污泥负荷对生物处理系统耐药细菌的影响研究——以活性污泥法中磺胺嘧啶抗性异养菌为例

为了研究污水生物处理工艺中抗药性细菌生长和分布特性及污泥负荷的影响,构建了不同处理负荷的活性污泥工艺,并以磺胺嘧啶抗性异养菌为例,阐述了污泥负荷对活性污泥系统中典型抗药细菌的生长及排放特性的影响.结果表明,污泥负荷增大有利于磺胺嘧啶抗性异养菌的生长繁殖,负荷提高后净比生长速率和细菌产量分别由0.32d-1和2.3×106CFU/d提高至0.33d-1和3.1×106CFU/d,活性污泥、出水和剩余污泥中抗药菌的浓度也均显著提高(P0.05),但对抗药细菌的相对丰度无显著改变.低污泥负荷下[0.24kg COD/(kg MLSS?d)]抗药细菌主要通过剩余污泥形式排放,排放量比(泥中排放量/水中排放量)为28.4;负荷提高至0.4kg COD/(kg MLSS?d)后,出水抗药细菌排放量显著提高,排放量比为1.1.处理相同水量,高污泥负荷下排放的抗药细菌总量明显降低,提高污泥负荷有利于活性污泥系统抗药性风险的控制.     

Fe3O4-nZVI类Fenton法降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀和液相还原两步法制得四氧化三铁负载纳米零价铁(Fe₃O₄-nZVI),将其作为类Fenton反应的催化剂用于水中磺胺甲恶唑(SMX)的降解.通过批实验法研究了H₂O₂浓度、Fe₃O₄-nZVI投加量、pH值、SMX初始浓度、反应温度等因素对SMX降解的影响.SEM、EDS、XRD和XPS表征结果表明,制备的Fe₃O₄-nZVI为纳米级磁性复合材料.批实验结果表明,在一定实验条件范围内,提高H₂O₂浓度、Fe₃O₄-nZVI投加量和反应温度,以及降低体系pH值,均可提高SMX的降解率.动力学拟合参数表明,SMX的类Fenton催化降解符合拟一级动力学模型.在25℃时,当H₂O₂浓度为10mmol/L、Fe₃O₄-nZVI投加量为0.8g/L、pH=3、SMX初始浓度为10mg/L,SMX在180min时的降解率为99.61%.用VSM测得Fe₃O₄-nZVI的饱和磁化强度为105.52emu/g,表明其易于磁回收.重复利用实验表明,Fe₃O₄-nZVI具有较好的反应活性和稳定性.自由基淬灭实验表明,·OH的氧化作用是SMX降解的主要机理.     

磺胺甲恶唑对斑马鱼胚胎/仔鱼的毒性效应

为研究磺胺甲恶唑对斑马鱼胚胎/仔鱼的早期发育及抗氧化系统的影响,将受精2h的斑马鱼胚胎暴露在不同浓度的磺胺甲恶唑水溶液中,观察斑马鱼胚胎死亡率、孵化率、仔鱼心包囊肿率、心跳数、体长以及仔鱼内抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明,磺胺甲恶唑对斑马鱼胚胎/仔鱼120h的急性毒性半数致死质量浓度(LC50)为1 250.5mg/L;斑马鱼胚胎孵化率随着暴露浓度的增加呈现明显的下降趋势,96h胚胎孵化率抑制的半数有效质量浓度(EC50)为1 299.7mg/L;当暴露质量浓度≥1 500mg/L时,斑马鱼胚胎患心包囊肿率明显升高,呈现剂量—效应关系;经磺胺甲恶唑暴露96h的斑马鱼仔鱼30s心跳数及120h斑马鱼仔鱼体长总体降低;10~(-2)mg/L磺胺甲恶唑染毒96h后,即观察到斑马鱼仔鱼细胞出现明显的氧化损伤,过氧化氢酶的酶活性受到显著抑制,超氧化物歧化酶和谷胱甘肽S-转移酶被显著诱导,MDA含量显著增加。研究表明,磺胺甲恶唑暴露对斑马鱼胚胎细胞产生了明显的损伤,进而可能影响斑马鱼仔鱼的发育。     

