抗生素对反硝化的效能影响和机理研究

发布时间：2020-11-20 05:50

　　 由于应用广泛而难以降解,抗生素在环境中存在大量残余。生物脱氮是有效解决水中氮污染的处理技术,作为关键的一步,反硝化主要依靠微生物作为功能执行主体完成,必然受污水中残留抗生素的影响。本课题利用厌氧摇瓶中进行的批次实验研究高浓度抗生素对反硝化的短期作用,并建立反应器考察连续进水情况下抗生素的长效影响,全面研究抗生素短期和长期暴露对反硝化的冲击作用。结合分子生物学手段,分析微生物群落结构变化,探讨抗生素影响反硝化过程的作用机制。比较10mg/L~100mg/L浓度下四种抗生素(磺胺甲恶唑SMZ、盐酸金霉素CTC、环丙沙星CIP、阿莫西林AMX)在厌氧摇瓶中对反硝化性能的短效影响。6次冲击后,SMZ、CTC和AMX对NO_3~-还原有明显的抑制作用,抗生素浓度为100mg/L时硝酸盐去除率分别为7.98%、16.46%和26.80%,与空白对照98.34%相比有显著降低;而添加CIP条件下硝酸盐去除率与空白组基本相同。中间产物NO_2~-浓度变化在四种抗生素作用下与空白组相比均有显著的差异。从动力学角度分析,SMZ在10mg/L及以上浓度、CTC和AMX在50mg/L及以上时均抑制了硝酸盐还原酶活性。考察1mg/L抗生素SMZ和CTC长期负荷对EGSB反应器运行效能的影响规律。与驯化期相比,SMZ添加的反应器NO_3~-去除率下降了4.35%,而CTC降幅则达到了27.78%;在此基础上,出水NO_2~-的降低和产气组分N_2O、N_2的提高说明抗生素促进了亚硝酸盐还原反应的进行;TOC去除及产气含碳组分浓度的变化反映了乙酸钠的降解情况,SMZ和CTC的长期刺激降低了反应器降解有机物的能力,但可能有利于系统中产甲烷菌的生长。从抗生素去除率及其物理特性进行判断,1mg/L的SMZ和CTC均难以被反硝化菌降解利用。抗生素的暴露作用均提高了反硝化系统的微生物多样性。批次实验中,高浓度SMZ、CIP和AMX削弱了与NO_3~-去除率呈强烈正相关的Comamonas在菌群中的主导地位,CTC冲击响应主要表现为对NO_3~-降解贡献很小的Thauera比例的大幅提高和其余菌属的相应减少,这可能是导致系统脱氮能力呈下降趋势的原因。SMZ和CTC的长期负荷对系统NO_3~-还原抑制和NO_2~-还原增强作用可能由菌群结构的改变所引发,Solitalea等NO_2~-还原功能菌丰度的增加提高了亚硝酸盐的去除效能,而非脱氮菌Melioribactor对有机碳源的消耗抑制了硝酸盐还原菌在反硝化系统中的生长,从而使系统整体表现为NO_3~-去除率的降低。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703
【部分图文】：

1 进水槽 2 进水泵 3 EGSB 反应器 4 回流泵 5 出水槽 6 气体流量计图 2-1 低浓度抗生素对反硝化长期影响实验装置第三部分是从机理层面探究不同结构抗生素对反硝化过程的影响。收集批次实验反应前后和EGSB各阶段稳定期的污泥样品，采用分子生物学手高通量测序考察微生物群落结构变化，从菌群多样性程度、群落分布情A 分析、菌属间相互作用关系进行分析，推测抗生素对反硝化的协同/抑制机2 实验材料.1 实验用水实验所用进水均采用人工配制的模拟废水，根据化合价变化计算理论碳:4，在此基础上适量增加碳源，保证微生物生长所需营养充足。其中，厌氧实验进水主要组分浓度为：NO3--N 200mg/L，CH3COONa 1000mg/L，KHg/L，NH4Cl 5mg/L，实际物质的量C/N=1.71:1；EGSB反应器进水各组分浓度3--N 100mg/L，CH3COONa 400mg/L，KH2PO41mg/L，NH4Cl 1mg/L，摩

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Shannon 指数几乎相同，其余各组内重复样品离散程度较大，说明即使是在相应条件下，不同系统中生物群落还是有一定的差异。

厌氧摇瓶实验污泥样品Shannon箱式图
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本文编号：2891044