曝气生物滤池和地下渗滤系统对含磺胺类抗生素生活污水的处理研究

摘要

药品及个人护理用品(Pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)作为近年来水环境中的新型污染物，其环境风险和安全隐患受到了世界范围内的关注。磺胺类抗生素作为PPCPs中的一种，在国内外水环境中普遍被检出。此外，由于我国城市污水收集系统设置的不完善，目前存在很多排污口不经过任何处理向河流中直排的现象，排入河流中的污水除了含有一些常规污染物外，通常含有一定量的磺胺类抗生素，这些污水进入受纳水体后严重的破坏了其生态环境。本文针对目前我国水环境中磺胺类抗生素污染现状，并结合“北京市大兴区新凤河南湖路桥至孙村闸河段水质改善研究与工程示范”（北京市科技计划）课题中排污口污水治理的需要，研究了适用于城市河流排污口截污的曝气生物滤池和地下渗滤系统组合工艺对生活污水中常规污染物及磺胺噻唑、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶等三种磺胺类抗生素的去除效果。
　　研究曝气生物滤池和地下渗滤系统组合工艺对生活污水中COD、氨氮、TN、TP的去除效果。结果表明，曝气生物滤池在滤速为0.6 m/h，气水比为5∶1，反冲洗周期为5天时，达到最佳运行状态，对COD、氨氮、TN、TP的去除率分别达到85.7％、82.6％、23.8％、53.8％。地下渗滤系统采用间歇的方式运行，每个周期连续进水12h，放空12h，进水为曝气生物滤池出水，水力负荷为5 cm·h-1，对COD、氨氮、TN、TP的去除率分别达到41.3％、62.8％、64.3％、67.1％。组合工艺对COD、氨氮、TN、TP总的去除率分别为91.6％、93.5％、72.8％、84.8％。
　　研究模拟生活污水中磺胺类抗生素的去除效果。结果表明组合工艺对进水浓度分别为200μg/L的磺胺噻唑、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶3种磺胺类抗生素的去除率分别为53.01％、63.3％和68.8％，去除效率磺胺嘧啶＞磺胺甲恶唑＞磺胺噻唑。
　　采用MiSeq高通量测序技术，分析了3种磺胺类抗生素的添加对曝气生物滤池中微生物多样性和群落结构的影响。使用Chao1、Shannon、Coverage、OTU等指数对微生物多样性进行了分析，结果表明，添加抗生素初期，微生物多样性降低，随着时间的推移微生物多样性有所恢复但是仍然低于添加抗生素前的水平。通过使用分类学分析方法对微生物群落的结构进行了研究，结果表明，3种磺胺类抗生素对生物膜中微生物的门、纲、属都产生了一定的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 城市河流污染现状

1．1．2 城市河流中PPCPs污染情况

1．2 磺胺类抗生素研究现状

1．2．1 磺胺类抗生素污染现状

1．2．2 磺胺类抗生素的危害

1．2．3 水环境中磺胺类抗生素的去除研究

1．2．4 磺胺类抗生素的检测方法

1．3 曝气生物滤池概述

1．3．1 曝气生物滤池介绍

1．3．2 曝气生物滤池工艺特点

1．3．3 国内外曝气生物滤池的研究与应用现状

1．4 地下渗滤系统概述

1．4．1 地下渗滤系统介绍

1．4．2 地下渗滤系统的工艺特点

1．4．3 地下渗滤系统研究与应用现状

1．5 研究目的和内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

1．6 技术路线

第二章 组合工艺的启动与运行

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验装置

2．1．2 实验水质与测定项目

2．1．3 实验方法

2．2 BAF的挂膜启动与运行参数优化

2．2．1 BAF的挂膜启动

2．2．2 BAF运行参数优化

2．1．3 反冲洗参数的选择

2．3 串联地下渗滤系统

2．4 本章小结

第三章 组合工艺对抗生素的去除研究

3．1 实验材料与方法

3．1．1 实验仪器及药品

3．1．2 实验方法

3．2 磺胺类抗生素标准曲线的测定

3．3 磺胺类抗生素回收率

3．4 抗生素的去除效果研究

3．5 本章小结

第四章 BAF中微生物的变化

4．1 实验材料与方法

4．1．1 实验方法

4．1．2 微生物分析方法

4．2 磺胺类抗生素对BAF中微生物的影响

4．2．1 稀释曲线及Shannon-Wiener曲线

4．2．2 物种多样性分析

4．2．3 分类学水平上群落数量的变化

4．3 细菌群落组成变化

4．3．1 生物膜中主要门的丰度变化

4．3．2 生物膜变形菌门中纲的丰度变化

4．3．3 生物膜中主要属的丰度变化

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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