论文部分内容阅读
亚硝胺(Nitrosamines)是一类致癌、致畸、致突变的“三致”物质，普遍存在于水体、工业制品、污染大气甚至食品之中，近年来作为饮用水消毒副产物而被广泛关注。目前，国内外研究报道了9种亚硝胺类物质，并对其浓度水平、形成机制和控制技术进行了广泛研究，然而实际水处理对消毒单元产生的亚硝胺类消毒副产物难以控制，目前普遍采用的预氧化技术能使亚硝胺提前生成，但后续处理单元对其消减控制技术并不成熟。本研究从生物处理角度，选取9种亚硝胺类物质为研究对象，以两种生物活性炭(biologicalactivated carbon, BAC)为载体，通过亚硝胺溶液驯化培养，对生物活性炭上微生物群落结构进行解析，分离纯化优势降解菌，并进行降解效果评价。主要内容如下：1．生物活性炭中的微生物群落结构解析：利用高通量测序技术，对经亚硝胺溶液驯化前后的微生物群落结构进行分析。结果显示亚硝胺一定程度上影响了微生物群落组成的多样性。从微生物门(phylum)的水平来看，经亚硝胺驯化前后，两种不同生物活性炭中微生物的组成具有高度的相似性，主要为Proteobacteria，Acidobacteria，Bacteroidetes，No Rank和Planctomycetes，约占所有样品中检测到微生物总量的85%。将两种不同的生物活性炭进行比较可以发现，Proteobacteria和Planctomycetes微生物的相对丰度明显增加，而Acidobacteria和No Rank相对减少。其中，Proteobacteria经亚硝胺驯化后，在两种生物活性炭中所占的比例分别由44.8%和55%增加到49.2%和63.4%，Planctomycetes分别增加49.4%和4.5%，而Choroflexi仅在样品C和D中增加15.7%，这些增加的微生物可能将亚硝胺作为生存的氮源或者碳源；Acidobacteria分别减少58.7%和60.6%，No Rank分别减少6.2%和40.6%，而Bacteroidetes仅在样品A和B中减少45.4%。两种生物活性炭中的微生物群落结构表明，暴露于亚硝胺环境的微生物群落是相对稳定的，但所占比例明显变化。经亚硝胺驯化前后，微生物群落结构在纲(class)水平上也未发生显著变化，主要包括α-proteobacteria，-proteobacteria，No Rank和Planctomycetacia。其中-proteobacteria和Planctomycetacia分别由5.0%和16.2%增加到28.7%和18.3%；α-proteobacteria在样品A和B中的相对丰度从24.1%下降到13.2%，却在样品C和D中由34.8%增加到42%；在样品A和B中， Acidobacteria， No Rank， δ-proteobacteria和γ-proteobacteria相对丰度减少，但在样品C和D中，只有No Rank显著减少，其相对丰度由15.6%(样品C)减少到10.3%(样品D)。2．菌株的筛选及生物降解效果评价：(1)菌株的筛选：提取生物膜浓缩液，接种于事先灭菌的矿物盐培养基并加入亚硝胺培养，测定亚硝胺剩余浓度。将有降解效果的微生物混合液接种于TSB(Tryptonye SoyaBroth)固体培养基，挑取形态不一的单菌落试管斜面保存，并分别接种于富含亚硝胺的无机矿物盐培养基培养，测定亚硝胺剩余浓度。对优势降解菌进行扫描电镜形态观测，同时进行基因测序和比对，鉴定菌株得到连香树红球菌A41AS-1(Rhodococcuscercidiphylli A41AS-1)。(2)生物降解效果评价：对所得连香树红球菌A41AS-1进行降解效果评价，连香树红球菌A41AS-1对亚硝胺类物质降解周期分别为1天、3天、5天、7天、10天。结果显示，连香树红球菌A41AS-1对5种亚硝胺有显著降解效果，其中，亚硝基二甲胺(N-nitrosodimethylamine, NDMA)、亚硝基吡咯烷(N-nitrosopyrrolidine, Npyr)和亚硝基二乙胺(N-nitrosodiethylamine, NDEA)浓度从第1天开始下降，亚硝基二丙胺(N-nitrosodi-n-propylamine, NDPA)和亚硝基二丁胺(N-nitrosodi-n-butylamine, NDBA)浓度从第3天开始下降。经10天降解后，NDMA、Npyr、NDEA、NDPA和NDBA浓度分别降至51.3ng/L、129ng/L、130.8ng/L、65.8ng/L和138.6ng/L(亚硝胺初始目标浓度200ng/L)。5种亚硝胺去除率大小依次是： NDMA (74.4%)>NDPA(67.1%)>Npyr(35.5%)>NDEA(34.6%)>NDBA(30.7%)。相关性分析显示，除NDPA外，其余4种亚硝胺的降解效果与物质的分子量和结构存在显著相关性。随着分子量的增加，去除效果不断降低；短链结构物质的降解效果明显高于长链和环状结构。但亚硝胺的辛醇-水分配系数和亨利常数与其降解效果相关性并不显著。