【摘 要】
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近年来,抗生素的大量使用甚至滥用导致水环境中抗生素残留水平逐步升高,多种抗生素抗性细菌和抗生素抗性基因不断出现,污染饮用水水源,威胁饮用水水质安全。城市自来水厂现有处理工艺无法完全去除水中抗生素抗性细菌和抗生素抗性基因,经由部分处理工艺和输配水系统输送后,甚至可以增加其数量,引发了人们的极大关注。本文选取给水处理中的过滤工艺环节为研究对象,探究不同过滤工艺运行条件对处理水中的抗生素抗性细菌去除效果
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近年来,抗生素的大量使用甚至滥用导致水环境中抗生素残留水平逐步升高,多种抗生素抗性细菌和抗生素抗性基因不断出现,污染饮用水水源,威胁饮用水水质安全。城市自来水厂现有处理工艺无法完全去除水中抗生素抗性细菌和抗生素抗性基因,经由部分处理工艺和输配水系统输送后,甚至可以增加其数量,引发了人们的极大关注。本文选取给水处理中的过滤工艺环节为研究对象,探究不同过滤工艺运行条件对处理水中的抗生素抗性细菌去除效果的影响,通过设置不同滤料厚度、过滤停留时间和滤料粒径和消毒预处理等运行条件,分析处理水和滤料上四环素抗性菌(Tetracycline resistant bacteria,TET)、诺氟沙星抗性菌(Norfloxacin resistant bacteria,NOR)、磺胺甲恶唑抗性菌(Sulfamethoxazole resistant bacteria,SUL)及克林霉素抗性菌(Clindamycin resistant bacteria,CLI)的变化规律,得出主要结论如下:第一,石英砂滤料厚度对过滤后出水及滤料上四类抗生素抗性细菌的数量均产生显著影响。当石英砂滤料厚度由1 cm增加到5 cm时,处理水中四类抗生素抗性细菌数量均呈现下降趋势,而滤料上存留的四类抗生素抗性细菌均呈现逐渐增多的趋势。例如,经过粒径0.3 mm的石英砂滤料过滤80 min后,出水中四环素类、诺氟沙星类、磺胺类及克林霉素类抗性细菌数目分别下降了64%,56%,64%和65%。此时,滤料上存留的抗性细菌数目相较于滤料厚度为1 cm时增加了64%,42%,28%和23%。同时发现过滤前消毒预处理可以提升处理效果,在相同过滤处理条件下,出水中四类抗性细菌数目大致下降71%-88%,而滤料上存留的抗性细菌数目相较于厚度1 cm时增加36%-89%。第二,过滤停留时间对过滤后出水及滤料上四类抗生素抗性细菌的数量均产生显著影响。当石英砂滤料过滤停留时间由0 min增加到80 min时,处理水中四类抗生素抗性细菌数量均呈现下降趋势,而滤料上存留的四类抗生素抗性细菌均呈现逐渐增多的趋势。例如,经过粒径0.3 mm厚度3 cm的石英砂滤料过滤后,出水中四环素类、诺氟沙星类、磺胺类及克林霉素类抗性细菌数目分别下降了53%,54%,45%和34%。此时,滤料上存留的抗性细菌数目相较于停留时间为0 min时增加了46%,7%,26%和9%。同时发现过滤前消毒预处理可以提升处理效果,在相同过滤处理条件下,出水中四类抗性细菌数目大致下降47%-73%,而滤料上存留的抗性细菌数目相较于停留时间0 min时增加16%-48%。第三,石英砂滤料粒径变化对过滤后出水及滤料上四类抗生素抗性细菌的数量均产生显著影响。当石英砂滤料粒径由0.3 mm增大到6 mm时,处理水中四类抗生素抗性细菌数量均呈现上升趋势,而滤料上存留的四类抗生素抗性细菌均呈现逐渐减少的趋势。例如,经过厚度5 cm的石英砂滤料过滤80 min后,出水中四环素类、诺氟沙星类、磺胺类及克林霉素类抗性细菌数目分别增加了64%,49%,44%和46%。此时,滤料上存留的抗性细菌数目相较于粒径为0.3 mm时下降了24%,9%,13%和12%。同时发现过滤前消毒预处理可以提升处理效果,在相同过滤处理条件下,每100 mL出水中四类抗性细菌数目大致增加33%-78%。而滤料上存留的抗性细菌数目相较于粒径为0.3 mm时下降31%-39%。第四,统计分析结果表明,过滤时调节石英砂厚度及粒径更利于TET的去除及CLI的滤料存留;调节石英砂厚度及停留时间更利于SUL和CLI的去除及TET的滤料存留;调节石英砂厚度对NOR的去除及滤料存留效果均为最佳;调节石英砂粒径更利于SUL的滤料存留。预处理-过滤时调节石英砂厚度更利于TET及NOR的去除;调节石英砂厚度及滤料停留时间更利于SUL和CLI的去除;调节石英砂厚度及粒径对四类抗生素抗性细菌的滤料存留效果均为最佳。此外,预处理-过滤联动工艺比过滤工艺的去除效果更显著,不同种类的抗生素抗性细菌适宜不同的过滤条件。
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