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年度	102	專案性質	實驗性質
專案類別	研究專案	研究主題	整治
申請機構	東吳大學	申請系所	微生物系
專案主持人	張怡塘	職等/職稱	副教授
專案中文名稱	有機堆肥分解受十溴二苯醚污染底泥及其生物多樣性
中文關鍵字	十溴二苯醚；有機堆肥；生物多樣性
專案英文名稱	Anaerobic biodegradation and bacterial community of DBDE-contaminteted sediemnt by commercial organic composts
英文關鍵字
執行金額
執行期間	2012/12/10 至 2013/12/9
計畫中文摘要	十溴聯苯醚(deca-bromodiphenyl ether, DBDE)為工業上常用之溴系火焰阻 燃劑來源，DBDE 因結構穩定、水中溶解度低，故在環境中傾向蓄積底泥， 且很難經由生物直接降解，故易造成生態毒性，威脅生物體健康，是近年來受 到重視的新興污染物。堆肥由於有高含量的可溶性有機碳，具有很好的還原能 力，可當作良好電子提供者，將不同種類的環境污染物還原，可作為新興污染 物之整治技術。本計畫是利用血清瓶建立厭氧微系統(anaerobic microcosms)， 利用台灣地區不同有機堆肥進行厭氧生物處理受 DBDE (20 mg/sediment-kg) 污染底泥，並於實驗過程中觀察隨時間變化所生成之脫溴產物之同源異構物， 同時以分子生物技術分析微生物族群結構及其生物多樣性。 實驗結果發現實驗所選用三種有機堆肥樣本均具有高有機質成分，對 DBDE 具吸持特性，台糖雲林堆肥廠蔗渣堆肥（兩個月與六個月，分別標示為 C2 與 C6），及南投旭惠公司所製備的兩個月厭氧堆肥（標示為 B2）。本研究 建立之 DBDE 分析方法，回收率可達到 90-97% (R2 = 0.9991)，方法偵測極限 (MDL)可達 0.032 μg/g。大安溪橋底泥表層樣本為坋質壤土，有機質為 0.749%； 義里大橋底泥表層樣本則為砂土，有機質為 0.474%，分析兩底泥樣本分別含 有濃度 32 及 35 ng/kg DBDE，為最主要的 PBDEs 污染物，同時並偵測出二到 九溴不等的同源異構物，其中 BDE-207 (1.28-3.12 ng/kg)及 BDE-206 (1.5-1.8 ng/kg)為次主要的污染物。有機堆肥生物吸附降解實驗結果發現，對堆肥吸附 的貢獻，B2 的吸附貢獻百分比為 25.65 %，C2 為 31.45 %，C6 為 38.95 %；生 物降解貢獻百分比 B2 為 4.7 %，C2 為 34.9 %，C6 為 23.4 %，C2 有最好的降 解效果，以擬一階反應方程式表示其降解速率為 C6 (0.0458 day-1) > C2 (0.0352 day-1) > B2 (0.0286 day-1)，C6 有最快的降解速率。降解過程中分析其代謝產物 發現可測得 23 種 PBDEs 同源異構物，可知生物降解過程是由 DBDE 逐一脫溴 至低溴數(三溴)PBDEs。 分析微生物族群結構及功能性基因表現方法，實驗結果發現三種堆肥的微 生物族群有很大的不同，細菌域 (Domain Bacteria) 方面，相同的堆肥降解 DBDE 過程發現，C2 的微生物族群並沒有太大的改變 (條帶數 18-21-19)，C6的微生物族群改變較大 (條帶數 11-12-21)，其條帶數有逐漸增長趨勢，B2 的 微生物菌群也發生改變 (條帶數 14-13-11)。然而在降解過程中古細菌域 (Domain Archaea)族群並沒有明顯的改變。分子選殖 (cloning) 結果可鑑定出具 有降解 DBDE 能力之微生物族群，例如 Pseudomonas spp.（相似度 97-99%）， 在樣本中發現許多存在堆肥系統中之微生物族群，如 Lactobacillus spp.(相似度 99%)，Clostridium spp. ( 相似度 99%）及 Bacillus spp. (相似度 99%)。利用 PCR 方法鑑定生物降解 DBDE 目標污染物之功能性基因表現，結果發現三種堆肥 厭氧初期(0 個月)至末期(4 個月)均可偵測出脫鹵基因，推斷出三種堆肥降解 DBDE 過程中均進行生物性還原脫溴行為。此外亦有偵測出雙氧化酵素，推估 在此厭氧堆肥降解過程中，存在某些兼性厭氧菌具有雙氧化酵素。本研究結果 顯示所選擇之有機堆肥的確可移除 DBDE 污染底泥，並證實脫鹵基因之存在， 可同時作為微生物、有機質以及營養源供應者，由於台灣河川底泥中普遍存在 DBDE，此研究成果可提供後續整治參考。工程實務上建議以離場(ex situ)整治 方法進行，搭配河川底泥疏濬後進行混合有機堆肥進行厭氧生物處理，並可達 到底泥資源化之效果。
計畫英文摘要	Decabromodiphenyl ether (DBDE) is a flame retardant commonly used in the industry, and it has become an emerging contaminant in recent years. Due to its structural stability and low solubility in water, DBDE has a tendency of accumulating in the sediment, increasing the difficulty of being biodegraded. Thus, DBDE can lead to ecotoxicity and threaten the health of various organisms. The study applies the high biological activity, richness in carbons and electron donors of three different organic composts, to evaluate the initial DBDE concentration (20 mg/sediment-kg) on the biological debromination efficiency in contaminated sediment. The anaerobic microcosms will be conducted in the serum bottles with DBDE-polluted sediments and compost sample. The DBDE concentration is measured by GC/PDECD during anaerobic biodegradation. PBDE congeners are measured by GC-MS. The change of bacterial community is measured by PCR-DGGE-Cloning during DBDE biodegradation. Functional genes of bacterial species such as reductive debromination genes and dioxgenases are measured by selective specific primers. As a result, three sampling composts (C2, C6 and B2) with high organic compounds demonstrate the significant ability of DBDE adsorption. The pseudo rate constant (k) of the first order equation for anaerobic biodegradation of DBDE is compared as C6 (0.0458 day-1) > C2 (0.0352 day-1) > B2 (0.0286 day-1). Metabolites including 23 PBDE congeners are measured by GC-MS. The DGGE profiles are different during anaerobic DBDE biodegradation. Pseudomonas spp. and Dehalococcoides spp. related to DBDE biodegradation are identified in anaerobic microcosms. Amplification of PCR-products for biological debromination are positive. An approach of off-site bioremediation is mentioned to combine DBDE-contaminated sediment with commercial organic compost is suggested as the practical engineering technology of remediation.