處理污水中喹啉污染物的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于污水綜合處理技術領域，具體涉及污水中喹啉污染物的處理。
【背景技術】
[0002] 喹啉是一種無色，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。從其化學結構來看，它屬于雜環芳烴類有機物，由煤炭、木材、石油加工時形 成。焦化廢水中的喹啉則多在脫焦油洗苯的過程中產生。喹啉的污染主要由大氣、水體，地 下煤礦開采等方式傳播，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現肝 臟是喹啉的目標器官，對肝癌的發生有一定的影響。
[0003] 喹啉是典型的多環芳香含氮雜環化化合物，具有毒性大、致畸性和致癌性強等特 點，難于生物降解，會通過土壤污染地下水資源，對人類健康和生態環境具有巨大的潛在危 害，已日益引起人們的關注。喹啉是含氮雜環化合物的典型代表，用途極其廣泛，是多種醫 藥、農產品、染料等生產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，是環境中的嚴重污染物。環境中的喹啉主要來自煤氣、化石燃料加工、煤 焦油殘余物和木材保存設施。此外，喹啉及其衍生物還是焦化廢水、石油廢水、制藥廢水等 多種工業廢水中的難降解有機污染物成分。有學者分別對2種焦化廢水的有機物組成進行 了分析，指出喹啉類化合物的含量居有機污染物的第二。由于喹啉含有I個電負性很強的 氮原子使得其水溶性增強，因此這類化合物更易在環境中擴散和持久存在。已有調查發現 在木餾油污染場所附近的地下水和土壤中喹啉及其羥基喹啉的濃度高達數個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] 現在，有很多的喹啉的處理方法。大致分為物理法、化學法和生物法。物理法和化 學法雖然去除效率高，但是成本高，容易產生二次污染。生物治理具有成本低、二次污染輕、 環境相容性好等優勢，現已成為污染治理技術中的首選方案之一。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、轉化等過程的功能基因 的重要作用也是顯而易見的。生物處理法因其具有處理量大、成本較低、條件溫和及不產生 二次污染等優點而受到人們的青睞。近年來，在不改變現有處理設施的基礎上通過特定功 能微生物的添加的生物強化技術，能夠大大提高原有生物處理系統對目標污染物的去除效 果，污水處理能力大幅提高，因而越來越受到人們的重視。
[0005] 國內外研宄者從20世紀70年代就開始分離降解喹啉的微生物。有關喹啉的微生 物降解途徑及其降解動力學、遺傳學的研宄也在深入，但到目前為止，此類化合物的生物降 解過程研宄仍相當有限，而對于喹啉降解菌的其他功能研宄則更少。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的之一在于提供一種利用生物技術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題。
[0007] 本發明是采用如下技術方案實現的：
[0008] -種含喹啉化合物廢水的處理方法，包括如下步驟：
[0009] (1)預處理：通過過濾和沉淀，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，收集在進水池中，其中，碳氮比為 5-10 : 1，碳氮比中的碳來自于喹啉化合物、氮來自于添加的氮的氧化物；
[0011] (3)混合廢水通過進水泵提升至上流式曝氣生物濾池中，供氧曝氣6h ;
[0012] (4)曝氣后的污水轉入缺氧區，投加承載有反硝化菌的懸浮填料，處理1天；
[0013] (5)后處理：將缺氧區處理后的污水經消毒處理后，直接排放或回用。
[0014] 優選的，所述的反硝化菌為轉入了編碼如下任一個PPKL2蛋白變體（相對于PPKL2 蛋白原始氨基酸序列（其氨基酸序列參見=GenBank :NP_744642.1)分別進行如下突變 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喹啉誘導的差異蛋白表達篩選得到的。該蛋白具有較強的去除分 解喹啉的能力。
[0016] 本發明提供了一系列的PPKL2蛋白變體（相對于PPKL2蛋白原始氨基酸序列分 別進行如下突變 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菌株中表達時，發現重組菌相對于未轉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，同時還能 夠有效的去除污水中的喹啉，具有較好的應用前景。
