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

1、藥品和個人護理品(PPCPs)作為一類廣泛使用和具有潛在生理效應的“新型”微量污染物，由于持續(xù)排放、環(huán)境積累和毒害風險的特殊性而引起社會各界的普遍關注。由于水體中PPCPs污染物濃度低，生物毒性強，傳統(tǒng)污水生物處理工藝對其去除能力有限，因此需要研發(fā)針對PPCPs降解去除的生物處理新技術。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，針對水環(huán)

2、境中四環(huán)素的強化生物去除及遷移轉化問題，開展了系列研究，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和理論支持，主要研究內(nèi)容及結果如下:
　　1.由于污泥停留時間較長，群落結構復雜，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對四環(huán)素更為敏感;相較于四環(huán)素濃度較低的反應器，硝化污泥在含有較高的四環(huán)素濃度的反應器中表現(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)素的誘導下加速形成體積較大結構密實的聚集體，從而使污泥具有多層結構，對內(nèi)部微生物起到保護作用，這種誘導效果在高四環(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，從而增強污泥對較高濃度抗生素的耐受性和降解能力，進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;體系中有機碳源的消耗與四環(huán)素的生物降解趨勢一致，說明有機碳源是影響四環(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)素對體系

5、中污泥的作用是多重的:一方面，對污泥中細菌起到篩選作用，淘汰部分微生物，富集優(yōu)勢菌群;另一方面，誘導污泥形成粒徑較大的聚集體，保護內(nèi)部細菌，保留群落多樣性。
　　3.利用光譜學和能譜學手段解析了胞外聚合物(EPS)與四環(huán)素相互作用的機制。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，二者猝滅反應的機制為靜態(tài)猝滅，說明二者結合形成了復雜的

6、化合物。通過擬合計算發(fā)現(xiàn)，該結合過程為自發(fā)進行的放熱反應，至少具有一個結合位點，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構中的多個官能團，羥基、羰基和氨基均涉及在反應中，其中四環(huán)素分子中的羥基基團發(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，羥基的變化可能會影響四環(huán)素的活性，進而影響其在水體環(huán)境中的遷移轉化。
　　4.選取單寧酸和沒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)對四環(huán)素光解和

7、生物毒性等環(huán)境行為的影響機制。研究發(fā)現(xiàn)，腐殖酸通過競爭吸收光子和與四環(huán)素通過疏水、范德華力等作用結合的方式幾乎完全抑制四環(huán)素的直接光解，并通過產(chǎn)生三重激發(fā)態(tài)天然有機物和提高羥基自由基的產(chǎn)率來促進四環(huán)素的間接光解，其中三重激發(fā)態(tài)天然有機物為光解的主要驅(qū)動力;腐殖酸類物質(zhì)會影響四環(huán)素的光解速率，但不會改變四環(huán)素的光解產(chǎn)物和光解途徑;腐殖酸類物質(zhì)能夠促進四環(huán)素在微生物表面的吸附，提高四環(huán)素在微生物細胞內(nèi)的含量，從而增強四環(huán)素的生物毒性，另外四