医院典型废水处理工艺单元的抗生素去除效果与评价

采用固相萃取-高效液相色谱法同时检测了医院废水中2种喹诺酮类(氧氟沙星、环丙沙星)和4种磺胺类(磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑)抗生素,并对医院废水处理工艺的抗生素去除能力进行了评价。结果表明,现行医院废水处理工艺对抗生素的去除能力介于36.3%~100%,废水处理工艺对医院废水中抗生素的去除能力由大到小为:"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯""化粪池→加氯""好氧池→沉淀池→加氯";"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星和环丙沙星的去除率分别为92.5%和95.6%,磺胺甲基嘧啶的去除率为45.8%;"化粪池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星的去除率达到97.4%,环丙沙星、磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶的去除率分别为75.0%、57.9%、36.3%;"好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶去除率达到100%,氧氟沙星、环丙沙星和磺胺甲叶恶唑的去除率分别为59.5%、10.9%和53.8%;厌氧单元对氧氟沙星去除效果较差,对磺胺嘧啶去除效果较好;纯氧曝气好氧单元对环丙沙星、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑和氧氟沙星的去除率分别为76.0%、62.5%、77.3%、68.4%和13.9%;加氯消毒单元对磺胺二甲基嘧啶的去除效果较差,对磺胺甲叶恶唑的去除效果较好,对其他4种抗生素的去除率也能达到50%以上。     

人粪便好氧堆肥过程中典型抗生素的消减特性

以人粪便和锯末为试验材料,进行3种不同温度(55℃、35℃和无温控)控制条件下的好氧堆肥试验,对比温度对堆肥过程中4种人们大量应用的抗生素(四环素、金霉素、磺胺嘧啶和环丙沙星)消减特性的影响.同时分别对抗生素在水环境、锯末载体和人粪便加锯末堆肥中的降解进行针对性试验,分析人粪便好氧堆肥中影响抗生素降解的主要因素或作用,并对其贡献进行了评价.结果表明,4种抗生素在高温堆肥中的去除效果最好,其去除率都在90%以上.相比磺胺嘧啶和环丙沙星,金霉素和四环素的降解对堆肥温度依赖更强.四环素和金霉素在堆肥中的去除主要为水解作用导致的去除,而磺胺嘧啶和环丙沙星的去除则主要归因于锯末有机质对其吸附的影响.与其它3种抗生素不同,微生物作用对堆肥中环丙沙星降解的影响是重要的,贡献率接近20%.     

超声-Fenton法对沼液中3种四环素类和3种磺胺类抗生素氧化去除的研究

近年来,各类抗生素被广泛用于畜禽养殖,并经动物代谢后随粪便和尿液排出体外.代谢物通过沼气工程处理后,得到的沼液又多用于灌溉,使得抗生素进入环境被农作物吸收,进而通过食物链的传递对人体产生危害,因此,沼液中抗生素的去除就显得尤为重要.本文选择畜禽养殖中使用较多的6种抗生素作为目标物质,采用超声-Fenton氧化技术进行去除.通过设置单因素实验考察了超声能量密度、H_2O_2浓度、pH值、n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))对抗生素去除的影响,并利用响应曲面法研究了各个因素的交互性影响,拟合出去除抗生素的最优条件.结果表明,通过单因素试验筛选出的最佳反应条件为:pH=4,H_2O_2浓度为0.04 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10,超声能量密度为0.050 kW·L~(-1),在此条件下四环素、土霉素、金霉素、磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶的去除率分别为91.90%、93.65%、86.09%、87.30%、77.54%、88.21%;再经由响应曲面法进一步优化实验方案得出优化条件为:pH=3.80,H_2O_2浓度为0.04 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10.9,超声能量密度为0.055 kW·L~(-1),在此条件下四环素、土霉素、金霉素的去除率分别为92.04%、94.23%、88.46%,磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶的去除率分别为87.98%、80.78%、89.58%,养分TN、TP、TK的保留率分别为99.1%、98.6%、100.2%.可见,超声-Fenton氧化法对沼液中抗生素的去除效果良好,同时又可保留其养分.响应曲面法对优化超声-Fenton氧化去除沼液中的抗生素具有实际应用价值,这为沼液中抗生素的去除提供了一条可能的途径.     

