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《清华大学》 2011年
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深圳河及沿岸污水处理厂典型雌激素微生物转化研究

王凌云  
【摘要】:本论文选取雌激素酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、17α-雌二醇(17α-E2)和雌炔醇(EE2)等5种雌激素,采用气相色谱质谱联用(GC-MS)方法,调查了其在深圳河湾水体及相关污水处理厂中的时空分布和通量变化规律。研究污水厂不同类型活性污泥对雌激素的吸附降解,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法剖析雌激素胁迫下微生物群落结构的变化,识别功能微生物种群。模拟研究深圳河水体中雌激素物质在不同溶解氧条件下的衰减转化以及对微生物群落的影响。采用Gaussian03量子化学软件计算和分析雌激素生物转化过程的中间产物和代谢途径。 深圳河湾水体中5种雌激素均有检出,EE2浓度最高,为15.6~443.7ng·L~(-1),其他4种雌激素浓度低于80ng·L~(-1)。深圳河中游雌激素污染较严重。在沿岸3个污水厂中,EE2在污水厂出水中浓度最高达853.0ng·L~(-1)。二级生物处理工艺对E2、E3和EE2的平均去除率分别约为19.1%、71.7%和81.2%,对E1和17α-E2去除率为负值。雨季,通过上游和中游两座污水厂排入深圳河的雌激素总通量分别是17.7g·d~(-1)和17.8g·d~(-1),对深圳河相应断面的贡献率分别为25%和12%;旱季,两座污水厂出水雌激素通量分别为43.5g·d~(-1)和69.7g·d~(-1),相应贡献率上升为39%和52%。活性污泥对雌激素的吸附在30min~1h之内达到平衡,遵循Langmuir和Freundlich模型。活性污泥对天然雌激素E1、E2、E3和17α-E2的生物降解速率分 别约为347μg·L~(-1)·d~(-1)、252μg·L~(-1)·d~(-1)、405μg·L~(-1)·d~(-1)和268μg·L~(-1)·d~(-1)。EE2降解最慢,速率约为14μg·L~(-1)·d~(-1)。在单一雌激素胁迫条件下,E1和E3导致群落多样性增加,而E2、EE2和17α-E2导致群落多样性降低。耐受雌激素长期胁迫的菌群多为γ-变形菌。硝化细菌在EE2和E2转化过程中可能起到重要作用。 深圳河水中溶解氧浓度对雌激素EE2和E2的转化有较大影响。好氧、缺氧和厌氧状态下EE2的平均半衰期分别约为12天、3.5天和20天。E2的半衰期分别为1天、1天和3天。缺氧条件下EE2和E2的转化最快。E1和E3是EE2和 E2的转化产物。河水中的主要功能菌群包括常见的污染物降解菌、贫营养环境指示菌以及多种致病菌。 量子化学计算表明,5种雌激素分子中,E1和E3能隙相对较低,反应活性相对较强;E3首先氧化C16位所连羟基,再进一步开环转化;E1分子中C17-C13键级最低,可能在此通过环氧化发生环开裂,生成小分子羧酸等易降解物质。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X703

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