满江红对乡村生活污水中典型PPCPs的去除影响研究

作     者：李胜曙 

作者单位：中国农业科学院 

学位级别：硕士

导师姓名：樊向阳

授予年度：2023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：满江红 生活污水 药品及个人护理品 植物修复技术 细菌群落 

摘      要：随着乡村生活污水中药品和个人护理品(Pharmaceuticals and Personal Care Products,PPCPs)检出率的逐渐上升,其环境危害及治理日益重视。为揭示满江红对含PPCPs生活污水的净化效果,以吉非罗齐、卡马西平等典型PPCPs为研究对象,采用室内模拟培养试验,对满江红在不同培养时间(1、2、4、8 d)和不同目标污染物初始浓度(0、1、10、100、1000μg·L)条件下的生长状况和生理生化指标变化,满江红对供试目标污染物及常规污染物的去除效果、目标污染物的降解途径及关键作用展开研究。对不同处理下满江红生长情况、污染物去除规律进行通径分析,明确污水环境下满江红和供试目标污染物的互作机制,探讨PPCPs等新污染物与富营养化水体复合污染条件下蕨类水生植物去除水环境污染物的生理变化过程,同时利用高通量测序技术阐释微生物在植物修复水环境污染方面起到的重要作用及内在机制,以期为满江红应用于乡村生活污水中典型PPCPs的去除提供理论依据。主要研究结果如下:(1)低浓度(1～10μg·L)目标污染物对满江红产生毒性兴奋作用,高浓度(100～1000μg·L)对满江红产生毒害作用,且满江红对目标污染物累积量随初始浓度的增加而增加。1～10μg·L浓度下,满江红光合作用增强,体内抗氧化酶活性提高,鲜重明显增加,可正常吸收代谢累积的目标污染物。100μg·L浓度下,虽然满江红停止生长,但仍能通过调节体内抗氧化酶活性抵御环境胁迫,利用可溶性蛋白等渗透调节物质维持细胞渗透压,实现对体内目标污染物的正常代谢。但1000μg·L浓度下,满江红鲜重减少,难以对目标污染物进行代谢,说明满江红在去除含供试目标污染物生活污水时具有一定适宜浓度阈值范围。(2)满江红生长量、培养时间、目标污染物种类及其环境浓度均影响了满江红对供试目标污染物及传统污染物的去除。满江红相对生长率与吉非罗齐、卡马西平、总磷、硝态氮、氨氮去除率呈现正相关关系,表明满江红生长情况越好对污染物去除效果越好。随着目标污染物环境浓度升高,满江红逐渐从毒性兴奋转为毒性抑制,当浓度达到1000μg·L时,满江红难以净化水质甚至产生二次污染。满江红对污染物的去除呈现明显的时间效应,培养时间与吉非罗齐、卡马西平、总磷、硝态氮、COD去除率呈现显著正相关关系,即培养时间的延长有助于满江红净化生活污水。满江红对吉非罗齐的去除效果优于卡马西平,这是因为吉非罗齐水溶性好,更容易被电离形成质子接受体,进而被满江红吸收。(3)满江红去除PPCPs主要途径为满江红的吸附吸收作用及其营造的微生物环境作用,光降解与水解作用在卡马西平和吉非罗齐的去除过程中几乎未发生。满江红的吸附吸收作用是去除卡马西平的主要机制,同时微生物降解在这段时间内对卡马西平的去除也起到了一定作用;微生物降解在吉非罗齐去除前期起主要作用,而去除后期发挥主要作用的则是满江红的吸附吸收作用。(4)供试目标污染物环境浓度为10μg·L时,短时间内微生物群落多样性、丰富度及微生物COG功能丰度没有显著影响,但随着培养时间的延长,微生物组成及功能发生显著改变。相关性Heatmap图分析表明,异常球菌属(Deinococcus)、Pseudacidovorax、氢噬菌属(Hydrogenophaga)、金黄杆菌属(Chryseobacterium)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、新鞘脂菌属(Novosphingobium)丰度在卡马西平和吉非罗齐含量降低的同时显著提升,贪食菌属(Variovorax)丰度在卡马西平含量降低的同时显著提升,表明上述菌属对目标污染物去除起到一定促进作用。