人工湿地去除污水中抗生素及其抗性基因研究进展

针对污水中抗生素及抗生素抗性基因的存在及潜在危害,总结了人工湿地去除污水中抗生素及其抗性基因研究的最新进展。已有研究表明:人工湿地对污水中抗生素的去除率为60%~100%,对抗生素抗性基因的去除率为10%~100%,季节、进水水质、水力停留时间、温度、pH、微生物、植物、基质等是影响人工湿地去除抗生素及其抗性基因的主要因素,微生物降解、光降解、吸附、植物吸收和植物降解是主要去除机制。人工湿地虽然可以去除抗生素及其抗性基因,但抗生素在基质的富集以及出水抗生素抗性基因丰度的增加会带来潜在风险,值得关注。新型人工湿地处理技术对抗生素及其抗性基因和传统污染物的协同去除机制,以及人工湿地各要素的去除机理和贡献、耦合生物电化学作用的人工湿地技术是未来的重要发展方向。     

pH值和离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响机制

磺胺二甲基嘧啶作为普遍使用的抗生素代表,可通过动物粪便施肥及药物不规范使用进入到环境中.针铁矿是土壤中分布广泛且活性较高的一种矿物,会对磺胺二甲基嘧啶的环境行为产生一定的影响.为了正确评估磺胺二甲基嘧啶的环境风险,本文考察了溶液pH值、离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.结果表明:磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附具有明显的非线性,且吸附具有明显的滞后现象,吸附等温线可以用Freundlich模型较好的拟合(R~2=0.991);磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附随着pH值的增加先增加后减小,随着离子强度的增加开始有微弱的增加然后保持不变;在酸性和中性条件下,表面络合作用是主导磺胺二甲基嘧啶在针铁矿表面上吸附的主要机制,在碱性条件下静电斥力是主导吸附的主要作用力.因此,在评估抗生素的环境行为时,应该考虑不同的环境条件对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.     

大通湖表层水体中抗生素赋存特征与风险

为了评价大通湖表层水体中典型抗生素的赋存特征及生态风险等级,采用超高效液相色谱-串联质谱仪（UPLC-MS/MS）检测了4类12种（磺胺类,磺胺增效剂,喹诺酮类和四环素）抗生素的浓度水平.结果表明：除氧氟沙星外,其余11种抗生素均有检出,其总浓度为0.19~261.89ng/L;磺胺嘧啶的平均浓度最高（37.41ng/L）,其次为磺胺甲恶唑（12.34ng/L）>沙拉沙星（8.55ng/L）>恩诺沙星（8.04ng/L）>甲氧苄啶（7.56ng/L）>金霉素（3.92ng/L）,并且磺胺嘧啶、四环素、沙拉沙星、金霉素、磺胺甲恶唑和甲氧苄氨嘧啶的检出率均超出50%,处于较高水平.与部分河流、湖泊相比,大通湖抗生素的浓度除磺胺嘧啶和恩诺沙星外,基本处于较普通水平;在空间分布上表现为明显的差异性.环境和健康风险评价结果表明：磺胺甲恶唑、沙拉沙星和环丙沙星为大通湖主要的风险因子,RQ>1,对洞庭湖有较高的潜在风险;点位S2、S3、S6对大通湖周围环境具有较高的累积风险,主要的贡献因子分别为恩诺沙星和沙拉沙星、磺胺甲恶唑和环丙沙星;11种抗生素通过饮水途径对成人和儿童的健康风险指数R_QH处于8.74×10^-8~9.17×10^-3之间,且通过饮水途径摄入抗生素对儿童的健康风险高于成人.     

磺胺类药物在土壤中的形态转化及降解研究

采用批量平衡试验法研究了磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑在添加模拟根系分泌物处理和对照中的形态转化及降解规律.结果表明,有机溶剂提取态、水溶态和结合态含量占总量的比例分别为86.5%~98.5%、0.6%~7.3%和0.1%~12.5%,有机溶剂提取态是2种药物在土壤中的主要存在形态.结合态所占比例随时间的增加而增高,添加模拟根系分泌物有利于土壤中磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑结合态的形成,对水溶态和有机溶剂提取态形成的影响较小.土壤中磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑的降解遵循一级反应动力学,可决系数为0.9273~0.9963.2种药物在添加模拟根系分泌物处理中的降解速率大于在对照的降解速率.     

