處理污水中喹啉污染物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水綜合處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及污水中喹啉污染物的處理。
【背景技術(shù)】
[0002] 喹啉是一種無(wú)色，具有刺激性氣味的吸濕性液體。可溶于乙醇、乙醚、苯、二硫化 碳，微溶于水。從其化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)看，它屬于雜環(huán)芳烴類有機(jī)物，由煤炭、木材、石油加工時(shí)形 成。焦化廢水中的喹啉則多在脫焦油洗苯的過(guò)程中產(chǎn)生。喹啉的污染主要由大氣、水體，地 下煤礦開(kāi)采等方式傳播，香煙排放的氣體中也含有喹啉的成分。一些研宄人員研宄發(fā)現(xiàn)肝 臟是喹啉的目標(biāo)器官，對(duì)肝癌的發(fā)生有一定的影響。
[0003] 喹啉是典型的多環(huán)芳香含氮雜環(huán)化化合物，具有毒性大、致畸性和致癌性強(qiáng)等特 點(diǎn)，難于生物降解，會(huì)通過(guò)土壤污染地下水資源，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境具有巨大的潛在危 害，已日益引起人們的關(guān)注。喹啉是含氮雜環(huán)化合物的典型代表，用途極其廣泛，是多種醫(yī) 藥、農(nóng)產(chǎn)品、染料等生產(chǎn)中的重要原料和溶劑。但是喹啉及其衍生物可致癌、致畸、致突變， 且難于生物降解，是環(huán)境中的嚴(yán)重污染物。環(huán)境中的喹啉主要來(lái)自煤氣、化石燃料加工、煤 焦油殘余物和木材保存設(shè)施。此外，喹啉及其衍生物還是焦化廢水、石油廢水、制藥廢水等 多種工業(yè)廢水中的難降解有機(jī)污染物成分。有學(xué)者分別對(duì)2種焦化廢水的有機(jī)物組成進(jìn)行 了分析，指出喹啉類化合物的含量居有機(jī)污染物的第二。由于喹啉含有I個(gè)電負(fù)性很強(qiáng)的 氮原子使得其水溶性增強(qiáng)，因此這類化合物更易在環(huán)境中擴(kuò)散和持久存在。已有調(diào)查發(fā)現(xiàn) 在木餾油污染場(chǎng)所附近的地下水和土壤中喹啉及其羥基喹啉的濃度高達(dá)數(shù)個(gè)mg/L。除此之 外，喹啉及其衍生物還存在于城市空氣、煙草煙霧、海水和魚的組織中，因此尋找有效去除 喹啉的方法具有十分重要的意義。
[0004] 現(xiàn)在，有很多的喹啉的處理方法。大致分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法和化 學(xué)法雖然去除效率高，但是成本高，容易產(chǎn)生二次污染。生物治理具有成本低、二次污染輕、 環(huán)境相容性好等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為污染治理技術(shù)中的首選方案之一。決定生化處理工藝成功、 有效、適用的因素，除了工藝條件和操作管理外，用于污染物降解、轉(zhuǎn)化等過(guò)程的功能基因 的重要作用也是顯而易見(jiàn)的。生物處理法因其具有處理量大、成本較低、條件溫和及不產(chǎn)生 二次污染等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。近年來(lái)，在不改變現(xiàn)有處理設(shè)施的基礎(chǔ)上通過(guò)特定功 能微生物的添加的生物強(qiáng)化技術(shù)，能夠大大提高原有生物處理系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)污染物的去除效 果，污水處理能力大幅提高，因而越來(lái)越受到人們的重視。
[0005] 國(guó)內(nèi)外研宄者從20世紀(jì)70年代就開(kāi)始分離降解喹啉的微生物。有關(guān)喹啉的微生 物降解途徑及其降解動(dòng)力學(xué)、遺傳學(xué)的研宄也在深入，但到目前為止，此類化合物的生物降 解過(guò)程研宄仍相當(dāng)有限，而對(duì)于喹啉降解菌的其他功能研宄則更少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用生物技術(shù)處理含喹啉廢水方法，以解決廢水 中含喹啉污染物難以生物降解和脫毒的問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種含喹啉化合物廢水的處理方法，包括如下步驟：
