Hydrolytic denitrification and decynidation of acrylonitrile in wastewater with Arthrobacter nitroguajacolicus ZJUTB06-99

利用節(jié)桿菌ZJUTB06-99對廢水中丙烯腈的水解脫氮和脫氰研究

來源：AMB Express, Volume 8, Article number: 191, 2018

《AMB Express》，第8卷，文章編號191，2018年

 

摘要

摘要部分闡述了本研究通過丙烯腈培養(yǎng)基馴化節(jié)桿菌ZJUTB06-99，研究其在模擬丙烯腈廢水中的脫氰和脫氮性能。通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀鑒定降解中間產(chǎn)物，推導出丙烯腈的生物降解途徑。降解動力學方程為lnC=-0.1784t+5.3349，半衰期為3.885小時。實驗結果表明，最佳降解條件為溫度30℃、pH 6、菌濃度100 g/L。同時討論了該菌株降解丙烯腈的不足及可能的強化方法。

 

研究目的

研究目的是評估節(jié)桿菌ZJUTB06-99對丙烯腈廢水的脫氰和脫氮能力，明確其降解途徑和動力學特性，優(yōu)化降解條件，為丙烯腈廢水的生物處理提供理論依據(jù)和技術支持。

 

研究思路

研究思路基于實驗室前期分離的節(jié)桿菌ZJUTB06-99，通過丙烯腈培養(yǎng)基馴化后，應用于模擬廢水降解實驗。采用GC-MS分析中間產(chǎn)物，推導降解途徑；通過單因素實驗優(yōu)化溫度、pH和菌濃度等條件；利用動力學模型分析降解效率；最后討論菌株應用的局限性及改進方向。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 數(shù)據(jù)：丙烯腈降解中間產(chǎn)物鑒定（丙烯酸），來自Fig.3和Fig.4。研究意義：GC-MS分析確認丙烯酸為主要中間產(chǎn)物，表明降解途徑為水解反應，驗證菌株通過斷裂-CN鍵實現(xiàn)脫氰解毒。

 

 

2 數(shù)據(jù)：丙烯腈降解動力學曲線和方程，來自Fig.5。研究意義：動力學方程lnC=-0.1784t+5.3349符合一級反應模型，半衰期3.885小時定量評估降解效率，為實際應用提供參數(shù)依據(jù)。

 

3 數(shù)據(jù)：pH對降解率的影響，來自Fig.7。研究意義：pH 6-8時降解率最高，揭示菌株和關鍵酶在弱酸性條件下的適應性，指導廢水pH調(diào)控。

 

4 數(shù)據(jù)：溫度對降解率的影響。研究意義：30℃時降解率最優(yōu)，表明中溫條件利于酶活性，避免高溫失活或低溫效率低下。

5 數(shù)據(jù)：菌濃度對降解率的影響，來自Fig.9。研究意義：菌濃度100 g/L時降解率達85.3%，證明高菌量可提供更多有效酶，強化降解能力。

 

6 數(shù)據(jù)：反應時間對降解率的影響，來自Fig.8。研究意義：8小時后降解趨于穩(wěn)定，確定最佳反應時長，避免資源浪費。

 

結論

1 節(jié)桿菌ZJUTB06-99可通過水解途徑有效降解丙烯腈，生成丙烯酸和氨，實現(xiàn)脫氰解毒。

2 降解過程符合一級反應動力學，最佳條件為溫度30℃、pH 6、菌濃度100 g/L、反應時間8小時。

3 菌株對總氮去除有限，需結合其他技術（如電催化酶）進一步強化脫氮效果。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義在于，其微呼吸電極用于實時監(jiān)測降解過程中的溶解氧濃度，直接反映微生物的代謝活性和需氧量。在本研究中，溶解氧數(shù)據(jù)（雖未直接展示圖表）關聯(lián)菌株的呼吸作用，若降解過程為好氧反應，充足的溶解氧可保障酶促反應效率，避免因缺氧限制降解速率。Unisense電極的高精度測量能動態(tài)優(yōu)化曝氣條件，確保菌株處于最佳生理狀態(tài)，從而提升降解穩(wěn)定性。這一參數(shù)對規(guī)模化生物反應器設計具有指導價值，通過調(diào)控溶氧水平平衡脫氰與脫氮過程。