中國報告大廳網(wǎng)訊，精對苯二甲酸(PTA)作為石油化工領(lǐng)域的關(guān)鍵產(chǎn)品，在紡織、包裝等多個行業(yè)中應(yīng)用廣泛。但PTA行業(yè)生產(chǎn)過程會伴隨大量高難度降解的有機(jī)廢水產(chǎn)生，這類廢水中含有乙酸、苯甲酸、對苯二甲酸等多種生物降解性差的污染物，若處理不當(dāng)將嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境與人體健康。當(dāng)前，PTA 廢水處理多依賴物理法與化學(xué)法，物理法存在吸附材料易堵塞、膜分離能耗高且易污染等問題，化學(xué)法則面臨污泥處理難、化學(xué)品消耗大的困境。在此背景下，生物法因耗能低、成本少、綠色環(huán)保的優(yōu)勢，逐漸成為 PTA 廢水處理的重要方向，而篩選高效降解 PTA 廢水的特種微生物菌株，成為提升生物法處理效能的核心關(guān)鍵。以下是2025年P(guān)TA行業(yè)技術(shù)分析。
菌株來源：從污水處理廠的活性污泥中篩選得到一株目標(biāo)菌株，將其命名為菌株 H4，該菌株是后續(xù)研究 PTA 廢水降解性能的核心對象。
PTA 廢水來源：實(shí)驗(yàn)所用 PTA 廢水取自污水處理廠，經(jīng)檢測，原始 PTA 廢水中化學(xué)需氧量(COD)濃度高達(dá) 92267mg/L，屬于高濃度有機(jī)廢水，具備典型的 PTA 生產(chǎn)廢水污染特征。
培養(yǎng)基配置：實(shí)驗(yàn)采用 LB 培養(yǎng)基，其中胰蛋白胨濃度為 10g?L?1，NaCl 濃度為 10g?L?1，酵母浸出粉濃度為 5g?L?1;若需配置固體培養(yǎng)基，只需在上述液體培養(yǎng)基基礎(chǔ)上添加 20g 瓊脂粉即可。
微生物篩選、富集與分離
菌株篩選馴化：取密度為 0.027g?mL?1 的污泥 5mL 與 5mL PTA 生產(chǎn)廢水，共同放入 90mL LB 液體培養(yǎng)基中，在 30℃、150r/min 的搖床條件下震蕩培養(yǎng) 5 天。之后按照 10% 的體積接種量，將菌液接種至新鮮液體培養(yǎng)基中，反復(fù)傳代培養(yǎng) 4 次，最終獲得富集的 PTA 生產(chǎn)廢水降解菌菌液。
菌株分離：取經(jīng)過 4 次馴化培養(yǎng)的菌液，稀釋后涂布在 pH 為 9 的堿性 LB 固體培養(yǎng)基平板上，置于 30℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 48 小時。隨后挑取不同形態(tài)與顏色的單菌落，在新的堿性 LB 固體培養(yǎng)基平板上重復(fù)涂布培養(yǎng) 4 次。將分離得到的單菌落放入馴化培養(yǎng)基，在 30℃、100r/min 搖床中培養(yǎng) 7 天后，取 5mL 培養(yǎng)液轉(zhuǎn)入新鮮馴化培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)，此分離過程重復(fù) 6 次。
菌株純化：將上述培養(yǎng)液按 10?1~10??的梯度進(jìn)行稀釋，然后涂布在 pH 為 9 的堿性 LB 固體培養(yǎng)基上，倒置培養(yǎng) 1~7 天，每日觀察菌落生長狀況，最終獲得純單菌落。將純化后的菌種保存于 - 81℃冰箱中，以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。
菌落觀察：將 H4 菌株接種到培養(yǎng)基上，在 30℃恒溫環(huán)境下培養(yǎng) 24 小時，通過肉眼觀察與形態(tài)分析，記錄菌株菌落的具體特征，為后續(xù)菌株鑒定提供基礎(chǔ)依據(jù)。
