生物膜电极与产电型湿地组合技术去除抗生素及控制抗性基因的研究

作     者：刘茜 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨小丽;陆继来

授予年度：2017年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：生物膜电极反应器 产电型湿地 磺胺甲恶唑 抗性基因 微生物多样性 

摘      要：本文利用人工湿地(CW)和微生物燃料电池(MFC)对污染物的净化潜能以及二者在构造上可相互融合的优势,构建了全新的产电型人工湿地(MFC-CW),并将生物膜电极反应器(BER)作为MFC-CW的前处理,通过BER单元的电化学作用和生物作用,提高抗生素的可生化性,促进后继MFC-CW单元对抗生素的去除效果和同步产电性能,同时还尝试利用MFC-CW产生的电能供给BER,形成BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统。同时,构建了 BER-MFC-CW普通组合系统,MFC-CW产生的电能不供给BER,BER所需的电能直接由直流电源供给。本文以磺胺甲恶唑(SMX)为目标污染物,研究在不同SMX浓度、运行时间、水力停留时间(HRT)下,BER-MFC-CW两种系统对SMX的去除效果,同步考察磺胺类抗性基因(sul)的产生变化情况以及系统内的微生物多样性。主要研究成果如下:(1)BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统中,MFC-CW产出电压随SMX浓度增加和HRT减小而增大。BER-MFC-CW对SMX去除能力很强,抗生素总去除率均高达95%。BER对SMX去除率随HRT增大而增大。MFC-CW对SMX的去除率不随HRT变化,SMX的去除率均高达95%。MFC-CW对SMX的去除主要发生在阳极。(2)BER、MFC-CW出水和填料中sul基因相对丰度的排序均为sulⅠsulⅡsulⅢ,填料中sul基因的相对丰度高于出水中。BER和MFC-CW出水和填料中sul基因的相对丰度随着SMX浓度的增大而增大,BER和MFC-CW出水和填料中sul基因的相对丰度随着HRT的增大而减少。BER中sul抗性基因的相对丰度MFC-CW,BER-MFC-CW普通组合系统各单元的sul基因相对丰度BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统。sul基因丰度随运行时间没有太大变化。MFC-CW填料中阳极层和阴极层sul基因的相对丰度大于中间层和垫层区微生物体内抗性基因的丰度。(3)运行30d后,BER和MFC-CW填料中微生物丰富度和多样性都比原始样品高;但运行60d后,BER和MFC-CW填料中微生物丰富度和多样性降低,MFC-CW阳极厌氧区微生物丰富度和多样性均高于阴极好氧区。BER和MFC-CW填料中微生物丰富度和多样性随着HRT的减少而降低。MFC-CW阳极的微生物丰富度和多样性低于MFC-CW 阴极。(4)属水平分析MFC-CW中的产电菌Geobacter土杆菌,Geobacter 土杆菌属相对丰度随SMX的作用和运行时间延长而减少,MFC-CW产电性能同时也在下降。随着HRT的减少,Geobacter土杆菌属在MFC-CW阳极区增多,MFC-CW产电性能同时升高。