【摘要】：污水處理廠是抗生素抗性基因(ARG)和抗生素抗性細(xì)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(lǐng)域的重大科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題。基于水體環(huán)境中頻繁檢出的磺胺類(lèi)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(lèi)抗生素的生物降解過(guò)程與不同電子受體的厭氧呼吸過(guò)程耦合起來(lái),研究不同分散式電子受體(硫酸鹽、硝酸鹽、三價(jià)鐵)和可持續(xù)的固定式電子受體(生物電化學(xué)系統(tǒng)的陽(yáng)極)條件下磺胺類(lèi)抗生素的厭氧生物降解特征與降解途徑和作用機(jī)制異同點(diǎn)。甲氧芐啶(trimethoprim,TMP)是一種在各種環(huán)境中頻繁被檢測(cè)到的磺胺類(lèi)抗生素,對(duì)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(lèi)新興有機(jī)污染物降解與轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動(dòng)因素。然而,甲氧芐啶與不同電子受體結(jié)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(jié)構(gòu)與組成鮮有報(bào)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(jià)鐵)和固定式電子受體(生物電化學(xué)系統(tǒng)中的陽(yáng)極)引入時(shí)甲氧芐啶的生物降解特性、轉(zhuǎn)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(guò)去甲基化途徑轉(zhuǎn)化TMP,以硫酸鹽作為電子受體進(jìn)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(dòng)力學(xué)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(zhì)乙酸鈉存在或不存在下,通過(guò)富集的生物陽(yáng)極群落(以電極作為電子受體)同時(shí)去除TMP并產(chǎn)生電流。共基質(zhì)乙酸鈉的存在與TMP的強(qiáng)化生物降解和提高的電流密切相關(guān)。當(dāng)TMP用作唯一的電子供體時(shí),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(jià)鐵的還原過(guò)程耦合。電子受體的供應(yīng)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(jié)果為水體環(huán)境中抗生素如甲氧芐啶的強(qiáng)化降解去除和評(píng)估環(huán)境微生物介導(dǎo)的歸趨與轉(zhuǎn)化提供充分的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2634371