污水生物处理中抗生素的去除机制及影响因素

环境中的抗生素污染日益严重,其诱导产生的抗生素抗性成为人类健康的重大威胁.通过对世界多地污水处理厂进、出水中抗生素浓度水平的文献调研汇总,发现当前的污水处理工艺不能实现抗生素的有效去除.吸附和生物降解是污水中抗生素的主要去除途径,因此本文深入地分析了吸附的作用机制和不同种类抗生素吸附程度的差异;从生物降解性能、降解菌和降解产物等方面分析抗生素在污水生物处理过程中的生物降解作用;分析讨论了水力停留时间、污泥停留时间、温度和工艺选型(传统活性污泥法、膜生物反应器和生物脱氮工艺)等污水生物处理工艺的运行条件对吸附和生物降解途径的影响,进而解析对抗生素去除效果的影响.菌群组成、生长基质供应情况和微污染物共存情况等因素对污水生物处理中抗生素迁移转化的影响需要更深入地研究.     

pH对污泥厌氧消化过程中抗生素降解迁移的影响

抗生素作为一种新型污染物,可随着城市污水厂中污泥的处理处置单元最终进入环境中,对人类健康造成潜在威胁.以城市污水厂的剩余污泥为研究对象,考察在不同初始p H(p H=5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5)条件下,12种抗生素在污泥厌氧消化过程中降解迁移的规律.结果显示,p H为7.5时,总抗生素去除率最高,为55.7%;p H为5.5时,总抗生素去除率最低,仅为21.7%.厌氧消化后,抗生素明显由固相向液相迁移,且总抗生素去除率与其固相迁移至液相的抗生素含量显著相关.     

固定化微生物对低温河水脱氮效果的中试研究

利用微生物净化受污染河水是目前常用的地表水体修复方法,但低温条件下微生物代谢缓慢,酶活性下降,在寒冷季节难以维持对河水的净化效果.本研究采用固定化的方法提高微生物的低温耐受性,通过中试试验考察自然挂膜的固定化微生物、经低温驯化的预挂膜固定化微生物及预挂膜固定化微生物耦合生物促生剂这3种方法对低温河水中COD及氮素类污染物的去除效果.结果表明,在低温条件下3种方法均能有效提升河水的净化效果,静止条件下,河水中COD、NH₄⁺-N、NO₃^--N和TN的去除率由分别由21.3%、37.2%、8.5%和6.9%提升至72.3%~77.9%、48.6%~62.7%、35.3%~42.3%和26.2%~31.9%.COD去除率在2~3 cm·s^-1流速下明显优于静止条件,总氮去除率在2 cm·s^-1流速下最高.自然挂膜和预挂膜微生物对河水中污染的去除无明显差别,添加促生剂对固定化微生物的净化作用没有进一步的提升,但功能菌群的微生物群落结构有所不同.促生剂的添加提高了河水中的微生物活性与群落多样性,但对固定化载体上的微生物无明显影响.固定化载体上的优势菌群均为低温下具有脱氮功能的Proteobacteria.此外,具有低温适应性的脱氮功能菌属Rhodoferax、Pedobacter及Pseudomonas在3组固定化载体上均有较高丰度,而自然挂膜的载体上及其河水中分别对Malikia属及hgcI_clade属具有显著特异性的富集（p<0.05）,这两种菌属均具有低温脱氮功能.     

污泥厌氧消化系统消化原料流变特性研究

考察了4种污泥厌氧消化原料的流变特性,研究了原料浓度、温度以及添加餐厨垃圾等因素对污泥流变特性的影响,以期为厌氧消化工艺的设计及设备选用提供基础参数.试验结果表明,脱水污泥、脱水污泥与餐厨垃圾混合物、剩余污泥、剩余污泥与餐厨垃圾混合物4种原料均为假塑性流体,且符合幂律方程.随消化原料固体浓度由1%增至10%,原料黏度升高.剩余污泥和剩余污泥与餐厨垃圾混合物在TS=3%时流变指数最大,而脱水污泥和脱水污泥与餐厨垃圾混合物在TS=5%时流变指数最大.添加餐厨垃圾可以改善污泥的流变特性,使得混合液的流变指数较纯污泥有不同程度的升高,使其更接近牛顿流体.随着温度由15℃升高到55℃,4种原料的黏度呈线性趋势降低,流变指数则逐渐升高,其中脱水污泥的黏度对温度变化最为敏感.     

同步脱氮除磷复配菌剂对河流水质净化效果研究

通过选择培养基、溴麝香草酚蓝（Bromothymol Blue,BTB）培养基筛选及脱氮除磷性能检测,从城市河道中成功筛选出6株异养硝化-好氧反硝化菌株,分别属于假单胞菌属（Pseudomonas）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、无色杆菌属（Achromobacter）和陶厄氏菌属（Thauera）,其中3株菌株兼具硝化、反硝化和聚磷能力,菌株MC-5除磷能力最优.在此基础上,将筛选出的6株单菌株进行复配,考察了复配菌剂在不同COD/TN下的脱氮除磷性能.根据群落结构变化分析,发现复配菌剂中的产碱杆菌属在脱氮除磷中发挥了更为关键的作用.水中碳源耗尽时补加碳源能显著提升复配菌剂的脱氮除磷性能,氨氮和总磷去除率分别由55.87%和50.48%提高到100%和98.89%,而水中COD/TN高于20会对微生物产生抑制作用.探究复配菌剂处理受污染河水最佳投加量的试验结果表明,投加量为1.69 g·m-3时,总磷指标能够从地表水劣Ⅴ类提高至Ⅲ类水质标准,氮类指标能够提升至接近地表水Ⅴ类水质标准.适当提高菌剂投加量能提高氮、磷元素降解速率,缩短河道水质修复时间.这说明本研究中的同步脱氮除磷...     

