三氯卡班是一种典型的抗菌剂,由于具有高效的抑菌性、皮肤相容性等优点而被广泛应用于肥皂、牙膏、洗发水、医用消毒剂、织物、皮革及其他化妆品和日用品。自从问世以来,每年有大量的三氯卡班被生产和使用,不可避免的释放到环境中,实际上,在陆生环境和水生环境中三氯卡班检测浓度已达到ppb甚至ppm级别。据报道三氯卡班能够抑制某些微生物的生长和代谢,有一定的雌激素效应,因此对生态环境及人体健康存在潜在的危害。污水处理厂作为三氯卡班进入环境的最后一道屏障,主要通过活性污泥的生物吸附、沉淀以及其他生物反应去除进水中的三氯卡班。而普通的污水处理厂用于处理常规污染物,并没有设置降解新型污染物的单元,传统的城市污水处理厂中大部分三氯卡班不能被有效降解,而多数被污泥吸附或者一直存在废水中,对废水生物处理系统及后续污泥稳定化、资源化带来潜在的影响。到目前为止,尚未有研究系统地报道三氯卡班对污水-污泥生物处理系统的毒性影响。本文在污水和污泥两大体系中研究了三氯卡班的迁移转化、对污水脱氮除磷效果及污泥厌氧发酵、厌氧消化的影响及机理分析。首先研究了三氯卡班在污水-污泥生物系统中迁移转化行为,结果发现绝大多数的三氯卡班被活性污泥吸附,同时发现Carbanilide,4-Chloroaniline和Aniline是三氯卡班在活性污泥系统中的主要中间代谢产物。三氯卡班在厌氧污泥系统中具有较高稳定性,在此系统中三氯卡班主要降解产物为4,4’-Dichlorocarbanilide和Carbanilide。此外,分析了三氯卡班对活性污泥理化性质影响,结果发现,三氯卡班短期暴露对活性污泥胞外聚合物成分与结构以及活性污泥的沉降性、疏水性、出水浊度均无影响,但对活性污泥絮凝性和脱水性有轻微抑制影响。三氯卡班长期暴露实验发现,低浓度(10μg/L)三氯卡班暴露对活性污泥沉降性、出水浊度、脱水性及胞外聚合物含量均没有影响,但是高浓度(50、100μg/L)三氯卡班暴露显著降低了活性污泥沉降性和脱水性,增加了活性污泥出水浊度和胞外聚合物含量,导致活性污泥微生物胞外聚合物成分与结构发生改变。在此基础上,进一步研究了三氯卡班对活性污泥脱氮除磷、胞内聚合物转化及相关酶活的影响。研究发现:三氯卡班的短期暴露对废水生物处理系统运行效果没有影响。低浓度(10μg/L)三氯卡班长期暴露对活性污泥系统中氮磷去除、胞内聚合物转化及相关酶活影响不大,但是高浓度三氯卡班(50和100μg/L)长期暴露严重地抑制活性污泥系统中氮磷去除,机理研究发现高浓度三氯卡班长期暴露能够影响微生物胞内物质的转化,降低了相关脱氮除磷微生物(氨氧化菌、亚硝酸盐氧化菌、聚磷菌)及相关酶功能酶(氨单氧化酶、亚硝酸盐氧化还原酶、聚磷酸酶外切酶等)活性,导致活性污泥系统中硝化、反硝化、厌氧释磷、好氧吸磷以及反硝化吸磷过程受到抑制。本文进一步分析了三氯卡班对厌氧污泥系统影响。在污泥稳定化过程中,三氯卡班对剩余污泥稳定化过程中的pH没有影响,但能刺激细胞分泌较多的蛋白质和多糖,促进污泥系统VSS减量,有利于剩余污泥稳定化与减量化。同时,评估了三氯卡班对厌氧污泥发酵产酸、产氢以及污泥厌氧消化产甲烷、污泥裂解、相关厌氧污泥生物过程、厌氧污泥系统中关键酶的活性以及微生物群落的影响。结果发现三氯卡班暴露能促进污泥系统短链脂肪酸(SCFAs)产生,特别是乙酸的产生,导致乙酸占总酸比例升高;同时在污泥厌氧产氢过程中发现,三氯卡班不仅能提高污泥累计产氢量还能提高污泥的产氢速率;但是三氯卡班的暴露对污泥消化产甲烷具有抑制作用。机理研究发现,三氯卡班暴露对厌氧污泥溶解阶段有明显的促进作用,产生大量有机物,对水解阶段无影响,但对污泥酸化阶段和乙酸化阶段有显著的促进作用,对甲烷化和同型产乙酸阶段阶段有严重的抑制作用。微生物分析显示,三氯卡班暴露增加了微生物群落多样性及产酸产氢微生物(特别是产乙酸)丰富度,同时还促进了污泥系统中相关产酸关键酶的活性。