《多污染物多菌種生物降解複雜過程定量化研究》是依託天津大學，由賈曉強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多污染物多菌種生物降解複雜過程定量化研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：賈曉強
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對酚基多污染物多菌種生物降解複雜過程中的關鍵科學問題，開展以下三個方面的基礎研究：闡明多種典型污染物質多種優勢微生物菌種降解機理及互動作用機制，在代謝工程指導下，通過代謝網路分析與匹配進行定量化優勢微生物菌群構建；分析和建立多底物多菌種複雜降解過程本徵動力學模型方程，定量化描述多底物降解和多菌種生長的相互促進與限制規律；建立能夠定量化描述多相鼓泡塔及氣升式環流生物反應器中，多底物降解和多菌種生長特性的全流場三維瞬態時空多尺度計算流體力學理論模型，實現多相複雜生物反應過程的定量化模擬與直接放大。最終形成多污染物多菌種生物降解複雜過程定量化研究科學理論體系，促進環境生物技術研究領域乃至生物化工學科的深入發展。
結題摘要
含酚廢水成分複雜，往往含有多種酚類化合物，如苯酚、間甲酚和4-氯酚，在其降解過程中存在複雜的相互作用。微生物菌群的代謝功能有機結合有利於複雜酚類化合物的協同降解。針對以上問題，開展了以下研究： 首先，以活性污泥為起始材料，成功篩選出了6株酚類降解菌，並得到三株優勢菌株Pseudomonas sp. cbp1-3、Pseudomonas sp. df1和Ochrobactrum sp. cbp4。以優勢菌株cbp1-3、df1和cbp4組成的混合菌群完全降解由苯酚、間甲酚和4-氯酚組成的混合酚所需時間縮短到16小時，且菌體量增大了100%。選取高效菌Pseudomonas sp. cbp1-3，進一步研究了苯酚、間甲酚和4-氯酚降解過程中的相互作用機制，通過模擬酶反應，建立了基於三底物的純菌株生長本徵動力學模型。模型和和實驗數據點擬合程度較好。並且參數敏感性分析表明模型中底物相互作用參數fi 最具有敏感性，說明了底物之間的相互作用在菌體生長和酚類降解中起著很重要的作用。 其次，採用環境代謝組學手段，進一步研究了菌株cbp1-3降解苯酚和4-氯酚的底物相互作用機理。研究發現4-氯酚能夠廣譜性抑制細胞內含苯環的有機酸和醇的轉化。與苯酚降解時相比，在4-氯酚降解時兒茶酚的積累水平上升到2.5倍，混合酚降解時其積累水平又下降到1.5倍，說明4-氯酚通過抑制兒茶酚的轉化來抑制苯酚代謝，苯酚自身能夠緩解這種抑制作用。苯酚能夠促使4-氯酚經氫醌和苯三醇這一途徑降解。 最後，分別建立了模擬氣液固三相鼓泡塔及氣升式環流生物反應器固定化熱帶假絲酵母細胞降解苯酚間歇過程降酚性能動態行為特徵的三維瞬態CFD模型。通過實驗測量數據與模型模擬結果進行比較，驗證了模型的可靠性。同時套用該CFD模型分別合理預測了三相鼓泡塔及氣升式環流生物反應器固定化苯酚降解過程中局部瞬態降酚性能的動態行為特徵的時空分布。並對三相鼓泡塔和氣升式環流生物反應器固定化熱帶假絲酵母苯酚降解性能的CFD模型模擬結果進行了比較，證實氣升式環流生物反應器流型規整，苯酚降解性能優於鼓泡塔生物反應器。