微生物电容脱盐燃料电池性能研究

以微生物电容脱盐燃料电池(MCDC)为研究对象,考察了反应时间、盐溶液浓度和电容电极对数对MCDC脱盐效率的影响.试验采用阳离子交换膜分隔阳极室与脱盐室,阴离子交换膜分隔阴极室与脱盐室.试验结果显示在处理5 g·L-1的NaCl溶液试验中,脱盐室溶液盐度先降低后升高,在反应运行30 min时,脱盐室达到最大脱盐率47.83%.同时发现在脱盐过程中,阳极室和阴极室溶液盐度持续降低,运行150 min后分别下降到15.24%和6.12%.随盐溶液浓度的增加,脱盐率降低,单位电极吸附量增加,根据Langmuir方程和Freundlich方程的线性拟合得到,MCDC最大脱盐吸附容量为72.99 mg·g-1,电容吸附为复杂度的双分子层吸附.电极对数从1对增加到4对,MCDC的脱盐效率提高了37.37%.通过电容电极反接,可在1 h内实现电容再生.     

生物电化学系统对河道沉积物中抗生素的强化去除

生物电化学系统已被证明可以有效降解废水或污泥中的抗生素,但对于河道沉积物中抗生素降解效果的研究还十分有限.本研究以河道沉积物为底物,考察了沉积物中本底抗生素在微生物电解池（microbial electrolysis cell, MEC）和微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）中的去除、迁移和降解效率,以及反应器运行期间的电化学性能和微生物种群结构变化.结果显示,MEC和MFC均可以强化沉积物中抗生素的去除,喹诺酮类抗生素和四环素类抗生素中的CTC的去除是向上覆水中迁移与生物电化学降解共同作用的结果,而大环内酯类抗生素和四环素类抗生素中的TC和OTC的去除主要是依靠生物电化学降解作用.TC和OTC在MEC中的降解效率分别比MFC高出82.6%和29.5%,而MFC对大环内酯类抗生素的降解效率比MEC高27.6%~40.6%.电化学性能测试结果显示,以河道沉积物为底物的MFC内阻较大导致其功率密度相对较低,但MFC阳极比MEC阳极表现出了更好的氧化效果.微生物种群结构变化分析发现,门水平上的Proteobacteria及其对应的纲水平上的Deltaproteobacteria和Gammaproteobacteria可能对抗生素的强化去除起到了主要的积极作用,而且MFC阳极比MEC更容易富集Proteobacteria.     

异养硝化-好氧反硝化菌株的分离筛选及复配菌剂对河水的净化效果

从天然河水中富集分离出8株异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌株.将单菌株根据其自身的种属类别及脱氮性能复配成5种由不同菌株构成的菌剂,优选出脱氮效果最佳的复配菌剂-2,其包括6株菌株,分别为Pseudomonas stutzeri MR1,Pseudomonas sp. MR2,Pseudomonas sp. MR3,Pseudomonas balearica MR4,Klebsiella variicola MR6和Catellibacterium terrae MR8.将复配菌剂-2投加至COD_Cr/TN比分别为20和5的河水中,其对NO₃^--N的去除率分别为87.1%和97.5%,期间无NO₂^--N积累;对NH₄⁺-N去除效果在第1 d分别达到96.6%和57.6%.复配菌剂可以获得对河水较高的反硝化脱氮效率,并可以强化河水中NH₄⁺-N的去除,对实际河水的脱氮净化具有较强的应用潜能.     

河道底泥中异养硝化-好氧反硝化菌群富集培养及其脱氮性能

采用选择性富集培养基,从河道底泥中成功筛选出具有氮素去除效果的优势微生物菌群:异养硝化-好氧反硝化菌群(H)、异养硝化菌群(Y)和好氧反硝化菌群(F).高通量测序分析结果显示,各混合菌群中脱氮功能菌的相对丰度分别为54.72%、46.26%和91.57%.在此基础上,考察了微量元素对3组混合菌群脱氮性能的影响,结果表明,混合菌群H和F在添加微量元素浓缩液0.5 mL·L~(-1)时脱氮性能最佳,在72 h时混合菌群H对氨氮、硝酸盐氮的去除率分别为69.11%和99.06%,混合菌群F对硝酸盐氮的去除率达99.62%;而混合菌群Y在不添加微量元素时氨氮的去除率最高,为82.60%.采用优化培养的3组混合菌群及其复合菌群(H+Y、Y+F、H+F、H+Y+F)分别对模拟河水进行处理,模拟河水的COD和氮素指标可从地表水V类水质净化至Ⅳ类水质,其中,复合菌群H+Y+F的氮素去除效果最佳,在36 h时氨氮、硝酸盐氮和总氮的浓度分别为0.182、0.000和0.501 mg·L~(-1),说明本研究富集筛选出的混合脱氮菌群在实际河水净化中具有潜在应用价值.