金霉素对SBR污水生物脱氮及氧化亚氮排放的影响研究

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抗生素的广泛应用以及抗生素的生物积累性和低吸收率使得抗生素废水已成为全世界范围的环境问题。污水处理厂作为抗生素抗性基因传播的重要受体汇集了大量抗生素,但抗生素对污水处理工艺的影响及其机理尚不清楚。本文通过搭建厌氧/好氧/缺氧序批式反应器考察了不同浓度(0.1、1和10 mg/L)的金霉素对污水生物脱氮及氧化亚氮(N2O)排放的影响,并结合典型周期内金霉素和氮元素(氨氮、硝氮、亚硝氮、气态N2O和溶解态N2O)的转化及胞外聚合物(EPS)和微生物代谢途径的变化探究了金霉素影响生物脱氮和N2O排放的作用机理。结果表明,金霉素可抑制生物脱氮性能并加剧N2O排放。10 mg/L金霉素存在下,系统氨氮和总氮去除能力分别从62.1±0.26和60.8±0.47 mg-N/g-VSS降至45.9±0.66和43.7±0.88 mg-N/g-VSS,降幅分别为26.1±0.77%和28.1±0.91%。然而,10 mg/L的金霉素使得N2O排放因子从4.96±0.06%增至7.14±0.45%,增幅达43.9±7.33%。结合氮元素浓度的典型周期变化发现,低浓度(0.1mg/L)的金霉素会抑制反硝化过程,而较高浓度(1和10 mg/L)的金霉素对硝化和反硝化过程均产生抑制作用。金霉素浓度的增加使得N2O在好氧段的主要排放途径由羟胺不完全氧化向硝化菌反硝化转变,最终增加N2O的总排放量。此外,机理研究表明,金霉素的存在不仅会降低系统环境的p H,增加游离亚硝酸的浓度,抑制微生物活性,还会刺激微生物分泌EPS,并与之结合形成EPS-CTC共轭物,阻碍物质传递,加剧氧化还原酶之间的电子竞争,使得氨单加氧酶与亚硝酸氧化酶的活性比率和硝酸还原酶与亚硝酸还原酶的活性比率均大于1,从而导致亚硝酸积聚,增加N2O的排放。本文考察了金霉素对污水生物脱氮性能和N2O排放的影响,并尝试从EPS角度阐述金霉素与微生物代谢之间的相互作用机制,为深入理解抗生素在污水处理厂中的环境行为提供了新见解,为污水处理厂针对抗生素处理提供了基础数据。
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