4种磺胺类药物及乙酰化代谢物在污水处理厂的去除及机制

乙酰化代谢物是磺胺类药物的重要代谢产物.为研究4种常见磺胺类药物及其乙酰化代谢物在污水厂中的去除机制,根据污水停留时间采集厦门某A2/O型工艺污水厂不同处理单元的污水和污泥样品,采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法检测目标化合物.结果显示,8种目标物中有6种在水体中被检测出,污泥中有5种目标物被检测出.计算总去除率及各个处理单元间的去除率,结果表明,磺胺二甲基嘧啶在污水厂中总去除率几乎为0,而其他5种化合物都有不同程度的去除,但不同目标物在各处理单元的去除率不同.利用质量平衡,分析各物质可能的去除机制,磺胺二甲基嘧啶可能去除机制为污泥吸附,磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶和磺胺甲唑可能的去除机制均为生物降解.     

4种磺胺类药物及乙酰化代谢物在污水处理厂的去除及机制

乙酰化代谢物是磺胺类药物的重要代谢产物。为研究4种常见磺胺类药物及其乙酰化代谢物在污水厂中的去除机制,根据污水停留时间采集厦门某A2/O型工艺污水厂不同处理单元的污水和污泥样品,采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法检测目标化合物。结果显示,8种目标物中有6种在水体中被检测出,污泥中有5种目标物被检测出。计算总去除率及各个处理单元间的去除率,结果表明,磺胺二甲基嘧啶在污水厂中总去除率几乎为0,而其他5种化合物都有不同程度的去除,但不同目标物在各处理单元的去除率不同。利用质量平衡,分析各物质可能的去除机制,磺胺二甲基嘧啶可能去除机制为污泥吸附,磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶和磺胺甲噁唑可能的去除机制均为生物降解。     

长期施用粪肥蔬菜基地蔬菜中典型抗生素的污染特征

利用高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)技术,分析了珠三角地区某长期施用粪肥蔬菜基地蔬菜中16种典型抗生素的含量,并初步评价其健康风险.结果表明,绝大部分抗生素不同程度被检出,检出率为11%～100%,大多数含量<5μg·kg-1(干重),最高为23.88μg·kg-1,平均为0.91μg·kg-1,以恩诺沙星、环丙沙星、磺胺二甲基嘧啶和磺胺嘧啶为主.各蔬菜样品中至少检出1种抗生素,最多达10种.蔬菜不同器官中喹诺酮类抗生素含量为地下部>地上部.人体通过食用研究区蔬菜摄入抗生素的量低于日允许摄入量(ADI),表明其健康风险较小,但多种抗生素的联合毒性及其耐药性问题不容忽视.     

4种典型抗生素在反硝化体系中的去除特性

污水处理厂是抗生素的重要汇集场所,反硝化是污水处理厂生物脱氮的关键环节.为了探究抗生素在反硝化污泥体系的去除特性,选取诺氟沙星(NOR)、土霉素(OTC)、磺胺甲■唑(SMX)和甲氧苄啶(TMP),对比研究了其在不同碳源条件下的变化规律,评估了吸附和生物降解等途径对抗生素去除的贡献.结果表明,反硝化脱氮体系对NOR、 OTC和TMP具有一定的去除作用,且NOR和OTC可被用作碳源进行反硝化.反硝化污泥对NOR和OTC的去除是快速吸附和缓慢生物降解的过程,其中,吸附对NOR和OTC总去除量的贡献率分别达到83.5%和58.9%,生物降解的贡献率分别为16.5%和41.1%.在吸附过程中,胞外聚合物(EPS)吸附的贡献率达到40%以上,而在OTC的生物降解过程中,P450酶发挥重要作用,其贡献率达到20%.     

3DBER系统功能强化与协同作用机制研究

针对污水厂二级生物处理出水C/N低且可生化性差、深度脱氮需外加碳源等问题,结合污水资源化对二级处理出水深度去除TN、TP和微污染物的技术需求,通过改变传统三维电极生物膜工艺（3DBER）的填料组成,构建了强化反硝化脱氮、并具备同步除磷、除微污染物（以邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸（2-乙基已基）酯（DEHP）为例,用PAEs表示）功能的3DBER多功能复合反硝化系统,探讨了3DBER工艺强化脱氮同步实现除磷、除微污染物复合功能的技术途径,并从工艺性能、微生物种群分布等角度,深入解析了实现复合功能的技术方法与微观作用机制.结果表明,硫/铁复合功能填料是实现低C/N二级生物处理出水深度脱氮、除磷、除微污染物的关键因素,多功能复合反硝化系统脱氮效率比传统3DBER工艺平均提高20%左右,TP去除率可达80%,PAEs去除率在90%以上.化学计量学和分子生物学技术的分析表明,复合系统脱氮、除磷过程中在微生物生态、电子供体补偿和酸碱度平衡等方面存在协同促进作用.其中,脱氮功能来自异养与多种自养反硝化共同作用,除磷的关键是海绵铁的持续腐蚀,PAEs的去除过程则是吸附、电化学氧化与生物降解协同作用的结果.     