超声降解水中的磺胺嘧啶

以磺胺嘧啶(SD)为研究对象,探讨了超声功率、初始浓度、pH值以及超声协同H2O2、Fenton、TiO2等组合工艺对超声降解SD效率的影响。实验结果表明,超声可有效降解水中低浓度的SD,尤其在酸性条件下,超声降解更为显著,降解过程遵循准二级反应动力学模型。加入H2O2或TiO2可在一定程度上促进SD的超声降解,加入Fenton试剂则显著提升SD的去除率。依据量化计算以及LC-MS测定结果,探讨了SD的超声降解机理。超声降解水中SD主要是基于.OH自由基的氧化过程。     

共价三嗪骨架活化过一硫酸盐降解磺胺甲恶唑

通过微波合成技术制备磁性共价三嗪骨架材料（MCTF）.利用SEM、TEM和FTIR对其形貌特征和表面基团进行表征分析;测定分析其微观介孔结构与饱和磁化强度;并将合成的MCTF用于活化过一硫酸盐（PMS）降解磺胺甲恶唑（SMX）.研究了MCTF/PMS体系降解SMX的主要影响因素,包括MCTF投加量、PMS浓度、pH值、无机离子.研究表明：在MCTF投加量0.3g/L,PMS浓度1.50mmol/L,SMX初始浓度0.05mmol/L的室温条件下,30min内SMX的降解率可达100%.随pH值升高,SMX的降解率随之降低.SO₄^2-与HCO₃^-对SMX的降解具有抑制作用,Cl^-则具有双重作用.循环试验证明MCTF具有良好的重复利用性能.MCTF/PMS体系中降解SMX的活性物质为硫酸根自由基（SO₄^-·）和羟基自由基（·OH）,并主要在催化剂表面生成反应;通过UHPLC-MS/MS对SMX的降解途径与产物进行推测分析.     

TiO2/EP光催化降解水体中微污染磺胺嘧啶的研究

制备了膨胀珍珠岩（EP）为载体的TiO2催化剂（TiO2/EP）,对使用较为广泛的抗生素磺胺嘧啶（SDZ）进行了光催化降解研究,探讨了TiO2的负载量、溶液的初始浓度、初始pH、无机离子（HCO3^-、SO4^2-和Cl^-）和腐殖酸（HA）对SDZ降解效果的影响。结果表明：SDZ的光催化降解符合一级反应动力学方程;当TiO2最佳负载量为20 wt%,SDZ浓度为5 mg/L,pH=6.7,紫外光照射强度为1 000μW/cm^2,反应时间为45 min时,SDZ的降解率达到96%;HCO3^-在低浓度时能促进SDZ的光催化降解,高浓度时促进作用不明显;SO4^2-和Cl^-对SDZ的光催化降解有轻微的抑制作用;HA对SDZ光催化降解有显著的抑制作用,浓度越高,抑制作用越强。UV-TiO2/EP是一种去除水体中微污染SDZ的有效方法。     

莱州湾近岸海域中典型抗生素与抗性细菌分布特征及其内在相关性

为了揭示海陆衔接区环境中抗生素与抗性细菌分布特征及其内在相关性,以莱州湾及其主要入海河流为研究区域,利用HPLC-MS/MS分析样品中15种磺胺类抗生素(SAs)和6种喹诺酮类抗生素(QNs)的浓度,并通过改良的Method 1604(US EPA)评估海水与沉积物中2种典型水传病原微生物大肠杆菌(E.coli)与金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗生素抗性水平,进而探讨该区域水体中抗性菌株的分布特点以及微生物抗性率与相应抗生素浓度的相关性。结果显示,莱州湾水体与沉积物中普遍存在磺胺与喹诺酮类抗生素残留及抗性污染问题。两大类抗生素在水体中平均残留浓度分别为3.89 ng·L~(-1)(SAs)和234.68ng·L~(-1)(QNs),在沉积物中分别为0.91 ng·g~(-1)(SAs)和49.37 ng·g~(-1)(QNs),且分布特征基本呈现自河流向海洋逐渐递减的趋势,说明河流输入是莱州湾抗生素污染的主要来源。在水体中,具有磺胺类抗性的E.coli和S.aureus平均检出量分别达到2 018和4 683 CFU·L~(-1),抗性率范围分别在0%~37.3%和10.6%~45.8%之间;而2种喹诺酮类抗性病原微生物的平均检出量则相对较低,分别为1 315 CFU·L~(-1)(E.coli)和1 461 CFU·L~(-1)(S.aureus),抗性率分别为0%~50.0%和0%~20.8%;此外,相比于E.coli,S.aureus为沉积物中的主要抗性病原微生物,磺胺与喹诺酮类抗性S.aureus检出率均高于80%,平均检出量分别为24CFU·g~(-1)和18 CFU·g~(-1)。相关性分析表明,莱州湾近岸海域水体中磺胺类抗生素浓度与磺胺类抗性微生物总量之间具有良好的线性关系,然而其与微生物抗性率之间并未表现出相似的规律,说明近岸海洋环境中抗生素的残留量不是影响抗性菌株丰度的唯一因素。     

