阴阳室微生物燃料电池对磺胺嘧啶的降解性能及其产物生物毒性

抗生素类污染物对水体环境的污染日益严重,磺胺嘧啶(Sulfadiazine, SDZ) 作为一种典型的磺胺类药物,其降解研究引起广大研究者的关注。本研究采用阴阳室微生物燃料电池(Microbial fuel cells, MFC),选择孔隙率高、导电性能良好的石墨毡为电极材料,探究MFC对SDZ的降解性能,并通过功率密度考察了以石墨毡为电极材料MFC的产电性能。采用UPLC-MS/MS测定该体系中SDZ的中间代谢产物。以大肠杆菌为受试菌体,对SDZ代谢产物的生物毒性进行了检测。结果表明,微生物驯化五个月后,SDZ初始浓度为40 mg?L-1时去除率可达到98.23%;由中间产物推测出两条主要的SDZ降解路径,其中苯亚磺酸为主要代谢产物;功率密度曲线表明以石墨毡为电极材料的MFC具有良好的产电性能;毒性检测结果表明,SDZ在降解周期末,其产物对大肠杆菌的生长并无产生抑制作用。     

厌氧反硝化体系对磺胺嘧啶的共代谢降解特性

为有效去除污水中的磺胺嘧啶(sulfadiazine,SDZ),本研究通过序批式实验,以乙酸钠(Sodium acetate,NaAc)为共代谢基质,对硝酸盐厌氧反硝化体系中SDZ的降解特性进行研究。结果表明,活性污泥驯化5个月后,88 h内共代谢体系中微生物菌群对SDZ(50 mg?L-1)的降解率可达97.36%,相比于无NaAc存在时提高40.34%,说明NaAc作为额外的电子供体,加速了功能菌群对SDZ的代谢;碳平衡试验表明,88 h内SDZ所贡献的TOC降解率为85.53%,体现出良好的矿化性能;此外,根据中间产物推测出该反应体系中微生物对SDZ的降解途径主要包括SDZ水解,磺胺部分硫的还原,嘧啶部分C-N键的断裂,氨基氧化等;同时高通量测序实验检测出大量脱氮菌和脱硫菌(如Ignavibacterium,Azoarcus,Rivibacter等),与所推测的代谢路径相吻合;最后对出水生物毒性进行了检测,结果显示周期末反应液对纯种大肠杆菌的生长无生物毒性。本研究结果可为硝酸盐厌氧反硝化体系处理污水中的磺胺类抗生素提供理论依据。