磷霉素降解菌的筛选及其性能研究

【摘要】磷霉素是近年来开始广泛使用的一种高效广谱抗生素,它主要作用于细菌的细胞壁,对革兰阳性菌和阴性菌都有一定的抑制作用。磷霉素在工业上主要是通过化学工艺合成,其生产过程中产生的废水具有污染物浓度高、可生化性差等特点,处理难度大。目前该类废水的物化处理手段成本较高,难以实际应用,而普通生物处理受到废水中有毒有害物质的抑制,处理效率有限。本研究针对低浓度磷霉素制药废水生物处理效率较低的问题,选取磷霉素为目标污染物,采取生物强化技术,筛选降解磷霉素的高效菌株并对其性能进行了研究。为更好地表征目标污染物,本研究建立了以离子色谱测定制药废水中磷霉素的检测方法。研究利用DIONEXICS-2100离子色谱仪,发现在淋洗液为30mmolKOH,流速为1ml/min条件下,磷霉素保留时间为3.847+0.2min,且该方法在1-20mg/L范围内线性良好,LOQ为0.19mg/L。本法对实际磷霉素制药废水的加标回收率在75%-91%范围内,相对标准偏差在1%-3%范围内。以磷霉素为唯一碳源驯化得到降解磷霉素的高效菌群。驯化的混合菌群在12h内能够将200mg/L的磷霉素完全降解。降解过程中发现磷霉素的去除率高于TOC的去除率,且体系内的P043-随着降解时间的增加逐步上升并趋于稳定,同时pH也下降,表明在磷霉素降解过程中可能存在C-P键的水解,生成一种磷酸。驯化污泥对磷霉素的生物降解动力学结果表明磷霉素的降解过程符合一级降解动力学规律。实验表明：pH值在6-8范围内变化时驯化污泥对磷霉素的降解速率没有显著影响；在30℃的环境体系下污泥对磷霉素的降解效率最高。采用Haldane抑制模型对降解过程进行模拟发现：驯化污泥降解磷霉素的最大比降解速率vmax为41mg/g/h,饱合常数Ks为556mg/L,抑制常数Ki为298mg/L。通过摇瓶实验比较驯化污泥与普通污泥对实际废水的处理效果,发现驯化污泥对实际废水的处理效果明显高于普通污泥。实验利用PCR-DGGE对菌群的功能微生物进行了识别,克隆测序分析表明活性污泥系统中的优势菌群有5种,其中2种可能对磷霉素的降解有直接影响。利用平板划线等方式,分离、纯化出3株降解磷霉素的纯菌,经过理化性质测定和16SrDNA测序分析,分别鉴定为弯曲杆菌属和伯克利属。降解实验发现菌株F3对磷霉素的降解效率高于其它两株菌。当磷霉素浓度为20mg/L时,菌株F3最佳生长条件为：接种量为20%,温度为20℃,pH为5.0,摇床转速为150r/min。将混合菌群接种到水解酸化-接触氧化工艺的接触氧化池中,并对接种前后反应器的变化进行了研究。研究发现接种后的污泥处理效果较好,且反应器更容易达到稳定,但对磷的去除还有待进一步研究。不同阶段污泥微生物种群结构的DGGE分析结果表明：接种后污泥的多样性逐渐提高,对系统的稳定性起到一定的作用。另外,接种前后污泥系统的相似性随着时间的增加逐渐提高表明接种前污泥中的优势菌依旧占据重要地位。
【作者】谢晓琳；
【导师】曾萍；
【作者基本信息】中国环境科学研究院，环境工程，2014，硕士
【关键词】磷霉素；离子色谱；生物强化；菌种筛选；种群结构；

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