抗生素胁迫下生物滞留系统强化脱氮除磷的实验研究

作     者：耿冲冲 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王亚军

授予年度：2020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：生物滞留池 脱氮除磷 强化技术 抗生素 分散式生活污水 

摘      要：氮磷的污染仍是现阶段我国面临的主要水环境问题,而抗生素的大量使用和不合理排放给水体环境带来了新风险,抗生素不仅会使人和动物产生耐药性、诱导抗性基因出现,也会对常规的水处理效果产生影响。在分散式污水处理技术中,生物滞留系统具有较好降解氮磷能力,开展抗生素胁迫下生物滞留系统强化脱氮除磷研究,对提高生物滞留系统处理含抗生素污水能力具有重要的现实意义。为了明晰分散式生活污水中抗生素对生物滞留池脱氮除磷的影响,共设计了五组生物滞留池反应器（对照组BRC、活性炭强化组AB、活性炭加导线强化组EAB、导线强化组EB、活性炭-催化铁-导线强化组EFB）,探究无抗生素干预下系统其对于氮磷的适应性和不同强化手段对系统的强化效果。结果显示各个强化组对于常规指标的去除均有提升,在生物滞留池淹没区中添加活性炭与铁粒能有效提高总氮的去除效果8%-23%、提高磷的去除率9%-21%,且有效固定磷。除EB之外的强化组都可以保证稳定的水质,出水氮磷水平优于城镇污水厂的一级A排放标准。在强化氮磷去除并稳定运行的基础上,考察两种常见抗生素磺胺甲恶唑（SMX）与四环素（TC）对反应器的胁迫影响,结果发现在强化组EFB与AB中,低浓度的两种抗生素（0.8mg/L）对总氮的去除没有明显的抑制或促进作用,而在对照组BRC与强化组EAB内亚硝酸盐还原的过程在受到短暂抑制后迅速恢复稳定;高浓度（1.6mg/L）的两种抗生素对反应器的影响分为两个阶段,其中1.6mg/L的SMX加入之后对总氮去除有促进的作用,而1.6mg/L的TC则导致大量微生物死亡,出水COD与TP的迅速升高,反应器瘫痪,同时通过抑制反硝化菌的活性,极大影响脱氮过程;通过功能基因的荧光定量PCR分析,发现脱氮过程中受到显著抑制的是氧化亚氮还原为氮气的步骤,其次为亚硝酸盐还原为一氧化氮的过程,编码两种还原酶的功能基因nosZ、nirS丰度呈现规律性变化;高浓度抗生素胁迫对除磷的影响主要在于杀死部分聚磷微生物导致其释磷。但在四环素降低到1.2mg/L时,这些被抑制的过程可以在一周内被恢复。通过高通量测序分析发现,AB组与EFB组反应器中的微生物群落稳定性要明显优于BRC,且脱氮除磷相关菌门受两种抗生素胁迫作用有限,占总微生物的比例逐渐升高。综合四个强化组的出水情况来看,EFB在整个胁迫过程中对各种营养物的去除比例最高,反硝化相关功能基因的表达效果稳定,能应对抗生素的冲击,并保持正常的水处理能力。研究成果为生物滞留系统应用于含抗生素污水处理,提出了一种增强应对冲击且维持处理能力的技术路径。