固定化Pseudomonas sp. BJ-1在序批式反应器中对苯甲酸的高效生物修复机制及应用研究

本研究针对工业废水中苯甲酸(BA)污染治理难题，通过分离高效降解菌株Pseudomonas sp. BJ-1，结合固定化技术与序批式反应器(SBR)系统，利用CCD-RSM优化获得最佳降解条件(BA初始浓度1037.86 mg·L?1，固定化菌剂213.87 g·L?1，pH 7.02)，24小时降解率达99.10%，并通过LC-HRMS解析邻位裂解途径，为实际废水处理提供创新解决方案。

　　

苯甲酸（BA）作为食品、化妆品和工业制品中的常见添加剂，其环境残留已对生态系统和人类健康构成多重威胁。研究表明，BA不仅会抑制农作物生长，还会通过水体富集和空气传播引发腹泻、荨麻疹等健康问题。尽管热活化过硫酸盐等物理化学处理方法存在，但其高能耗特性促使科学家将目光转向生物修复技术。然而，现有游离菌株在实际应用中易失活且难以规模化，这一瓶颈亟待突破。

合肥大学的研究团队从造纸厂活性污泥中分离出新型BA降解菌Pseudomonas sp. BJ-1，创新性地将其与海藻酸钙固定化技术结合，在序批式反应器（SBR）中实现了突破性进展。通过中心复合设计-响应面法（CCD-RSM）优化，发现当BA初始浓度1037.86 mg·L^?1、固定化菌剂投加量213.87 g·L^?1、pH 7.02时，24小时降解效率高达99.10%±0.85%。全基因组测序和液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）分析揭示，该菌通过儿茶酚的邻位裂解途径（ortho-cleavage pathway）将BA最终转化为TCA循环中间体。更令人振奋的是，固定化菌剂在实际废水处理中将BA去除率从游离菌的77.90%显著提升至98.59%，且保持5天持续活性，展现出极强的工程应用价值。

关键技术包括：1) 从造纸厂活性污泥(31°74′77′′N, 117°14′80′′E)富集筛选高效BA降解菌；2) 采用海藻酸钙固定化技术制备菌剂；3) 运用CCD-RSM设计三因素五水平实验；4) 通过LC-HRMS追踪代谢产物；5) 在SBR系统中进行实际废水验证。

【Isolation and identification of BA-degrading bacteria】
通过三轮500 mg·L^?1 BA的富集培养，从六株革兰阴性菌中筛选出降解效能最高的BJ-1菌株，经16S rRNA鉴定为Pseudomonas sp.，在800 mg·L^?1 BA条件下24小时降解率达97.96%±1.94%。

【Conclusion】
研究证实固定化BJ-1菌剂在SBR系统中具有超强稳定性与降解效能，其通过儿茶酚-1,2-双加氧酶（C12O）启动的邻位裂解途径，为工业废水处理提供了"菌剂-工艺-机理"三位一体的解决方案。该成果不仅拓展了Pseudomonas菌的资源库，更开创了固定化微生物技术与SBR耦合处理难降解有机废水的新范式。

值得注意的是，作者团队在CRediT贡献声明中明确标注：Xiang Xiao负责研究构思与论文审阅，Zhihua Li完成主要实验与初稿撰写，Xiaofei Wang参与基金申请与数据分析，体现了严谨的学术规范。这项由安徽省高校协同创新计划（GXXT-2022-001）等资助的研究，为《Process Safety and Environmental Protection》提供了环境生物技术领域的创新案例。