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，藥品及個人護理用品(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前面臨的一個新挑戰(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污染物的效能進行考察，并從微生物分子生態(tài)學水平探討反應體系中微生物群落結(jié)構(gòu)演替和種群多樣性特征，對污染物的去除機制進行深入研究。
　　通過優(yōu)化的工藝條件參數(shù)，在序批式顆粒化生物反應器(GSBR)和好氧顆粒污泥-膜生物反應器(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)定運行，但5種目標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。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程提高了GMBR工藝對有機物的去除效率，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)定運行中膜污染的影響，結(jié)果表明，GMBR體系有較強的抗膜污染能力，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，對反應體系的膜污染有一定的緩解作用。
　　進一步考察了好氧顆粒污泥對兩種代表性有機物磺胺甲惡唑(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化學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，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；準二級動力學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物理-化學吸附過程。
　　利用聚合酶鏈式反應-

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