磺胺甲恶唑厌氧降解菌群的富集及降解特性研究

论文摘要

磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole,SMX）是一种常见的抗生素,在实际环境中频繁被检出,造成环境中持续存在的持久性的毒理学效应。为探究厌氧降解磺胺甲恶唑降解规律,选取了温度及电子受体等对厌氧转化较为重要的环境因子,考察在其作用条件下厌氧活性污泥对SMX的转化效能及机制,因此,本研究富集厌氧降解的菌群,考察了温度、不同种类电子受体及电子受体浓度对SMX降解效能的影响,解析了不同氧化还原条件下SMX厌氧降解机制与微生物群落结构之间的关系,从而为SMX厌氧生物转化提供理论依据。厌氧条件下以SMX为电子供体,以污水处理厂二沉池回流的活性污泥作为SMX降解系统的接种源经过240天的富集驯化,达到稳定时期,SMX的降解速率基本稳定在40%左右。检测厌氧降解进入稳定期的终端电子受体接受（The terminal electron acceptor,TEA）利用情况,SMX处于不同浓度条件下,硝酸盐与SMX均呈现协同下降的趋势,SO42-浓度呈现先下降后增加的趋势。从不同电子受体浓度分析来看,电子受体浓度影响SMX厌氧降解效能,以NO3-为TEA时,最佳的TEA浓度为1 mM。以SO42-为TEA时,最佳TEA浓度范围为:0.2 mM至5 mM。以Fe（III）为TEA时,最佳TEA浓度范围为:1 mM至7 mM。温度影响SMX厌氧生物降解效能,低温抑制SMX的厌氧转化。以SO42-和Fe（III）为TEA时,对SMX的厌氧降解具有较好的去除效果,最适温度在40oC至50oC,以NO3-和MIX为TEA时,SMX的厌氧降解相对较差,最适温度在30oC至40oC。由生物降解组A、吸附组B、对照组C三组实验对比可以得到,以SO42-、NO3-为TEA,SMX在水相中去除主要依赖于微生物氧化还原作用。不同温度条件下,对降解系统中的离子进行分析,单一TEA条件下降解过程中的终端电子受体离子浓度减少,亚硝酸盐积累,混合TEA条件下抑制SMX的降解。TEA对SMX降解效果:三价铁>硫酸盐>混合电子受体>硝酸盐。在不同终端电子受体条件下,降解液中检测到如下的中间产物:4-氨基-N-（5-羟甲基-3-氨基）苯磺酰胺、4-氨基-N-（3-异恶唑基-5-甲基）苯磺酰胺)、4-氨基-N-（3-恶唑基-5-甲基）苯磺酰胺)、4-氨基-N-（3-氨基-5-羧酸甲基）苯磺酰胺、脱羟基-磺胺甲基异恶唑和4-氨基-N-（1-氨基-3-甲基丙基）苯磺酰胺,并推测了SMX厌氧的降解途径。不同TEA富集菌群的优势菌门相似,主要为Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Actinobacteria,随着驯化时间的延长,Actinobacteria和Bacteroidetes的丰度下降,Proteobacteria的丰度上升。属（Genus）水平上驯化前期混合TAE的优势菌群为Sulfurospirillum、Diaphorobacte、Geothrix和Geobacter,MI和MII微生物群落随着富集时间的增加,以Fe（III）和SO42-为电子受体的种属如Geobacter、Geothrix和Desulfovibrio在驯化后期占优势;三种单一TEA的优势菌群为Desulfomicrobium、Norank c bacteroidetes vadin HA17和Caldisericum,即以SO42-为电子受体的种属占优势。随着驯化周期的延长,菌群的丰富度和多样性降低,污水处理厂去除的污泥微生物群落的物种组成相似,磺胺甲恶唑的胁迫压力下,微生物群落的物种差异产生。对MI和MII中的OUT进行COG功能分类,长期的高浓度磺胺甲恶唑胁迫情况下,微生物群落演替表现为系统发育和代谢功能的转移。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究的背景和意义
•     1.1.1 磺胺甲恶唑的来源及危害
•     1.1.2 磺胺甲恶唑的性质和污染现状
•   1.2 生物降解法去除水中磺胺类抗生素
•   1.3 磺胺甲恶唑生物降解的国内外研究现状
•     1.3.1 磺胺甲恶唑的好氧生物降解
•     1.3.2 磺胺甲恶唑的厌氧生物降解
•     1.3.3 磺胺甲恶唑降解途径解析的研究现状
•     1.3.4 温度对磺胺类抗生素的降解影响的研究现状
•   1.4 课题来源及本文的主要研究内容
•     1.4.1 课题来源
•     1.4.2 课题研究目的与意义
•     1.4.3 主要研究内容和技术路线图
• 第2章 材料与方法
•   2.1 实验材料
•     2.1.1 培养基
•     2.1.2 活性污泥来源
•     2.1.3 实验仪器设备
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 磺胺甲恶唑降解菌群的富集
•     2.2.2 不同电子受体浓度对磺胺甲恶唑厌氧降解特性研究
