金属还原菌Shewanella oneidensis MR-1对金属复合染料萘酚绿B的脱色及其资源化利用研究

摘要

纺织印染废水是排放量最大的工业废水之一。金属复合染料由于其对基质出色的耐光性能而被广泛使用。未经处理的纺织印染废水直接排入水域,会在环境中滞留很长时间,并能引起生物的突变和癌变,严重危害人类健康。利用微生物脱色降解这些污染物被认为是最经济有效的方法。萘酚绿B是一种和三价铁络合的金属复合染料,广泛用于羊毛、丝和尼龙的染色。本研究探讨了金属还原菌ShewanellaoneidensisMR-1对金属复合染料萘酚绿B厌氧脱色的过程控制、降解机理及资源化利用等方面的研究。
　　 1.研究了不同染料浓度、温度、pH、电子受体、盐浓度和电子传递介质等因素对NGB脱色的影响。结果显示S.oneidensisMR-1对NGB具有较高的脱色能力,即使初始浓度为1000mg/L的NGB,经过S.oneidensisMR-1处理24h后,脱色率仍能达到95%。在pH为8.0、温度为40℃时,S.oneidensisMR-1的脱色速率最高。加入氧化铁不能抑制NGB的脱色,但是加入柠檬酸铁、硝酸盐、亚硝酸盐几乎完全抑制脱色,显示出它们和NGB之间存在着电子竞争。S.oneidensisMR-1对高盐度的耐受性极强,在氯化钠浓度为60g/L时,S.oneidensisMR-1对100mg/LNGB仍具有脱色能力。这些结果表明S.oneidensisMR-1能够在比较广泛的环境条件下,对NGB进行有效的脱色降解。
　　 2.闸明了S.oneidensisMR-1对NGB的厌氧脱色机理,并评估脱色降解前后染料毒性的变化。结果显示,在厌氧还原NGB时,S.oneidensisMR-1的Mtr呼吸途径发挥了重要作用,是主要的电子跨膜传递的通路。Mtr呼吸途径的突变体对NGB的脱色率显著低于野生型对NGB的脱色率。相比较于野生型95%的脱色率,缺失MtrA、MtrB、或MtrC/OmcA的突变体在处理18h后对NGB的脱色率分别为3.8%、13.3%和25.7%。另外,通过添加电子递质核黄素,能够显著增加NGB的脱色速率。结果显示,胞外电子传递介质对NGB脱色起促进作用。植物毒性和基因毒性实验表明,NGB还原降解产物的毒性并没有显著提高。
　　 3.在电子竞争实验中加入硫代硫酸盐会形成黑色沉淀物,经过分析发现此沉淀物质为FeS纳米颗粒。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、能谱仪(EDX)和切片透射电镜等技术对所合成的FeS纳米颗粒表征。结果显示FeS纳米颗粒的平均尺寸为30nm,其中Fe/S比率为0.98。从切片透射电镜图片中发现在胞内、胞外和周质中都存在FeS纳米颗粒。通过Mtr突变菌株的研究发现,FeS纳米颗粒的合成速率受限于NGB的脱色还原速率。生物合成的FeS纳米颗粒对罗丹明B和孔雀石绿具有良好的吸附性能。0.7mg/ml生物合成的FeS纳米颗粒对10mg/L孔雀石绿的去除率为98.3%,对10mg/L的罗丹明B去除率为95%。
　　 总之,目前为止,尚未有生物降解金属复合的非偶氮染料的报道。本论文研究中首次用金属还原菌研究对金属复合的非偶氮染料萘酚绿B进行了脱色研究;另外发现通过加入硫代硫酸盐,S.oneidensisMR-1能在降解NGB的过程中,合成FeS纳米材料;首次提出金属复合染料的脱色并资源化利用的新途径。