微生物菌株鑒定：采用 16S rDNA PCR 擴(kuò)增與序列測定的方法對菌株進(jìn)行鑒定。PCR 反應(yīng)體系中，模板(基因組 DNA 20-50ng/μL)添加量為 0.5μL，10×Buffer(含 Mg2?)為 2.5μL，dNTP(各 2.5mM)為 1.0μL，酶為 0.2μL，F(xiàn)(10uM)與 R(10uM)各 0.5μL，加雙蒸 H?O 至總體積 25.0μL。PCR 循環(huán)條件設(shè)置為：94℃預(yù)變性 4 分鐘;之后進(jìn)行 30 個循環(huán)，每個循環(huán)包括 94℃變性 45 秒、55℃退火 45 秒、72℃延伸 1 分鐘;最后 72℃修復(fù)延伸 10 分鐘，4℃條件下終止反應(yīng)。通過 NCBI 數(shù)據(jù)庫的 BLAST 工具進(jìn)行 16S rRNA 序列比對，選取同源性較高的參考菌株，使用 MEGA 軟件基于鄰接法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)合生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成菌株鑒定。
培養(yǎng)條件優(yōu)化：通過單因素變量法，分別對 pH 值、溫度、轉(zhuǎn)速三個關(guān)鍵培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化。在 pH 值優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，將 H4 菌以 5% 的體積接種量接種到 100mL LB 液體培養(yǎng)基，初始 pH 分別設(shè)置為 7、9、11，在 30℃、100rmp 條件下震蕩培養(yǎng) 60 小時，測定不同 pH 下菌液的 OD???值;溫度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，初始溫度分別設(shè)置為 25℃、30℃、35℃、40℃，保持 pH 為 9、轉(zhuǎn)速為 100rpm，同樣培養(yǎng) 60 小時并測定 OD???值;轉(zhuǎn)速優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為 0rpm、100rpm、150rpm、180rpm，保持 pH 為 9、溫度為 35℃，培養(yǎng) 60 小時后測定 OD???值，以此確定菌株的最佳生長條件。
COD 降解率測定：將 H4 菌接種到堿性液體 LB 培養(yǎng)基中，培養(yǎng)至菌液 OD???值達(dá)到 1.8。將培養(yǎng)好的菌液高速離心后倒去 LB 培養(yǎng)液，用滅菌后的 0.9% 生理鹽水反復(fù)潤洗 2~3 次，倒去液體后，將下層菌體投加到裝有 100mL PTA 生產(chǎn)廢水(原 PTA 廢水稀釋 100 倍)的錐形瓶中，在 35℃、150r/min 的搖床中震蕩降解 72 小時。分別在 0 小時(初始樣品)、24 小時、48 小時、72 小時吸取樣品，將樣品離心后取上清液，用 0.45μm 濾膜過濾，采用快速消解分光光度法(HJ/T 399-2007)測定 COD 含量，并按照 “COD 降解率(%)=(初始 COD 濃度 - 處理后 COD 濃度)/ 初始 COD 濃度 ×100%” 的公式計算降解率。同時，設(shè)置不同菌液量(40mL、60mL、80mL、100mL)的實(shí)驗(yàn)組，探究菌液濃度對 PTA 廢水 COD 降解效率的影響。
《2025-2030年全球及中國PTA行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，經(jīng)過篩選、富集、分離與純化，從污泥中成功獲得一株可降解 PTA 廢水 COD 的菌株 H4。將該菌株接種到 LB 固體培養(yǎng)基上，在 30℃恒溫培養(yǎng) 2 天后觀察，發(fā)現(xiàn)其菌落呈圓形，顏色淺白，中部凸起，質(zhì)地柔軟且易于挑取，在 PTA 生產(chǎn)廢水環(huán)境中能夠正常存活，具備降解 PTA 廢水有機(jī)污染物的基礎(chǔ)條件。
