喹啉的生物降解动力学

6631999210207收到初稿,2000202208收到修改稿.联系人:刘佐才.喹啉的生物降解动力学刘佐才全向春(北京理工大学化工与材料学院,北京100081)韩利平王建龙(清华大学环境工程系,北京100084)第16卷第7期物理化学学报Vol.16,No.72000年7月ACTAPHYSICO2CHIMICASINICAJuly,2000关键词:喹啉,生物降解,动力学,共基质,抑制,激活学科代码:B030401喹啉是一种典型的氮杂环化合物,在化工、医药及农药生产中经常用作溶剂和原材料.喹啉又是一种毒性大、致变性和致癌性强的物质,对人类、水生生物及植物有着很大的危害.因此随着工业废水特别是焦化废水的排放,使喹啉成为水中常见的污染物.喹啉的结构为许多人工合成化合物的基本结构,而人工合成化合物一般不易被自然界中固有的微生物识别,所以多数为难以生物降解的化合物,研究喹啉的生物降解能为研究其他人工合成化合物的生物降解提供有益的启示.人们对喹啉的降解途径进行了有益的探索[1-3],对喹啉降解的动力学也进行了研究[3-6],已初步确定了喹啉生物降解的途径,并已筛选出一些能降解喹啉的优势菌种.本文是在培养出一株新的降解喹啉的优势菌种的基础上,对其降解喹啉的动力学行为进行研究.以前的研究一般停留在用单一菌种降解单一基质的阶段,实际废水一般成分复杂,我们对共基质的生物降解也进行了研究.1实验(1)喹啉的降解用无机盐培养液和一定量的纯菌悬乳液(菌种为BurkholderiaPickttiisp.即皮氏伯克霍尔德氏菌)[7]配成溶液,再加入喹啉,菌污泥浓度为0.9858g·L-1,喹啉浓度分别为50、100、200、500和800mg·L-1,取100mL上述溶液放入具塞锥形瓶中,置于恒温摇床中进行培养,温度为28±1℃,振荡频率为175r·min-1,不同时间取样,在高速离心机12000r·min-1下离心10min,分析测量上层清液中喹啉的含量,结果见图1.ActaPhys.2Chim.Sin.(WuliHuaxueXuebao)2000664(2)喹啉与其他基质的降解.分别配制不同浓度的喹啉与苯酚,喹啉与吡啶,喹啉与亚硝酸盐,喹啉与硝酸盐,喹啉与氨离子共基质的溶液,再加入上述纯菌悬浮液.菌污泥浓度同上.分别取了3mL上述溶液放入瓦氏呼吸仪中,温度为25±1℃,震荡频率85r·min-1,温度稳定后,调节测压管液面初始高度,不同时间记录测压管液面数值,得到喹啉与其他物质的代谢图2-5(Oc为比累积耗氧量).ActaPhys.2Chim.Sin.(WuliHuaxueXuebao)2000665(3)配制不同浓度的喹啉、葡萄糖、纯菌混合液,菌污泥浓度同前.分别取100mL溶液于具塞锥形瓶中,置于恒温摇床中培养,温度28±1℃,震荡频率175r·min-1.不同时间取样,离心分离后取上部清液进行测试,结果如图6.(4)喹啉的浓度测量采用HP1050高效液相色谱仪.葡萄糖浓度的测定采用荷兰BERK公司的全自动化生化测试仪.2结果与讨论根据图1,假设在实验开始后的半小时内,菌量变化不大,近为常数,喹啉的降解符合线性关系则喹啉的初始降解速率可由下式求出:r为比基质去除速率,c为底物即喹啉浓度,x为微生物浓度.由此得到的不同浓度下喹啉降解的比基质去除速率如图7所示.浓度很低时,比基质去除速率随喹啉浓度的升高,达到某一极大值后,开始下降,这就表明喹啉的降解符合抑制动力学Hakdane方程采用直线化方法,以1/r对1/c作图,得到一直线,从直线的斜率和截距求得动力学参数,rmax=0.4395h-1,饱和常数Ks=166.7mg·L-1,通过方差分析得到抑制常数Ki=650mg·L-1,因而得出皮氏伯克霍尔德氏菌降解喹啉的动力学方程为该菌降解喹啉的拟合曲线与实际降解曲线如图7所示.可见二者符合得很好.从图2可知,喹啉单基质、喹啉苯酚共基质时,累积耗氧量曲线明显高于内源呼吸线,说明基质已被微生物氧化利用,而100mg·L-1苯酚单基质的耗氧量曲线高于共基质的曲线,说明苯酚的存在使微生物代谢喹啉的活性受到抑制,而且苯酚浓度越大,抑制作用越大.苯酚浓度为20mg·L-1,最大抑制率为69%,浓度为50mg·L-1,最大抑制率达87%.图3表明吡啶对B.P.sp.菌生物降解喹啉也起抑制作用,而且也是浓度越大,抑制作用越强,浓度为30、50、100mg·L-1,最大抑制率分别为43%、68%、83%,说明抑制作用稍逊于苯酚.吡啶单基质的耗氧量趋于零,说明吡啶与喹啉虽有相似的氮杂环结构,但在实验的8.5h内,这株菌仍不能将吡啶氧化分解.666Received1999210227,revised2000202208.Correspondent:LiuZuocai.图4说