[0018] 上述方法具有以下有益效果：
[0019] 1、通過本發明的處理方法，大大提高了喹啉的降解速率，降低了反應時間。
[0020] 2、提供一種降解喹啉的蛋白及轉化菌株，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，以下將通過具體的實施例對本發明進行詳細地描述。需要特別指 出的是，具體實例僅是為了說明，并不構成對本發明范圍的限制。顯然本領域的普通技術人 員可以根據本文說明，在本發明的范圍內對本發明做出各種各樣的修正和改變，這些修正 和改變也納入本發明的范圍內。
【具體實施方式】
[0022] 實施例1喹啉化合物廢水的處理
[0023] (1)預處理：取含有喹啉濃度為100mg/L污水通過常規的過濾池進行過濾，通過常 規的沉淀池進行沉淀，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，收集在進水池中，其中，碳氮比為8 : 1，碳氮比中的 碳來自于喹啉化合物、氮來自于添加的氮的氧化物；
[0025] (3)混合廢水通過進水泵提升至上流式曝氣生物濾池中，供氧曝氣6h ;
[0026] (4)曝氣后的污水轉入缺氧區，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為CCTCC M 2010209的菌株，具體可以參見CN102115719A;
[0027] (5)后處理：將缺氧區處理后的污水經消毒處理后，通過測定，其中喹啉的濃度為 0. 5mg/L〇
[0028] 實施例2喹啉降解基因 PPKL2的獲得
[0029] 取惡臭假單胞菌，采用喹啉作為誘導劑，進行誘導培養，分別以誘導和未誘導的菌 株作為對比，進行總蛋白的提取，進行雙向二維電泳，通過對照，發現了 10處差異表達蛋 白。其中選取其中一處表達差異相對大的點進行測序。得到了相應的氨基酸序列，其序列 如Genbank :NP_744642. 1所示。將該基因進行常規的原核表達，具體步驟都為常規的技術。 通過活性測定發現，該蛋白具有較強的喹啉去除效果。
[0030] 實施例3PPKL2蛋白突變的活性提高
[0031] 通過多重 PCR 將相應的 71D/S、83S/G、122R/S、129Q/T、149P/G、189I/R、207S/G、 224R/P、239L/S、248F/G、263N/E、279E/R 突變位點分別引入到 Genbank :ΝΡ_744642· 1 所示 蛋白中，從而構建了不同的突變體蛋白（可參考現有技術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，將驗證成功的重組質粒轉化進入反硝化菌中， 獲得降解喹啉的基因工程菌。
[0032] 實施例4喹啉降解效果的驗證
[0033] 將實施例3獲得的多個工程菌分別按照實施例1的方法，分別在不同的喹啉濃度 下驗證相應的降解喹啉的效果。以CN 102206657A的Ep2菌作為對照。具體結果如下：
[0034]
[0035] 從以上的結果可以看出，導入了突變的蛋白PPKL2的反硝化菌大部分都具有增強 的去除喹啉的效果，這充分說明并不是任意的改變都具有較好的效果。
【主權項】
1. 一種含喹啉化合物廢水的處理方法，包括如下步驟：（1)預處理：通過過濾和沉淀， 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，收集在進水池 中，其中，碳氮比為5-10 : 1，碳氮比中的碳來自于喹啉化合物、氮來自于添加的氮的氧化 物；（3)混合廢水通過進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 水轉入缺氧區，投加承載有反硝化菌的懸浮填料，處理1天；（6)后處理：將缺氧區處理后的 污水經消毒處理后，直接排放或回用。
【專利摘要】本發明公開了處理污水中喹啉污染物的方法，包括預處理，主處理，曝氣，后處理等步驟，經過處理后能夠去除大部分的喹啉污染物。本發明對喹啉類污染物的治理具有非常重要的實際應用價值。
【IPC分類】C02F101/38, C02F9/14
【公開號】CN104891747
【申請號】CN201510324655
【發明人】竇欣童
【申請人】竇欣童
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月5日