垂直流动态强化下基质对污染物的吸附活性及机理

基质作为人工湿地的骨架部分,对污染物的去除发挥着重要作用。选择黄土球、无烟煤与页岩陶粒,在不同进水负荷的垂直流动态条件下,对污染物去除进行比较,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其矿物组成与表面形貌进行分析,以深入探讨黄土球等基质的吸附活性及机理。结果表明:黄土球因其本身的去质子化作用,对NH₄+-N具有极好的吸附活性,试验初始阶段NH₄+-N去除率达到80%;同时,在较高磷浓度的进水负荷下,黄土球的静电作用与原子配位反应提升了其对可溶性反应磷(SRP)及颗粒磷(PP)的吸附能力;此外,黄土球的物理吸附作用对于COD的去除率均值达到50%,并改善水体中以芳香类为主的溶解性有机质(DOM)组成;无烟煤同样具有高效的吸附活性,对TP去除率能达到80%,单位基质磷吸附能力为6.89 mg/kg;无烟煤吸附机理以静电吸附为主,致使去除水体中的SRP效率更高,占据磷去除总量的44%;页岩陶粒则源于自身丰富的金属矿物成分,对PP有良好的结合吸附作用。3种基质在连续试验中均表现出对不同污染物的吸附活性,在连续试验中对污染物的"吸附疲性"也有着显著差异。基于试验结果和机理分析发现,黄土球具有潜在的湿地基质应用价值,并有助于改善水质中的DOM组分。     

Removal of sulfamethazine antibiotics by aerobic sludge and an isolated Achromobacter sp. S-3

Removal characteristics of sulfamethazine (SMZ) by sludge and a bacterial strain using an aerobic sequence batch reactor (ASBR) were studied. Operating conditions were optimized by varying the reaction time and sludge retention time (SRT). An Achromobacter sp. (S-3) with the ability to remove SMZ was isolated from the ASBR. The effects of different operating parameters (pH and temperature) on the biodegradation of SMZ by S-3 were determined. The results indicate that, between 0.5 and 4 hr, reaction time of the ASBR had a significant effect on the SMZ removal efficiency in the system. The SMZ removal efficiency also increased from 45% to 80% when SRT was prolonged from 5 to 25 days, although longer SRT had no impact on SMZ removal. The SMZ adsorption rate decreased with increasing temperature, which fitted Freundlich isotherm well. The removal of SMZ in the ASBR was due to the combined effects of adsorption and degradation, and degradation played a leading role.     

硫酸盐还原菌活性污泥胞外聚合物对环丙沙星的吸附机制

胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)是微生物污泥的重要组成部分,在废水生物处理过程中起着至关重要的作用.通过上流式硫酸盐还原反应器(sulfate-reducing up-flow sludge bed,SRUSB)的连续运行和批次实验评价了硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)活性污泥对环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)的去除以及EPS在CIP去除过程中所起的重要作用.结果表明,SRB污泥可通过吸附和生物降解有效去除CIP,其中吸附是主要去除途径,EPS在吸附过程中起到重要作用.采用三维荧光光谱结合平行因子分析探究了SRB活性污泥的EPS与CIP结合的机制;采用傅里叶红外光谱分析鉴定了EPS中参与CIP结合的主要官能团.EPS主要通过静态猝灭与CIP结合形成EPS-CIP复合物,其中色氨酸和酪氨酸类蛋白质是EPS中主要参与CIP结合的物质,结合常数分别为1.43×104L·mol~(-1)和1.02×104L·mol~(-1);红外分析表明,羟基、氨基和羧基是EPS中主要参与CIP结合的基团.实验结果揭示了SRB污泥的EPS与CIP结合的机制,有助于更好地理解EPS在SRB污泥系统去除CIP,以及其他有机微污染物的过程中所起的重要作用.     

