典型磺胺类抗生素在包气带中的迁移转化和人工复合土层去除研究

发布时间：2017-12-13 18:14

  本文关键词：典型磺胺类抗生素在包气带中的迁移转化和人工复合土层去除研究

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【摘要】：目前磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole SMX)和甲氧苄氨嘧啶(Trimethoprim TMP)在污水处理厂出水、地表水、地下水乃至饮用水中均有检出,污水处理厂出水是SMX和TMP进入环境的重要途径。针对人工复合土层处理系统吸附层材料的筛选问题,采用吸附动力学、等温吸附模型、吸附解吸和竞争吸附的研究方法,研究了粘土陶粒对SMX和TMP的吸附能力,得出了粘土陶粒对TMP的吸附能力(151.82μg/g)强于SMX(51.85μg/g),TMP和SMX均存在解吸滞后性,吸附能力强的TMP在竞争吸附过程中能够表现出更强竞争能力的结论,确定粘土陶粒作为人工复合土层的吸附层材料。针对SMX和TMP在包气带迁移转化特性以及水文地球化学作用问题,采用干湿交替的回灌方式,得出了SMX和TMP在天然河道包气带再生水回灌过程中的迁移性较大,长期回灌存在较大的污染风险的结论。干湿交替进水方式有效地提高了土柱复氧能力,物理截留与生物降解共同促进化学需氧量(COD)在包气带的去除作用。氨氮在回灌过程中主要转化为硝酸盐氮,回灌后期较多的硝酸盐垂直运动可能会引起地下水硝酸盐氮浓度升高。回灌过程中主要体现在Ca~(2+)与Mg~(2+)、K~(+)的交换。基于吸附实验和SMX/TMP在包气带迁移转化规律的探讨,构建了人工复合土层处理系统。在人工配水回灌过程中,生物降解作用不明显,吸附作用去除TMP最高可达到80%~90%,SMX去除率达到60%~70%,揭示了SMX和TMP在人工复合土层处理系统的去除受水文地球化学作用影响,填料不存在二次污染。再生水回灌后期,微生物降解作用是人工复合土层的主要去除机制,发现了TMP的去除与氨氮的去除有很好的响应关系,而出水中的氨氮和硝酸盐氮浓度高于进水则进一步证明了TMP的降解与硝化作用有关,并且得出了SMX也可以在有氧的环境下降解的结论。针对SMX和TMP降解菌的确定以及降解性能问题,采用对降解层土壤微生物通过富集、分离和纯化筛选的方法,确定的降解菌为芽孢杆菌属的枯草芽孢杆菌,得出了菌株的最优降解性能为:适初始浓度5.0 mg/L,最佳降解温度30℃,最优pH=7.0的结论。揭示了Nitrosomonadaceae_uncultured、Bacillus和Nitrospira是人工复合土层处理系统具有硝化功能的菌属,Bacillus和Lactococcus具有降解SMX和TMP的功能性菌属。结合柱实验和微生物实验结果得出枯草芽孢杆菌既是一种高效降解SMX和TMP菌属同时也是一种硝化细菌。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X523;X703

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本文编号：1286105