磺胺嘧啶和磺胺噻唑在土壤中的吸附行为

采用批平衡实验方法研究磺胺嘧啶(SDZ)和磺胺噻唑(STZ)在五种典型土壤及一种泥炭中的吸附行为.结果表明:(1)SDZ和STZ在土壤及泥炭中的吸附量随溶液pH值的升高而减小,与溶液中SDZ和STZ阳离子的含量呈正相关.(2)SDZ和STZ的吸附均可采用Freundlich和Langmuir模型进行拟合,最大吸附量(Qm)的大小依次为:泥炭土>黑土>棕壤≥灰褐土>红壤≥灰漠土.除红壤和灰漠土外,Freundlich吸附系数(K)的大小次序和(Qm)基本相同.SDZ和STZ的(Qm)与土壤有机质的含量和土壤粉粒的含量呈显著正相关.因此,SDZ和STZ更容易吸附在有机质的含量比较高的泥炭土和黑土中.     

MoS2强化Fe2+活化单过硫酸盐去除磺胺甲恶唑和还原六价铬的研究

采用二硫化钼（MoS₂）作为助催化剂加入到亚铁离子（Fe²⁺）/单过硫酸盐（PMS）体系,去除溶液中的磺胺甲恶唑（SMX）和还原六价铬（Cr（Ⅵ））,分别对SMX及SMX与Cr（Ⅵ）共存情况下的去除效果进行研究,并考察了MoS₂、Fe²⁺、PMS、SMX投加量对SMX和Cr（Ⅵ）去除效果的影响.结果表明,在[MoS₂]₀=0.9 g·L^-1,[Fe²⁺]₀ =0.3 mmol·L^-1,[PMS]₀=1 mmol·L^-1,[Cr（Ⅵ）]₀=100 μmol·L^-1,[SMX]₀=25 μmol·L^-1,初始pH为3.0的条件下反应30 min时,SMX的去除率和Cr（Ⅵ）的还原率分别达到98.8%和99.2%;实验中MoS₂和Fe²⁺浓度与Cr（Ⅵ）还原率呈正相关,而PMS浓度过高则会抑制Cr（Ⅵ）的还原;MoS₂/Fe²⁺/PMS体系下Cr（Ⅵ）的还原机理不仅与MoS₂还原生成的亚铁离子有关,Cr（Ⅵ）也能够被MoS₂或PMS直接还原.EPR实验表明,MoS₂/Fe²⁺/PMS体系中主要的自由基是SO₄^·-和HO^·.     

磺胺甲噁唑对堆肥过程中酶活性及微生物群落功能多样性的影响

为了探讨磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazole,SMZ)对猪粪堆肥过程的影响,以猪粪、小麦秸秆为试验材料,研究了SMZ对好氧高温堆肥过程中温度、脱氢酶活性及微生物群落功能多样性的影响.结果表明,在整个堆腐过程中,SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中脱氢酶活性受到不同程度的抑制作用;SMZ含量为95 mg·kg-1时对脱氢酶活性有激活作用.SMZ含量为95 mg·kg-1的处理中AWCD值与未添加SMZ的处理差异不显著,Simpson指数显著高于其他处理,有利于提高微生物的优势度,Shannon多样性指数显著高于未添加SMZ的处理,提高了微生物群落的丰富度和均匀度.SMZ含量为50 mg·kg-1的处理中AWCD值显著低于其他处理,对微生物活性具有一定的抑制作用.SMZ含量为50 mg·kg-1的堆料中微生物对多酚化合物类和多胺类等物质利用率显著低于其他处理,SMZ含量为95 mg·kg-1的堆料中微生物对糖类、多聚物类及多胺类等物质利用率较低.主成分分析表明,堆料中微生物中起分异作用的碳源主要为糖类、羧酸类及AA酸类.