复合磁性纳米凝胶球对典型抗生素的吸附特性

以复合磁性纳米凝胶球(Fe₃O₄@PVA-SA-PAC)为吸附剂,探究其对水中磺胺甲噁唑(SMX)、环丙沙星(CIP)、甲氧苄啶(TMP)抗生素类污染物去除效果,并分析pH、投加量、污染物初始浓度、吸附时间等因素对吸附过程的影响。结果表明:pH=3时最有利于抗生素吸附;吸附量随着初始浓度增大而上升,随着投加量增加而下降;3种抗生素吸附表现为物理吸附和化学吸附共存、均质单分子层吸附与非均质多分子层吸附共同作用的状态。其中SMX与CIP吸附更符合准二级动力学模型,而TMP更符合准一级动力学模型;温度为308 K时,Langmuir与Freundlich方程均达到较高拟合度(0.938≤R2≤0.998),此时SMX、TMP和CIP的最大吸附量分别为47.188,59.649,96.468 mg/g;竞争性吸附试验表明复合凝胶球可同时吸附多种目标抗生素污染物,具备良好吸附应用前景。     

PACT工艺系统中的吸附和生物降解性能研究

通过对比研究生物活性炭法(PACT)中各作用相对实际废水和模拟废水中污染物的吸附和生物降解性能,以及活性炭用量和污泥量对PACT降解污染物动力学的影响,探讨了PACT系统对废水处理的特征和作用机理. 结果表明:PACT工艺对污染物的去除效果要优于纯活性炭吸附和活性污泥法,且对污染物具有更好的持续去除效果. 活性炭用量越大,PACT工艺的处理效果越好,最佳污泥量〔以ρ(MLSS)计〕在1 500 mg/L以上. 动力学曲线拟合结果表明,伪二级动力学方程可以精确拟合PACT工艺降解有机物的过程,表明PACT工艺中吸附过程并非系统的控制步骤,生物降解性能至关重要. PACT系统污泥中活性炭的扫描电镜照片证明了活性炭作为微生物载体进行生物作用的事实,固定化载体作用是PACT系统主要的强化作用机理.      

间歇式生物反应器中PHACs的吸附降解性及动力学特性

利用间歇反应器考察了非那西丁(PNT)、吉非罗齐(GFZ)、咖啡因(CAF)、双氯芬酸(DCF)和胆固醇(CH)5种医药类污染物分别在厌氧、缺氧及好氧条件下的吸附与降解特性,并通过动力学拟合深入考察目标物的降解速率及所符合的反应级数.研究表明,PNT在4 h内就能得到100%的降解,GFZ与CH能通过吸附与降解得到部分或全部去除.好氧条件下目标物的泥水分配系数kp值与降解速率均高于缺氧与厌氧条件,好氧条件下CAF的去除率达到99%以上.5种目标物除PNT外都有不同程度的吸附,目标物的污泥吸附能力为CHDCFGFZCAF;动力学拟合结果表明,生物降解动力学一级反应速率PNTCAF,二级反应速率CHGFZ;DCF几乎不能被生物降解,但符合二级吸附动力学模型,其平衡吸附量最高可达总投加量的71%.     

Transformation of erythromycin during secondary effluent soil aquifer recharging: Removal contribution and degradation path

Erythromycin (ERY), a widely used antibiotic, has recently been detected in municipal secondary effluents and poses serious threats to human health during wastewater reusing. In this study, the removal, fate, and degradation pathway of ERY in secondary effluent during soil aquifer treatment was evaluated via laboratory-scale SAT tests. Up to a 92.9% reduction of ERY in synthetic secondary effluent was observed in 1.0 m depth column system, which decreased to 64.7% when recharged with wastewater treatment plant secondary effluent. XRD-fractionation results demonstrated that the transphilic acid and hydrophobic acid fractions in secondary effluent compete for the adsorption sites of the packed soil and lead to a declined ERY removal. Moreover, aerobic biodegradation was the predominant role for ERY removal, contributing more than 60% reduction of ERY when recharged with synthetic secondary effluent. Destruction of 14-member macrocyclic lactone ring and breakdown of two cyclic sugars (l-cladinose and d-desosamine) were main removal pathways for ERY degradation, and produced six new intermediates.