[0009] (1)預(yù)處理：通過(guò)過(guò)濾和沉淀，去除所處理污水中的懸浮物；
[0010] (2)主處理：添加氮的氧化物，配成混合廢水，收集在進(jìn)水池中，其中，碳氮比為 5-10 : 1，碳氮比中的碳來(lái)自于喹啉化合物、氮來(lái)自于添加的氮的氧化物；
[0011] (3)混合廢水通過(guò)進(jìn)水泵提升至上流式曝氣生物濾池中，供氧曝氣6h ;
[0012] (4)曝氣后的污水轉(zhuǎn)入缺氧區(qū)，投加承載有反硝化菌的懸浮填料，處理1天；
[0013] (5)后處理：將缺氧區(qū)處理后的污水經(jīng)消毒處理后，直接排放或回用。
[0014] 優(yōu)選的，所述的反硝化菌為轉(zhuǎn)入了編碼如下任一個(gè)PPKL2蛋白變體（相對(duì)于PPKL2 蛋白原始氨基酸序列（其氨基酸序列參見(jiàn)=GenBank :NP_744642.1)分別進(jìn)行如下突變 71D/S、83S/G、122R/S、129Q/T、149P/G、189I/R、207S/G、224R/P、239L/S、263N/E、279E/R) (71D/S表示在原始序列第71位的D氨基酸替換為S氨基酸，其它含義類同）的編碼基因的 CCTCC M 2010209 菌株。
[0015] 本發(fā)明另外提供一種喹啉降解蛋白PPKL2,其氨基酸序列如NP_744642. 1。該蛋白 是從惡臭假單胞菌中通過(guò)喹啉誘導(dǎo)的差異蛋白表達(dá)篩選得到的。該蛋白具有較強(qiáng)的去除分 解喹啉的能力。
[0016] 本發(fā)明提供了一系列的PPKL2蛋白變體（相對(duì)于PPKL2蛋白原始氨基酸序列分 別進(jìn)行如下突變 71D/S、83S/G、122R/S、129Q/T、149P/G、189I/R、207S/G、224R/P、239L/S、 263N/E、279E/R)，其具有更強(qiáng)的去除分解喹啉的能力。將所示的變體氨基酸的編碼序列在 CCTCC M 2010209菌株中表達(dá)時(shí)，發(fā)現(xiàn)重組菌相對(duì)于未轉(zhuǎn)化所述基因的聚磷菌具有更好的 去除分解喹啉的能力，具有更好的效果。
[0017] 將該蛋白導(dǎo)入到反硝化菌中，該菌株不僅具有較好的去除氮磷的效果，同時(shí)還能 夠有效的去除污水中的喹啉，具有較好的應(yīng)用前景。
[0018] 上述方法具有以下有益效果：
[0019] 1、通過(guò)本發(fā)明的處理方法，大大提高了喹啉的降解速率，降低了反應(yīng)時(shí)間。
[0020] 2、提供一種降解喹啉的蛋白及轉(zhuǎn)化菌株，具有較高的喹啉去除效率以及氮磷去除 效果。
[0021] 為了便于理解，以下將通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述。需要特別指 出的是，具體實(shí)例僅是為了說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。顯然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員可以根據(jù)本文說(shuō)明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明做出各種各樣的修正和改變，這些修正 和改變也納入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施例1喹啉化合物廢水的處理
[0023] (1)預(yù)處理：取含有喹啉濃度為100mg/L污水通過(guò)常規(guī)的過(guò)濾池進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)常 規(guī)的沉淀池進(jìn)行沉淀，去除所處理污水中的懸浮物；
[0024] (2)主處理：將去除了懸浮物的處理后的污水，添加氮的氧化物（如果含氮量足 夠，也可以不用添加），配成混合廢水，收集在進(jìn)水池中，其中，碳氮比為8 : 1，碳氮比中的 碳來(lái)自于喹啉化合物、氮來(lái)自于添加的氮的氧化物；
[0025] (3)混合廢水通過(guò)進(jìn)水泵提升至上流式曝氣生物濾池中，供氧曝氣6h ;
