四環(huán)素強(qiáng)化生物去除及其在自然水體中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究.pdf

1、藥品和個(gè)人護(hù)理品(PPCPs)作為一類廣泛使用和具有潛在生理效應(yīng)的“新型”微量污染物，由于持續(xù)排放、環(huán)境積累和毒害風(fēng)險(xiǎn)的特殊性而引起社會(huì)各界的普遍關(guān)注。由于水體中PPCPs污染物濃度低，生物毒性強(qiáng)，傳統(tǒng)污水生物處理工藝對(duì)其去除能力有限，因此需要研發(fā)針對(duì)PPCPs降解去除的生物處理新技術(shù)。另外PPCPs在自然環(huán)境中呈現(xiàn)出“持續(xù)存在”的狀態(tài)，其在環(huán)境水體中的歸宿及行為也亟待深入研究。因此，本論文選取四環(huán)素作為PPCPs的典型代表物，針對(duì)水環(huán)

2、境中四環(huán)素的強(qiáng)化生物去除及遷移轉(zhuǎn)化問(wèn)題，開(kāi)展了系列研究，豐富了現(xiàn)有污水生物處理理論，為水中PPCPs的有效降解提供技術(shù)和理論支持，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.由于污泥停留時(shí)間較長(zhǎng)，群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硝化污泥往往具有降解有毒有害污染物的能力。因此我們選用硝化污泥來(lái)去除四環(huán)素類污染物，并考察了四環(huán)素在硝化污泥系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及毒性行為。研究發(fā)現(xiàn)，在硝化污泥系統(tǒng)中，四環(huán)素主要通過(guò)污泥吸附和生物降解兩條途徑得到有效去除，其中生物降解

3、是四環(huán)素去除的主要途徑;污泥中氨氧化細(xì)菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的活性均受到四環(huán)素的抑制，而且NOB對(duì)四環(huán)素更為敏感;相較于四環(huán)素濃度較低的反應(yīng)器，硝化污泥在含有較高的四環(huán)素濃度的反應(yīng)器中表現(xiàn)出更好的硝化性能，并保留了更多的NOB，這主要是由于硝化污泥能在四環(huán)素的誘導(dǎo)下加速形成體積較大結(jié)構(gòu)密實(shí)的聚集體，從而使污泥具有多層結(jié)構(gòu)，對(duì)內(nèi)部微生物起到保護(hù)作用，這種誘導(dǎo)效果在高四環(huán)素濃度下更為明顯。
　　2.利用富集培養(yǎng)污泥體系

4、馴化并富集能夠耐受和降解藥物類污染物的微生物，從而增強(qiáng)污泥對(duì)較高濃度抗生素的耐受性和降解能力，進(jìn)而考察了高濃度四環(huán)素在富集培養(yǎng)污泥體系中的生物降解和毒性行為。研究發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素能夠被污泥通過(guò)吸附和生物降解的方式高效去除，其中以生物降解為主;體系中有機(jī)碳源的消耗與四環(huán)素的生物降解趨勢(shì)一致，說(shuō)明有機(jī)碳源是影響四環(huán)素生物降解的重要原因，共代謝很可能是體系中四環(huán)素生物降解的主要方式;四環(huán)素能夠抑制微生物的活性，降低微生物的脫氫酶活性;四環(huán)素對(duì)體系

5、中污泥的作用是多重的:一方面，對(duì)污泥中細(xì)菌起到篩選作用，淘汰部分微生物，富集優(yōu)勢(shì)菌群;另一方面，誘導(dǎo)污泥形成粒徑較大的聚集體，保護(hù)內(nèi)部細(xì)菌，保留群落多樣性。
　　3.利用光譜學(xué)和能譜學(xué)手段解析了胞外聚合物(EPS)與四環(huán)素相互作用的機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，污泥提取的EPS主要由蛋白質(zhì)、多糖和腐殖酸組成，其中蛋白質(zhì)在EPS與四環(huán)素的相互作用中起到重要作用;四環(huán)素能夠猝滅EPS的熒光信號(hào)，二者猝滅反應(yīng)的機(jī)制為靜態(tài)猝滅，說(shuō)明二者結(jié)合形成了復(fù)雜的

6、化合物。通過(guò)擬合計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該結(jié)合過(guò)程為自發(fā)進(jìn)行的放熱反應(yīng)，至少具有一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，且靜電力在其中起到了重要作用;EPS和四環(huán)素的作用影響了二者分子結(jié)構(gòu)中的多個(gè)官能團(tuán)，羥基、羰基和氨基均涉及在反應(yīng)中，其中四環(huán)素分子中的羥基基團(tuán)發(fā)生變化最為明顯，作為四環(huán)素發(fā)揮抗菌性的功能性官能團(tuán)，羥基的變化可能會(huì)影響四環(huán)素的活性，進(jìn)而影響其在水體環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化。
　　4.選取單寧酸和沒(méi)食子酸作為腐殖酸類物質(zhì)的典型代表物揭示了腐殖酸類物質(zhì)對(duì)四環(huán)素光解和

7、生物毒性等環(huán)境行為的影響機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，腐殖酸通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸收光子和與四環(huán)素通過(guò)疏水、范德華力等作用結(jié)合的方式幾乎完全抑制四環(huán)素的直接光解，并通過(guò)產(chǎn)生三重激發(fā)態(tài)天然有機(jī)物和提高羥基自由基的產(chǎn)率來(lái)促進(jìn)四環(huán)素的間接光解，其中三重激發(fā)態(tài)天然有機(jī)物為光解的主要驅(qū)動(dòng)力;腐殖酸類物質(zhì)會(huì)影響四環(huán)素的光解速率，但不會(huì)改變四環(huán)素的光解產(chǎn)物和光解途徑;腐殖酸類物質(zhì)能夠促進(jìn)四環(huán)素在微生物表面的吸附，提高四環(huán)素在微生物細(xì)胞內(nèi)的含量，從而增強(qiáng)四環(huán)素的生物毒性，另外四