【摘要】：污水處理廠是抗生素抗性基因(ARG)和抗生素抗性細菌(ARB)傳播的重要源。如何提升抗生素脫毒/降解效率、有效阻斷ARG的傳播是環(huán)境領域的重大科學與技術問題�；谒w環(huán)境中頻繁檢出的磺胺類抗生素(Sulfonamides,SAs)去除的緊迫性以及控制抗生素抗性基因(ARGs)蔓延的必要性,本研究創(chuàng)新性地將磺胺類抗生素的生物降解過程與不同電子受體的厭氧呼吸過程耦合起來,研究不同分散式電子受體(硫酸鹽、硝酸鹽、三價鐵)和可持續(xù)的固定式電子受體(生物電化學系統(tǒng)的陽極)條件下磺胺類抗生素的厭氧生物降解特征與降解途徑和作用機制異同點。甲氧芐啶(trimethoprim,TMP)是一種在各種環(huán)境中頻繁被檢測到的磺胺類抗生素,對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)具有潛在危害。微生物是環(huán)境中抗生素類新興有機污染物降解與轉化的主要驅動因素。然而,甲氧芐啶與不同電子受體結合的厭氧生物降解的可行性和穩(wěn)定性仍然知之甚少,功能微生物群落結構與組成鮮有報道。本研究的主要內(nèi)容包括研究分散式電子受體(硫酸鹽,硝酸鹽和三價鐵)和固定式電子受體(生物電化學系統(tǒng)中的陽極)引入時甲氧芐啶的生物降解特性、轉化途徑和核心微生物組特征。以市政活性污泥/河流沉積物為初始接種物,成功富集了幾種TMP降解微生物菌群。馴化的菌群能夠通過去甲基化途徑轉化TMP,以硫酸鹽作為電子受體進一步降解羥基取代的去甲基化產(chǎn)物(4-去甲基-TMP)。TMP的生物降解遵循3參數(shù)S形動力學模型。潛在的降解菌(Acetobacterium,Desulfovibrio,Desulfobulbus和未鑒定的Peptococcaceae)和發(fā)酵罐(Lentimicrobium和Petrimonas)在馴化的菌群中顯著富集�；罨勰嗪秃恿鞒练e物馴化獲得TMP降解菌群共享相似的核心微生物組。在共基質乙酸鈉存在或不存在下,通過富集的生物陽極群落(以電極作為電子受體)同時去除TMP并產(chǎn)生電流。共基質乙酸鈉的存在與TMP的強化生物降解和提高的電流密切相關。當TMP用作唯一的電子供體時,與共代謝模式相比,TMP的降解速率和效率(192h,57%vs 24 h,99%)與產(chǎn)生電流(0.075mA vs 0.35 mA)均明顯降低。更重要的是,TMP的厭氧生物降解還可以與其他電子受體如硝酸鹽和三價鐵的還原過程耦合。電子受體的供應可以明顯提高不同初始接種物富集的功能微生物菌群的TMP降解效率。本研究結果為水體環(huán)境中抗生素如甲氧芐啶的強化降解去除和評估環(huán)境微生物介導的歸趨與轉化提供充分的理論基礎和技術支撐。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703

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本文編號：2634371