甾體雌激素的檢測及降解菌的選育和生物強化應(yīng)用.pdf

1、近年來甾體雌激素污染逐漸引起國內(nèi)外學(xué)者的注意，并開始對其在環(huán)境中的污染水平及其生物降解性進行探討。本文在建立甾體雌激素分析方法的基礎(chǔ)上對避孕藥廠廢水中的甾體雌激素進行了檢測，并以甾體雌激素17α-乙炔雌二醇(EE2)為模型污染物，篩選出一株高效降解菌研究了高效菌的降解特性、代謝機理以及降解動力學(xué)特性，探討了生物強化技術(shù)在高效反應(yīng)器——氣提式三重循環(huán)生物膜反應(yīng)器中的應(yīng)用。 本文在研究考察各種甾體雌激素檢測方法的基礎(chǔ)上，提出并確立

2、了檢測避孕藥廠廢水中甾體雌激素的一種新方法——SPE-HPLC/MS/MS。通過摸索與優(yōu)化，確定了分析避孕藥廠廢水中甾體雌激素的色譜及質(zhì)譜的最佳分析條件。對幾種常見的檢測雌激素的分析方法進行了比較，發(fā)現(xiàn)與其他方法相比具有快速、選擇性好、靈敏度高等優(yōu)點。 應(yīng)用建立的分析方法，成功地對北京某避孕藥廠污水處理系統(tǒng)進出水中的甾體雌激素——甾酮(E1)、17β-雌二醇(E2)、雌三醇(E3)以及EE2進行了檢測。進水中E1、E2、E3和

3、EE2的平均濃度分別為180±13、85±7.2、73±6.4和155±6.3 ng/L，經(jīng)過生物處理后，出水中仍能檢測到E1，E2，E3和EE2的濃度分別為：106±5.3，23±4.8，11±3.0和51±4.0 ng/L。 從該避孕藥生產(chǎn)廠曝氣池的活性污泥中，應(yīng)用微生物技術(shù)，通過富集培養(yǎng)、馴化和篩選，獲得一株能夠以EE<,2>為唯一碳源和能源生長的高效菌，經(jīng)形態(tài)學(xué)、生理生化特性、G+Cmol％和16S rDNA分析與測定

4、，鑒定該菌株為鞘氨醇桿菌(Sphingobacterium sp.)，命名為JCR5。通過對該菌株的降解特性的研究，發(fā)現(xiàn)菌株JCR5可在培養(yǎng)溫度為25～40℃以及培養(yǎng)基初始pH為7.0～9.0的條件下降解EE2；菌株JCR5具有廣泛的底物利用譜；初始EE2濃度低于30mg/L時，EE2濃度的增加促進菌株JCR5的生長和底物的降解，而高于該濃度時，則起抑制作用。 通過對菌株降解機理的深入研究，發(fā)現(xiàn)研究代謝途徑的過程中，首次研究確

5、定了菌株JCR5降解EE2的代謝途徑。利用MS/MS技術(shù)對EE2降解中間產(chǎn)物進行分析，根據(jù)分析所的信息推測：EE2經(jīng)過一系列生物催化作用首先被氧化為雌酮(estrone，E1)，最后生成2-羥基-2，4-二烯-戊酸和2-羥基-2，4-二烯-1，6-己二酸2種中間代謝產(chǎn)物。 深入探討了高效菌JCR5和ZY3(從避孕藥廠活性污泥中以甾體雌激素為唯一碳源篩選出來的純菌株，能夠以EE2等多種甾體雌激素為唯一碳源和能源生長)以及復(fù)合高效

6、菌(以EE2長期馴化的土著菌)降解EE2的動力學(xué)及共基質(zhì)代謝特性。兩株純菌及復(fù)合高效菌對EE2的降解都遵循Haldane抑制動力學(xué)模型，幾種高效菌降解EE2的比基質(zhì)去除速率大小為：JCR5>復(fù)合菌>ZY3。探討了葡萄糖以及E2與EE2共基質(zhì)時菌株JCR5及高效復(fù)合菌對EE2的降解特性。葡萄糖的存在對菌株JCR5降解EE2具有促進作用，E2的存在對菌株JCR5降解EE2產(chǎn)生一定的抑制作用。對于復(fù)合菌，E2濃度達到3 0mg/L時，EE2的

7、降解受到一定的抑制作用，在一定葡萄糖濃度下，葡萄糖濃度的增加能夠促進EE2的降解。 將菌株JCR5應(yīng)用在高效氣提式三重循環(huán)生物膜反應(yīng)器(TLABR)中，通過對其生物強化效果的考察，發(fā)現(xiàn)菌株JCR5表現(xiàn)出對甾體雌激素具有一定的去除效果。 將生物強化技術(shù)應(yīng)用于TLABR的過程中，要達到對目標底物的快速有效去除，就要綜合考慮HRT、初始投菌量和污染物的進水濃度。從綜合參數(shù)F/M來看，EE2的去除效果與初始微生物有機負荷密切

8、相關(guān)。初始微生物有機負荷低，有利于系統(tǒng)對EE2的降解?？刂戚^小的微生物有機負荷F/M，有利于強化系統(tǒng)的快速啟動，以及利于投加的高效菌在系統(tǒng)中的保持和生物膜的形成。 未投加菌株JCR5時，應(yīng)用TLABR處理避孕藥廢水，除E3外，E1、E2和EE2的去除效果均稍好于廢水處理站的去除效果，表明通過改進處理工藝，也能使甾體雌激素的去除效果得到一定程度的提高。而投菌后，E1、E2、E3和EE2的去除效果除優(yōu)于未投菌時TLABR的處理效果