能力。在此基礎上，對2，5-二氯硝基苯厭氧降解產物進行初步分析。

1 實驗部分

實驗材料：

（1）混合菌群。本實驗所用污泥取自大連市百傲化學股份有限公司。實驗所用菌群來源于不同碳源條件下對厭氧污泥的長期馴化，馴化過程中污泥濃度和2，5-二氯硝基苯（2，5-DCNB）濃度分別為5gVSS/L和20mg/L。

（2）培養基。實驗采用無機鹽培養基：1.0g/LNaCl;0.2g/L KH2PO4;027g/LNH4Cl;0.41g/L MgCl2·6H2O;0.52g/LKCl;0.113g/LCaCl2（pH=7）。無機鹽培養基中加入微生物生長所必需的01%（v/v）維生素和0.1%（v/v）微量元素。

（3）實驗主要試劑。實驗主要試劑：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）購買于梯希愛（TCI）上海化成工業有限公司，分析純;甲醇購買于美國Spectrum化學試劑公司，色譜純;二氯甲烷，購買于天津市科密歐化學工業有限公司，色譜純;BSTFA：TMCS（99∶1），購買于百靈威科技有限公司，色譜純;其它常規試劑，如氫氧化鈉、磷酸氫二鉀等購買于國內天津市科密歐化學工業有限公司，分析純。

2 結果與討論

厭氧條件下，2，5-DCNB首先發生硝基還原反應。從上圖（a）中可以看出，添加四種碳源的反應體系中2，5-DCNB的硝基還原速率均大于未添加碳源的反應體系。與甲酸和乙酸為碳源的反應體系相比，以丙酮酸和乳酸為碳源的反應體系中，2，5-DCNB的硝基還原速率更快。另外，從化學反應式來看，理論上相同摩爾量的硝基被還原時，甲酸的生物消耗量是乙酸的3倍，但實驗結果顯示甲酸的消耗量不足乙酸的2倍，這可能是導致甲酸為碳源富集的混合菌群還原2，5-DCNB的能力低于乙酸反應體系的原因。

從上圖（a）中還可以發現，在未添加碳源的反應體系中，5d內2，5-DCNB發生了完全轉化;同時在菌滅活的反應體系中，觀察到2，5-DCNB發生了非生物還原。有研究報道稱，培養基中的某些組分（如硫化物、Fe（II）、維生素B12等）可以還原五氯硝基苯為五氯苯胺。因此推測本實驗中的非生物還原可能是培養基中維生素或酵母提取物中的某些組分還原了2，5-DCNB。2，5-DCNB厭氧降解依次經過硝基還原、脫氯和脫氨，最終開環裂解生成正己酸。

2，5-DCNB厭氧還原為2，5-DCA過程中，產生了中間產物。從上圖（b）中可以看出，隨著2，5-DCNB濃度的降低，中間產物的峰面積逐漸增大。尤其以丙酮酸和乳酸為碳源的反應體系，當2，5-DCNB完全檢測不到時，中間產物的峰面積達到最大;同時，反應體系中也檢測到2，5-DCA。早在1998年，Peres等報道硝基還原成氨基的過程中會產生中間體亞硝基或羥胺。在本實驗中也觀察到類似的現象。

3 結論

（1）以丙酮酸為碳源富集的混合菌群還原硝基速率最快，乙酸為碳源富集的混合菌群脫氯最快。

（2）綜合考慮，適宜的碳源可能是丙酮酸和乙酸復合物。

（3）2，5-DCNB厭氧降解依次經過硝基還原、脫氯和脫氨，最終開環裂解生成正己酸。

參考文獻：

[1]鄧曄，馮凱，魏子艷，劉文宗，梁玉婷，金德才.宏基因組學在環境工程領域的應用及研究進展[J].環境工程學報，2016（07）.

[2]杜祥琬，楊波，劉曉龍，王振海，易建.中國經濟發展與能源消費及碳排放解耦分析[J].中國人口·資源與環境，2015（12）.

作者簡介：李玉明（1974-），男，本科，研究方向：水污染控制工程。