好氧顆粒污泥系統(tǒng)處理含PPCPs污水的效能及微生物群落演替.pdf

1、近年來，藥品及個(gè)人護(hù)理用品(Pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)這類新興污染物在水體中的殘留成為新的環(huán)境問題，特別是一些地表水和城市污水中 PPCPs含量達(dá)幾十微克/升甚至更高。污水處理過程不能有效去除這類污染物，含有PPCPs的污水排入受納水體，給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來潛在危害。探尋經(jīng)濟(jì)有效的去除污水中PPCPs的處理技術(shù)和工藝已成為水處理研究者當(dāng)前面臨的一個(gè)新挑戰(zhàn)，也是水

2、處理領(lǐng)域非常重要的研究課題。具備高效能、成本低、反應(yīng)溫和等顯著優(yōu)勢的生物處理法，正逐漸成為處理污水中該類物質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。本研究利用微生物造粒固定化技術(shù)，對兩種生物處理工藝去除污水中5種抗菌消炎PPCPs污染物的效能進(jìn)行考察，并從微生物分子生態(tài)學(xué)水平探討反應(yīng)體系中微生物群落結(jié)構(gòu)演替和種群多樣性特征，對污染物的去除機(jī)制進(jìn)行深入研究。
　　通過優(yōu)化的工藝條件參數(shù)，在序批式顆?；锓磻?yīng)器(GSBR)和好氧顆粒污泥-膜生物反應(yīng)器(GMBR

3、)工藝中培養(yǎng)并獲得好氧顆粒污泥(AGS)。在GSBR體系中最終形成表面光滑、輪廓清晰、淡黃色顆粒，生物量累積3.8g/L，粒徑1.0～4.0mm的顆粒污泥占污泥總體積的80％，顆粒污泥的沉速與粒徑正相關(guān)，表現(xiàn)出良好的沉降性，微生物活性高。顆粒污泥中分泌的類蛋白質(zhì)促進(jìn)了污泥顆粒的形成和疏水性作用，成熟顆粒污泥含水率保持在96.7%~97.6%之間，明顯低于絮體污泥。而在GMBR體系中，最終形成表面光滑、質(zhì)地柔軟、米?；虿灰?guī)則橢圓狀的土黃色

4、顆粒，粒徑為1.0～3.0mm的顆粒污泥占污泥總體積的58.6%，生物量累積達(dá)5.1g/L，顆粒污泥沉降性能優(yōu)于普通活性污泥。
　　在已經(jīng)成功培養(yǎng)獲得好氧顆粒污泥的體系中，選取5種抗菌消炎PPCPs作為目標(biāo)污染物，考察GSBR和GMBR兩種工藝對5種物質(zhì)的去除效能和工藝運(yùn)行穩(wěn)定性。結(jié)果表明，在含有PPCPs的污水體系中顆粒污泥能夠較好地穩(wěn)定運(yùn)行，但5種目標(biāo)物的去除效果存在差異。GSBR工藝潑尼松龍的去除效果明顯，平均去除率84%，

5、萘普生、磺胺甲惡唑和諾氟沙星的去除率分別達(dá)70.5%、75.7%和79.8%，而布洛芬的去除率僅為45%。GMBR工藝對常規(guī)污染物和PPCPs的去除效果均有提高，顆粒吸附、生物降解與超濾膜截留對污水中幾種污染物的整體去除率有貢獻(xiàn)。其中對潑尼松龍、諾氟沙星、萘普生的去除效果較為理想，去除率分別提高至98.5%、87.8%和84%。對磺胺甲惡唑和布洛芬的去除率較前三種藥物去除率略有降低。污泥顆?；M(jìn)程提高了GMBR工藝對有機(jī)物的去除效率，C

6、OD去除率維持在90%左右，TP去除率逐漸提升至92%，TN去除率近95%，NH4+-N去除率保持在90%以上。此外，考察了污泥齡(SRT)與胞外多聚物(EPS)對工藝穩(wěn)定運(yùn)行中膜污染的影響，結(jié)果表明，GMBR體系有較強(qiáng)的抗膜污染能力，EPS中蛋白質(zhì)含量的增多維持了好氧顆粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，對反應(yīng)體系的膜污染有一定的緩解作用。
　　進(jìn)一步考察了好氧顆粒污泥對兩種代表性有機(jī)物磺胺甲惡唑(SMZ)和萘普生(NPS)的吸附和降解作用。研究表明

7、，好氧顆粒污泥對兩種藥物的去除是一個(gè)化學(xué)吸附和緩慢生物降解的過程。在相同條件下，初始濃度為10mg/L時(shí)，SMZ和NPS的生物降解占好氧顆粒去除該物質(zhì)的比例分別是59.4%和41.3%，表明顆粒污泥對SMZ的生物降解更明顯。Freundlich吸附等溫模型能較好地描述兩種物質(zhì)與顆粒污泥間的相互作用；準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型較好擬合了好氧顆粒污泥對兩種物質(zhì)的吸附過程，可以猜測它們之間的吸附是一個(gè)物理-化學(xué)吸附過程。
　　利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-

8、變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)和高通量測序?qū)煞N工藝的微生物群落演替和種群多樣性進(jìn)行分析，解析多層次多種微生物的作用規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GSBR和GMBR工藝的微生物群落演替具有明顯的差異性，出現(xiàn)各自的功能性優(yōu)勢種群。硬壁菌(Firmicutes)、亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)和嗜水氣單胞菌屬(Aeromonas)是兩種工藝降解藥物過程起重要作用的關(guān)鍵功能菌群，它們屬于抗藥性基因的攜帶者，這些微生物的存在可保證體系較高的