Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/5349
標題: 以難分解化合物為基質之脫硝菌的分離及特性研究
Isolation and application of the specific denitrifiers from environment
作者: 王俊欽
Chin, Wang Chun
關鍵字: biodegradation;生物分解;acrylonitrile;acrylamide;caprolactam;nitrate;nitrite;nitrous oxide;denitrification;丙烯;丙烯醯胺;己內醯胺;硝酸鹽氮;亞硝酸鹽氮;氧化亞氮;脫氮
出版社: 環境工程學系
摘要: 
由於菌株利用難分解物質為電子供給者將硝酸鹽氮去除,對污染物質去除、支出費用減少及環境保護皆有貢獻,且於電子期刊上並未發現有學者從事以丙烯醯胺、己內醯胺為基質進行脫氮作用的研究,若能有系統地分離這類菌株,將可應用於廢水的處理或土壤之復育上。故本研究之目的為分離及篩選出能以丙烯醯胺、己內醯胺為基質之脫氮菌,以期該些菌株對受丙烯醯胺、己內醯胺污染之環境的整治有所助益。此外將ABS樹脂製程廢水中丙烯的濃度提高,以瞭解高濃度丙烯存在時,丙烯利用菌於懸浮及固定化的生長條件下對其去除情況;並探討丙烯利用菌於人工合成廢水中對環境中丙、丁烯、異丁與苯基之降解情況。另外利用分子生物技術瞭解丙烯醯胺脫氮菌、己內醯胺脫氮菌與丙烯醯胺生成菌,其去除丙烯、丙烯醯胺、己內醯胺及脫氮之基因是存在染色體或質體上。最後使用分子生物技術中16S rRNA序列菌種鑑定方法,獲得丙烯脫氮菌、丙烯醯胺脫氮菌、己內醯胺脫氮菌、丙烯利用菌與丙烯醯胺生成菌的16S rRNA序列,配合NCBI網站資料庫搜尋得到其他脫氮菌的16S rRNA序列,將不同菌株之序列加以比對後,希望得知本研究菌株間之親緣關係為何、以不同難分解物質為基質的脫氮菌間是否具有密切之親緣關係及以難分解化合物為基質之脫氮菌與以甲醇為基質的脫氮菌是否具有血緣關係。
結果顯示,懸浮菌株MDM-2及CDM-10對人工合成廢水中1259.1 mg/l以下之丙烯醯胺有83.8%以上之去除率,但當丙烯醯胺濃度為1538.5 mg/l∼1904.8 mg/l時,其對丙烯醯胺之去除效率只有58.3%以上。兩菌相較後,懸浮菌株MDM-2對丙烯醯胺之去除能力較佳。固定化菌株MDM-2及CDM-10對人工合成廢水中975.6 mg/l以下丙烯醯胺有88.6%以上之去除率,但丙烯醯胺濃度為1259.1 mg/l∼1904.8 mg/l時,兩固定化菌株對丙烯醯胺之去除效率僅有34.9%以上。固定化菌株MDM-2對297.8 mg/l∼975.6 mg/l的丙烯醯胺去除能力較佳,而固定化菌株CDM-10則對975.6 mg/l∼1904.8 mg/l之丙烯醯胺去除能力較好。懸浮與固定化菌株相比之下,固定化菌株MDM-2對591.1 mg/l以下丙烯醯胺之去除能力優於懸浮菌株MDM-2,但丙烯醯胺濃度為975.6 mg/l∼1904.8 mg/l時情況相反。而菌株CDM-10對1904.8 mg/l以下丙烯醯胺之去除能力均優於懸浮生長時。在硝酸鹽氮充足下,ABS混合族群與PAN混合族群可分別以人工合成廢水中1722.5 mg/l以下與1538.5 mg/l以下之丙烯醯胺為基質進行脫氮,且以ABS混合族群進行脫氮末期有氫氣產生。兩族群相較之下,其對784.3 mg/l以下丙烯醯胺的轉換速率相近,但丙烯醯胺濃度高至1538.5 mg/l時,PAN混合族群對丙烯醯胺之轉換速率小於ABS混合族群。菌株MDM-2、TDM-3與TDM-8之最佳生長溫度分別為33℃、34℃與34℃,此時菌株TDM-8利用丙烯醯胺生長之情形優於菌株MDM-2與TDM-3。懸浮菌株MDM-2、TDM-3與TDM-8確實可以人工合成廢水中1702.1 mg/l以下之丙烯醯胺為基質進行脫氮,且為使丙烯醯胺完全去除,適量之硝酸鹽氮是必要的。三株菌受丙烯醯胺濃度影響的程度由大至小依序為MDM-2、TDM-3、TDM-8。懸浮菌株TDM-3與TDM-8生長過程中無遲滯期,但反應過程中分別有亞硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮、氧化亞氮之累積。懸浮菌株MDM-2、TDM-3與TDM-8無法以額外添加之己內醯胺為基質進行脫氮。懸浮菌株MDM-2確實可以人工合成廢水中丙烯酸為基質進行脫氮,且丙烯酸濃度小於1180 mg/l時,懸浮菌株MDM-2去除1 mg/l之丙烯酸需要0.77 mg/l之硝酸鹽氮。此外為使反應順利進行,丙烯酸濃度應小於758.3 mg/l,最高亦不要超過1180 mg/l。混合族群與純種菌株相比之下,ABS混合族群對人工合成廢水中丙烯醯胺去除能力較懸浮菌株MDM-2佳,而懸浮菌株TDM-3與TDM-8對人工合成廢水中丙烯醯胺之轉換速率則較PAN混合族群快。