•     2.2.3 温度对厌氧活性污泥的磺胺甲恶唑的厌氧降解影响研究
•     2.2.4 厌氧活性污泥对磺胺甲恶唑的吸附-降解效能研究
•     2.2.5 不同TEA条件下磺胺甲恶唑厌氧生物降解机理解析
•     2.2.6 磺胺甲恶唑厌氧降解系统的微生物菌群的演替规律解析
•   2.3 测定项目及方法
• 4^2-、NO₃^-和 NO₂^-离子的测定'>    2.3.1 SO₄^2-、NO₃^-和 NO₂^-离子的测定
•     2.3.2 污泥浓度的测定
•     2.3.3 超高效液相色谱测定方法（UPLC）
•     2.3.4 液相色谱—液质联用仪（LC-MS/MS/MS）测定方法
• 第3章 厌氧磺胺甲恶唑胁迫下菌群降解特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 磺胺甲恶唑厌氧降解菌群的富集
•     3.2.1 磺胺甲恶唑厌氧降解菌群适宜底物的确定
•     3.2.2 磺胺甲恶唑厌氧生物降解菌群的富集
•     3.2.3 富集稳定期厌氧生物降解菌群的磺胺甲恶唑降解效能
•   3.3 不同TEA浓度对磺胺甲恶唑降解的影响
• 3^-受体浓度对SMX降解速率与及中间产物形成的影响'>    3.3.1 NO₃^-受体浓度对SMX降解速率与及中间产物形成的影响
• 4^2-受体浓度对SMX降解速率及中间产物形成的影响'>    3.3.2 SO₄^2-受体浓度对SMX降解速率及中间产物形成的影响
•     3.3.3 Fe（Ⅲ）受体浓度对SMX降解速率及中间产物形成的影响
•   3.4 温度对厌氧活性污泥对磺胺甲恶唑的降解情况研究
• 3^-为TEA时温度对磺胺甲恶唑降解的影响'>    3.4.1 以NO₃^-为TEA时温度对磺胺甲恶唑降解的影响
• 4^2-为TEA时温度对磺胺甲恶唑降解的影响'>    3.4.2 以SO₄^2-为TEA时温度对磺胺甲恶唑降解的影响
•     3.4.3 以Fe（Ⅲ）为TEA时温度对磺胺甲恶唑降解的影响
•     3.4.4 混合TEA下温度对磺胺甲恶唑降解的影响
•   3.5 本章小结
• 第4章 厌氧降解菌群降解磺胺甲恶唑的机制
•   4.1 引言
•   4.2 厌氧活性污泥对磺胺甲恶唑的吸附-降解效能
• 3^-为TEA的厌氧降菌群对磺胺甲恶唑的生物降解效能'>    4.2.1 NO₃^-为TEA的厌氧降菌群对磺胺甲恶唑的生物降解效能
• 4^2-为TEA的厌氧降解菌群对磺胺甲恶唑的生物降解效能'>    4.2.2 SO₄^2-为TEA的厌氧降解菌群对磺胺甲恶唑的生物降解效能
•     4.2.3 Fe（Ⅲ）为TEA的厌氧降解菌群对磺胺甲恶唑的生物降解效能
•     4.2.4 混合TEA的厌氧降解菌群的磺胺甲恶唑的生物降解效能
•   4.3 SMX生物降解液的离子分析
• 3^-为TEA时磺胺甲恶唑的厌氧降解的离子分析'>    4.3.1 以NO₃^-为TEA时磺胺甲恶唑的厌氧降解的离子分析
• 4^2-为TEA时磺胺甲恶唑的厌氧降解的离子分析'>    4.3.2 以SO₄^2-为TEA时磺胺甲恶唑的厌氧降解的离子分析
•     4.3.3 以Fe（Ⅲ）为TEA时磺胺甲恶唑的厌氧降解的离子分析
•     4.3.4 混合TEA条件下磺胺甲恶唑的离子分析
•   4.4 磺胺甲恶唑厌氧生物降解机制解析
•     4.4.1 磺胺甲恶唑生物降解中间产物的解析
•     4.4.2 厌氧降解菌群对磺胺甲恶唑的生物降解途径解析
•   4.5 本章总结
• 第5章 厌氧磺胺甲恶唑胁迫下微生物群落结构演替
•   5.1 引言
•   5.2 混合TEA条件下驯化菌群的微生物群落结构分析
•     5.2.1 富集驯化菌群的Alpha多样性分析
•     5.2.2 群落结构动态特征
•     5.2.3 驯化前后组间差异比较
•     5.2.4 驯化期间COG功能分类
•     5.2.5 单一TEA驯化菌群的微生物群落结构分析
•   5.3 磺胺甲恶唑的厌氧生物降解机制与微生物演替规律的关系
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苏小莉

导师: 李昂

关键词: 磺胺甲恶唑,厌氧降解,电子受体,降解途径,温度,微生物群落

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,农业基础科学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家科技重大专项(2014ZX07201-012-03):松花江流域污水处理智能化集群调控技术研究与示范-流域污水处理水质水量弹性调控技术体系研究

分类号: X592;X172

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004093

总页数: 88

文件大小: 2776K

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