论文部分内容阅读
抗生素普遍应用在医疗及畜牧养殖等行业中,由于其连续不断地输入环境中并且具有难降解的特性,从而呈现出“假持久性”,在水环境中被广泛检出。本课题采用广州市沥滘污水处理厂二沉池污泥作为接种污泥启动序批式生物膜反应器(Sequencing Biofilm Batch Reactor,SBBR)和曝气生物滤池(Biological Aerated Filter,BAF),探讨了抗生素对生物脱氮系统的影响及其去除情况。通过在甲氧苄啶(Trimethoprim,TMP)和环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)两种抗生素投加下有机物、氮素及微生物群落结构的变化情况,考察了典型抗生素对SBBR中生物脱氮性能的影响,研究了两种抗生素在生物脱氮过程中的去除情况,并进一步采用以火山岩为填料的BAF对两种抗生素的去除效能进行了研究。研究结果表明:短期内单独投加TMP不会对硝化作用产生明显影响,而高浓度(10mg/L)的CIP会影响硝化作用,两种抗生素对反硝化作用并未产生明显抑制。长期影响试验中,前期生物脱氮能力均受到TMP和CIP的抑制,后期TMP投加组能够恢复,而有CIP投加的实验组中AOB得到恢复但NOB依然受抑制,且混合投加组抑制更强。在生物脱氮能力受到的抑制的同时,反应器中EPS含量也明显下降。TMP单独投加提高了物种丰度和多样性,有CIP投加的实验组中物种丰度和多样性下降。门水平上,不同反应器中的优势菌群占比虽有一定变化但依然为拟杆菌门、变形菌门和绿弯菌门。纲水平上,与脱氮相关的α变性菌纲受到两种抗生素抑制,γ变性菌纲对CIP有较强的耐受性;属水平上,与反硝化相关的Zooloea和红杆菌属对两种抗生素的适应能力更强。q PCR结果表明,抗生素会抑制生物脱氮功能菌活性,但功能菌绝对数量并不会减少,反而有一定程度的增大。抗生素长期投加驯化后,单独投加情况下TMP去除率从初期的10%大幅度提高至65%,推测其去除途径主要为生物降解,而混合投加中由于CIP的影响使TMP去除率并未明显提高。相比之下,CIP在初期的去除率均较高,后期下降至5%左右,推测其去除途径主要为吸附。周期试验中表明,TMP和CIP的去除均与总氮的去除呈显著相关。硝化试验表明,相比于TMP单独投加组,CIP单独投加及两种抗生素混合投加组中NOB依然受到一定程度抑制,6h时亚氮累积量分别达到11.2 mg/L、20.2 mg/L。TMP和CIP的去除均与硝化过程中氨氮的去除呈显著相关,其中TMP在硝化过程主要通过生物降解去除,而CIP主要通过吸附去除。反硝化试验表明,相比于TMP单独投加组,CIP单独投加及两种抗生素混合投加组的反硝化过程得到一定程度促进。仅TMP单独投加时,其去除与反硝化过程中硝氮的去除呈显著相关,但相关性小于硝化作用过程。CIP单独投加及混合投加实验组中,TMP和CIP的去除与反硝化作用并未呈显著相关,此外,TMP在驯化前后去除率并未有明显变化,CIP主要通过吸附去除。BAF中,两种抗生素投加对脱氮性能特别是硝化作用性能并未有明显影响,氨氮去除能力都在92%以上。TMP和CIP对BAF中物种丰度和多样性产生了明显影响,单独投加TMP提高了反应器中的物种丰度,而有CIP投加的实验组中,物种丰度及多样性均有明显下降。纲水平上,硝化螺旋菌纲、α变形菌纲和γ变形菌纲总的相对占比在各反应器中均有明显优势(30%以上)。单独投加时,TMP去除率逐渐提高至90%左右,混合投加中TMP受到CIP的影响去除率未明显提高。两种投加方式中CIP去除率均在30%～60%波动。批次试验表明,以火山岩为填料的BAF对抗生素既有物理吸附又有生物降解作用,其中TMP以生物降解为主,CIP以吸附去除为主。