四环素对好氧活性污泥的抑制及对活性污泥四环素抗性的影响研究

摘要

四环素是一类典型的广谱抗生素，它在环境中的分布、归趋以及引起的微生物抗性问题一直是近年来的研究热点。好氧活性污泥是污水处理系统中使用最广泛的处理工艺，研究四环素对好氧活性污泥的抑制，以及对好氧活性污泥中四环素抗性的影响，有助于了解污水的生物处理工艺中，四环素在活性污泥的抗生素抗性变化过程中所起的作用，为进一步优化污水处理工艺对四环素以及四环素抗性的去除提供理论基础。
　　通过对四环素在好氧活性污泥系统中的一系列的行为研究，本文发现污水处理系统中的四环素类污染物与好氧活性污泥之间有着复杂的作用关系，文章得到的主要结论如下:
　　①四环素在好氧活性污泥表面有较强的吸附性。
　　吸附过程较好的符合伪二级吸附动力学模型。四环素的初始浓度越大，MLSS越小，活性污泥对四环素的吸附平衡时间越长。相同MLSS条件下，随着四环素初始浓度的增大，污泥对四环素的吸附量逐渐增大，相对应的吸附率降低;在相同的四环素初始浓度下，随着MLSS增大，活性污泥对四环素的吸附量降低，而吸附率增大。
　　在不同的温度条件下，好氧活性污泥对四环素的吸附符合不同的吸附模型。25℃的室温条件下，好氧活性污泥对四环素的吸附形式较为丰富，吸附同时符合Langmuir、Freundlich和Henry三种模型。好氧活性污泥对四环素的吸附反应为吸热反应，随着温度的升高，好氧活性污泥对四环素的吸附性能增强。
　　四环素在好氧活性污泥表面的吸附受pH、离子强度等因素的影响。pH为6的吸附量最大，随着pH的增加，吸附量降低;随着阳离子强度的增加，四环素在活性污泥上的吸附量逐渐减少。离子交换、静电吸附都属于四环素在好氧活性污泥表面的吸附机制。
　　②四环素在好氧活性污泥表面的解吸效果不佳。
　　去离子水对四环素在好氧活性污泥表面的解吸百分率，随试验初始时活性污泥吸附饱和的四环素的量的增加而增加，但最高的解吸率也仅为2.16％。
　　EDTA-Na2在五种解吸剂中表现出最强的解吸能力;CaCl2、AlCl3、柠檬酸次之;NaCl的解析能力较低，与去离子水相似。
　　③四环素对好氧活性污泥有较强的抑制性。
　　四环素对活性污泥的脱氢酶产生有明显的抑制作用。当四环素浓度大于10mg·L-1时，四环素对脱氢酶的抑制作用明显。当四环素浓度达到20 mg·L-1时，四环素对脱氢酶的抑制率达到80％左右。四环素对活性污泥脱氢酶的影响符合Logistic方程，通过计算得出四环素对脱氢酶的EC50值为11.72 mg·L-1。
　　四环素对活性污泥降解COD的能力有明显的抑制作用。随着四环素浓度的增加，抑制作用更加明显。高浓度的活性污泥对于四环素的毒性有一定的缓冲作用。但当四环素浓度大于10 mg·L-1时，缓冲优势不明显。
　　四环素对活性污泥系统的污泥表观产率有明显的抑制性。当四环素浓度达到20 mg·L-1时，实验的两种MLSS的活性污泥产率都降为0以下。
　　④四环素对好氧活性污泥中的四环素抗性有选择作用。
　　在500μg·L-1的四环素进水浓度下，四环素引起了活性污泥中的四环素半抗性异养菌和四环素抗性异养菌在总异养菌中比例的增加，在分子层面表现为好氧活性污泥中tetA和tet B两种四环素抗性基因的富集。
　　不同的活性污泥反应器的运行模式对四环素抗性的增加也有影响，持续的进水和短的水力停留时间更容易使活性污泥的四环素抗性增加。
　　文章结果显示，好氧活性污泥中的微生物的抗性编码物质中，泵出机制对于四环素的作用表现出了一个更早的抗性响应。在500μg·L-1的四环素进水浓度下，微生物通过泵出机制就可以保护它们抵抗四环素的毒害，编码另外两种四环素抗性机制（保护靶目标和降解）的四环素抗性基因不需要大量的复制表达。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 四环素概况

1．1．1 四环素类抗生素简介

1．1．2 环境中四环素药物的来源

1．1．3 四环素类药物在自然环境中的分布和迁移转化归趋

1．1．4 四环素类抗生素的生物毒性及其作用机制

第二节 四环素在污水处理厂中的分布及去除技术研究现状

1．2．1 四环素在污水处理厂中的分布

1．2．2 四环素的物理去除

1．2．3 四环素的生物降解

1．2．4 四环素在污水处理工艺中的去除现状

第三节 微生物四环素抗性的研究进展

1．3．1 细菌抗药性的产生

1．3．2 细菌的四环素抗性研究基础

1．3．3 四环素抗性在环境中的散播

1．3．4 污水处理系统对四环素抗性作用的研究进展

第四节 研究的目的、意义和主要内容

第二章 四环素在好氧活性污泥表面的吸附及解吸

第一节 概述

第二节 实验材料与方法

2．2．1 好氧活性污泥

2．2．2 药品和仪器

2．2．3 好氧活性污泥对四环素的吸附试验

2．2．4 好氧活性污泥污泥对四环素的吸附机理研究

2．2．5 四环素在好氧污泥表面的解吸试验

2．2．6 分析项目与方法

第三节 结果与讨论

2．3．1 好氧活性污泥对四环素的吸附作用

2．3．2 四环素在好氧活性污泥上的解吸

第四节 小结

第三章 四环素对好氧活性污泥的抑制研究

第一节 概述

第二节 实验材料与方法

3．2．1 药品与仪器

3．2．2 接种污泥和人工废水

3．2．3 试验设计与取样

3．2．4 分析项目与方法

第三节 结果与讨论

3．3．1 四环素对活性污泥脱氢酶活性的影响

3．3．2 四环素对活性污泥降解能力的影响

3．3．3 四环素对活性污泥表观产率的影响

第四节 小结

第四章 四环素对好氧活性污泥中抗性异养菌的影响

第一节 概述

第二节 实验材料与方法

4．2．1 反应器设计和操作

4．2．2 药品与仪器

4．2．3 接种污泥和人工废水

4．2．4 试验设计与取样方法

4．2．5 分析项目与方法

4．2．6 数据分析与计算

第三节 结果与讨论

4．3．1 对照组活性污泥中的四环素抗性异养菌浓度

4．3．2 四环素条件下的抗性异养菌在总异养菌总所占比例及变化

4．3．3 不同运行模式下四环素对COD去除效率的影响

第四节 小结

第五章 四环素对好氧活性污泥中四环素抗性基因的影响

第一节 概述

第二节 实验材料与方法

5．2．1 反应器设计与操作

5．2．2 药品与仪器

5．2．3 接种污泥与人工废水

5．2．4 试验设计与取样方法

5．2．5 四环素抗性基因扩增

5．2．6 DGGE凝胶电泳

第三节 结果与讨论

5．3．1 对照组和实验组污泥中的tet基因

5．3．2 产生变化的tet基因

5．3．4 反应器运行条件对好氧活性污泥中tet基因产生的影响

5．3．4 好氧活性污泥微生物群落结构变化

第四节 小结

第六章 结论与展望

第一节 结论

第二节 展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文与研究成果