丙烯利用菌AAS7及AAS6於懸浮狀態下分別於87.8及58.4小時將ABS製程廢水中1901.7 mg/l以下丙烯降解完畢,且懸浮菌株AAS7對425.4 mg/l∼985.9 mg/l丙烯的降解速率大於AAS6,不過當丙烯濃度為1357.5 mg/l∼1901.7 mg/l時情況則相反。固定化菌株AAS7與AAS6對於ABS製程廢水中1947.5 mg/l以下及1390.6 mg/l以下之丙烯,分別於120.1小時及106.6小時內分解完畢,且丙烯小於1947.5 mg/l時,固定化菌株AAS7的去除速率較快。不論是菌株AAS6或AAS7,對ABS製程廢水中丙烯之去除均為懸浮生長比固定化生長快。人工合成廢水中丙(975.7 mg/l以下)、丁烯(775 mg/l以下)與苯基(442.7 mg/l以下)皆可被懸浮菌株AAS7及AAS6完全去除,而異丁(975.7 mg/l以下)亦有97.8%以上之去除率,顯示此二株菌對氰化物之降解並不會受限於氰化物之結構(直鏈、支鏈;脂肪族、芳香族)。
不論ABS混合族群或PAN混合族群皆可利用人工合成廢水中1538.5 mg/l以下己內醯胺為基質進行脫氮,且ABS混合族群與PAN混合族群利用1 mg/l之硝酸鹽氮可分別去除0.45 mg/l∼0.65 mg/l與0.49 mg/l∼0.70 mg/l之己內醯胺。相同條件下ABS混合族群可以丙烯醯胺為基質進行脫氮,但無法以丙烯為基質進行脫氮。兩族群相較之下,ABS混合族群去除人工合成廢水中己內醯胺所需之時間較少且生長情形較佳。菌株MDC-3與TDC-2之最佳生長溫度分別為39℃與37℃,此時菌株MDC-3利用己內醯胺生長之情形優於菌株TDC-2。懸浮菌株MDC-3以NB培養基培養後對己內醯胺之去除較以YE培養基快,且不論以NB或YE培養基培養,懸浮菌株MDC-3皆可以1 mg/l之硝酸鹽氮去除0.41 mg/l∼0.59 mg/l己內醯胺。此外,無論人工合成廢水中是否含有97 mg/l∼99 mg/l之氨氮,懸浮菌株MDC-3均可以1 mg/l之硝酸鹽氮去除0.43 mg/l∼0.58 mg/l己內醯胺。當人工合成廢水中己內醯胺小於1722.5 mg/l以下時,懸浮菌株TDC-2可以1 mg/l硝酸鹽氮去除0.49 mg/l∼0.60 mg/l的己內醯胺,不過菌株生長有遲滯期,且隨己內醯胺濃度增加而變長。兩菌相較之下,懸浮菌株MDC-3利用人工合成廢水中己內醯胺脫氮之能力較強,且較不受己內醯胺濃度變化影響。混合族群與純種菌株相比之下,ABS混合族群對人工合成廢水中己內醯胺去除能力稍優於菌株MDC-3;而菌株TDC-2對人工合成廢水中784.3 mg/l以下之己內醯胺的去除速率優於PAN混合族群,且生長情形較好,不過當人工合成廢水中己內醯胺濃度高至1445.8 mg/l時,兩者之比生長速率與對己內醯胺之去除速率差異不大。
丙烯醯胺脫氮菌MDM-2、TDM-3及TDM-8產生丙烯醯胺和脫氮酵素之基因,與己內醯胺脫氮菌MDC-3、TDC-2去除己內醯胺和脫氮之基因,及丙烯醯胺生成菌N13產生丙烯水合酵素之基因皆位於染色體上而非質體上。本研究菌株中,丙烯利用菌AAS6及AAS7、丙烯脫氮菌成-6及III-3與丙烯醯胺脫氮菌MDM-2、TDM-3及TDM-8三者間之親緣關係較近,而與己內醯胺脫氮菌MDC-3及TDC-2、丙烯醯胺生成菌N13之親緣關係較遠。難分解物質脫氮菌中,含鹵苯甲酸脫氮菌Thauera aromatica、間二甲苯脫氮菌Azoarcus sp. T及啶脫氮菌Azoarcus sp. pF6此群菌與丙烯脫氮菌成-6及III-3、丙烯醯胺脫氮菌TDM-3及TDM-8之親緣關係較近而與其他難分解物質脫氮菌較遠。而甲烷脫氮菌Hyphomicrobium sp. HM及Methylosinus pucelana、酚脫氮菌Spirillum sp. CC-26、己內醯胺脫氮菌MDC-3及TDC-2三組間之血緣關係則較與其他難分解化合物脫氮菌近。雖然無法完全明白釐清以難分解化合物為基質進行脫氮之菌株間的親緣關係,但只要菌株利用之基質結構較相似,亦即具有可產生同種酵素之基因,菌株間的關係就可能比較接近。於只有二類菌株Hyphomicrobium sp.與Paracoccus denitrifications可以甲醇為基質進行脫氮,且其16S rRNA鹽基序列與Hyphomicrobium sp. HM、Paracoccus thiophilus相似之假設前提下,以甲醇為基質之脫氮菌株與酚、己內醯胺為基質之脫氮菌的親緣關係較近,而與其他難分解物質脫氮菌如含鹵苯甲酸脫氮菌、間二甲苯脫氮菌、啶脫氮菌、丙烯脫氮菌、丙烯醯胺脫氮菌關係較遠。
URI: http://hdl.handle.net/11455/5349
Appears in Collections:環境工程學系所

Show full item record
 

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.