[0026] (4)曝氣后的污水轉(zhuǎn)入缺氧區(qū)，投加承載有反硝化菌的懸浮填料，處理1天；所述 反硝化菌為菌種保藏編號(hào)為CCTCC M 2010209的菌株，具體可以參見(jiàn)CN102115719A;
[0027] (5)后處理：將缺氧區(qū)處理后的污水經(jīng)消毒處理后，通過(guò)測(cè)定，其中喹啉的濃度為 0. 5mg/L〇
[0028] 實(shí)施例2喹啉降解基因 PPKL2的獲得
[0029] 取惡臭假單胞菌，采用喹啉作為誘導(dǎo)劑，進(jìn)行誘導(dǎo)培養(yǎng)，分別以誘導(dǎo)和未誘導(dǎo)的菌 株作為對(duì)比，進(jìn)行總蛋白的提取，進(jìn)行雙向二維電泳，通過(guò)對(duì)照，發(fā)現(xiàn)了 10處差異表達(dá)蛋 白。其中選取其中一處表達(dá)差異相對(duì)大的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)序。得到了相應(yīng)的氨基酸序列，其序列 如Genbank :NP_744642. 1所示。將該基因進(jìn)行常規(guī)的原核表達(dá)，具體步驟都為常規(guī)的技術(shù)。 通過(guò)活性測(cè)定發(fā)現(xiàn)，該蛋白具有較強(qiáng)的喹啉去除效果。
[0030] 實(shí)施例3PPKL2蛋白突變的活性提高
[0031] 通過(guò)多重 PCR 將相應(yīng)的 71D/S、83S/G、122R/S、129Q/T、149P/G、189I/R、207S/G、 224R/P、239L/S、248F/G、263N/E、279E/R 突變位點(diǎn)分別引入到 Genbank :ΝΡ_744642· 1 所示 蛋白中，從而構(gòu)建了不同的突變體蛋白（可參考現(xiàn)有技術(shù)的制備方法即可獲得）。制備并獲 得了不同突變體基因，然后分別于載體相連，將驗(yàn)證成功的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化進(jìn)入反硝化菌中， 獲得降解喹啉的基因工程菌。
[0032] 實(shí)施例4喹啉降解效果的驗(yàn)證
[0033] 將實(shí)施例3獲得的多個(gè)工程菌分別按照實(shí)施例1的方法，分別在不同的喹啉濃度 下驗(yàn)證相應(yīng)的降解喹啉的效果。以CN 102206657A的Ep2菌作為對(duì)照。具體結(jié)果如下：
[0034]
[0035] 從以上的結(jié)果可以看出，導(dǎo)入了突變的蛋白PPKL2的反硝化菌大部分都具有增強(qiáng) 的去除喹啉的效果，這充分說(shuō)明并不是任意的改變都具有較好的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含喹啉化合物廢水的處理方法，包括如下步驟：（1)預(yù)處理：通過(guò)過(guò)濾和沉淀， 去除所處理污水中的懸浮物；（2)主處理：添加氮的氧化物，配成混合廢水，收集在進(jìn)水池 中，其中，碳氮比為5-10 : 1，碳氮比中的碳來(lái)自于喹啉化合物、氮來(lái)自于添加的氮的氧化 物；（3)混合廢水通過(guò)進(jìn)水泵提升至上流式曝氣生物濾池中，供氧曝氣6h; (5)曝氣后的污 水轉(zhuǎn)入缺氧區(qū)，投加承載有反硝化菌的懸浮填料，處理1天；（6)后處理：將缺氧區(qū)處理后的 污水經(jīng)消毒處理后，直接排放或回用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了處理污水中喹啉污染物的方法，包括預(yù)處理，主處理，曝氣，后處理等步驟，經(jīng)過(guò)處理后能夠去除大部分的喹啉污染物。本發(fā)明對(duì)喹啉類污染物的治理具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】C02F101/38, C02F9/14
【公開(kāi)號(hào)】CN104891747
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510324655
【發(fā)明人】竇欣童
【申請(qǐng)人】竇欣童
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月5日