通過 16S rDNA 序列比對與系統(tǒng)發(fā)育樹分析，H4 菌株與克羅諾桿菌(Cronobacter malonaticus)處于同一分支，兩者相似性較高，進(jìn)化關(guān)系可信度超過 90%。結(jié)合生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定 H4 菌株屬于克羅諾桿菌屬(Cronobacter malonaticus)，該菌株的明確鑒定為后續(xù) PTA 廢水降解研究提供了微生物學(xué)基礎(chǔ)。
pH 值優(yōu)化：在 pH 分別為 7、9、11 的條件下，H4 菌株的 OD???值均呈現(xiàn)先上升至峰值后趨于平穩(wěn)并下降的趨勢。其中，pH 為 9 時，菌株在 12 小時 OD???值即達(dá)到 0.8，且最大值達(dá)到 2.2，明顯高于 pH 為 7(18 小時達(dá)到 0.8，最大值不足 2.0)與 pH 為 11(24 小時達(dá)到 0.8，60 小時最大值為 1.6)的情況。由此可知，pH 為 9 是 H4 菌株生長的最佳 pH 條件，在此條件下菌株能更早進(jìn)入生長對數(shù)期，生長狀態(tài)更佳。
溫度優(yōu)化：H4 菌株在 25℃~40℃范圍內(nèi)均能存活，但生長狀況存在顯著差異。25℃時菌株生長緩慢，曲線呈平穩(wěn)上升趨勢;30℃時生長速度加快，曲線上升更陡峭;35℃時生長速度最快，曲線呈明顯加速增長，能較早進(jìn)入生長對數(shù)期，生長狀態(tài)最優(yōu);40℃時生長速度放緩，增長趨于平穩(wěn)，高溫對菌株生長產(chǎn)生一定抑制作用。因此，35℃是 H4 菌株的最適生長溫度。
轉(zhuǎn)速優(yōu)化：當(dāng)轉(zhuǎn)速為 150rpm 時，H4 菌株的 OD???值逐步升高并趨于穩(wěn)定，在 48 小時達(dá)到最大值 2.0 左右;而轉(zhuǎn)速為 100rpm 與 180rpm 時，OD???值的最大值與增長趨勢均低于 150rpm。這表明轉(zhuǎn)速過低或過高都會對菌株初始生長繁殖產(chǎn)生不利影響，150rpm 是 H4 菌株生長的最佳轉(zhuǎn)速。
在 pH 為 9、溫度為 35℃、轉(zhuǎn)速為 150rpm 的最佳生長條件下，探究不同濃度 H4 菌液對 PTA 廢水 COD 的降解效果。結(jié)果顯示，隨著培養(yǎng)時間的延長，40mL、60mL、80mL、100mL 四種濃度菌液離心得到的菌體，對 PTA 廢水均有不同程度的降解作用。其中，80mL 濃度菌液離心后的菌體降解效果最為顯著，培養(yǎng)至 72 小時時，處理后的 PTA 廢水 COD 濃度降至 219.33mg/L，COD 降解率達(dá)到 76.73%，明顯高于其他濃度菌液的降解效率。而 100mL 高濃度菌液處理 PTA 廢水的效能反而下降，推測原因是高濃度菌株會產(chǎn)生更多胞外聚合物，進(jìn)而影響其對 PTA 廢水中有機(jī)污染物的降解能力。
本研究圍繞PTA行業(yè)廢水的高效生物處理展開，從污水處理廠活性污泥中篩選、分離并純化得到一株可降解 PTA 廢水 COD 的 H4 菌株。通過 16S rDNA 鑒定與生理生化實(shí)驗(yàn)，確定該菌株為克羅諾桿菌(Cronobacter malonaticus)，其菌落呈圓形、淺白色、中部凸起且質(zhì)地柔軟，可在 PTA 廢水環(huán)境中存活。經(jīng)單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，明確 H4 菌株的最佳生長條件為 pH 9、溫度 35℃、轉(zhuǎn)速 150rpm，在此條件下，80mL 濃度菌液對 PTA 廢水的 COD 降解率最高可達(dá) 76.73%。該研究結(jié)果不僅豐富了 PTA 廢水生物處理的微生物資源，也為后續(xù) PTA 廢水的高效、綠色處理技術(shù)研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐與理論依據(jù)，對推動 PTA 行業(yè)的環(huán)保發(fā)展具有重要意義。
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