發(fā)布時(shí)間：2020-08-20 12:28

【摘要】：近年來,由于藥品及個(gè)人護(hù)理品(PPCPs)的大量使用,在我國河流、湖泊等自然水體中廣泛存在,其含量處于ng/L~μg/L。雖然PPCPs在水環(huán)境中含量較低,但是由于傳統(tǒng)污水處理廠對(duì)此類污染物的去除效果有限,使得PPCPs隨著污水廠尾水持續(xù)性的進(jìn)入水環(huán)境當(dāng)中,在水環(huán)境中積累呈現(xiàn)出一種“偽持久性”現(xiàn)象,而人或動(dòng)物長期暴露于含有PPCPs的水環(huán)境當(dāng)中會(huì)對(duì)人或動(dòng)物的健康產(chǎn)生潛在威脅,人工濕地作為一種生態(tài)的污水處理措施,現(xiàn)有研究表明其對(duì)大部分PPCPs具有良好的去除效果。由于城市快速發(fā)展,國內(nèi)城市水資源越來越緊缺,為了響應(yīng)海綿城市的建設(shè),通過人工濕地凈化雨水徑流,以達(dá)到雨水回用的目的,但是由于雨水對(duì)城市道路以及農(nóng)田土壤的沖刷,會(huì)導(dǎo)致雨水徑流中存在各種污染物,其中PPCPs也會(huì)隨著雨水沖刷進(jìn)入雨水徑流當(dāng)中,在人工濕地凈化雨水徑流時(shí)需要關(guān)注人工濕地對(duì)PPCPs去除效果。本文選取兩種典型磺胺類抗生素磺胺甲惡唑(SMX)和磺胺嘧啶(SDZ)以及一種喹諾酮類抗生素環(huán)丙沙星(CIP)作為目標(biāo)PPCPs,以研究水平潛流人工濕地處理雨水徑流中的PPCPs效果,并通過富集、馴化、純化以及鑒定獲取三種PPCPs降解菌,以篩選出的降解菌進(jìn)行優(yōu)化構(gòu)建復(fù)合菌群,對(duì)人工濕地中微生物進(jìn)行生物強(qiáng)化提升降解PPCPs效果。并探究復(fù)合菌群強(qiáng)化人工濕地去除PPCPs原理,以期能夠?yàn)閷?shí)際工程中應(yīng)用生物強(qiáng)化人工濕地去除雨水徑流中PPCPs提供參考。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)通過人工配水模擬北京市雨水徑流水質(zhì)作為人工濕地進(jìn)水啟動(dòng)人工濕地,其中SMX、SDZ以及CIP三種PPCPs濃度為100μg/L。人工濕地運(yùn)行45d后各項(xiàng)污染物去除效果穩(wěn)定,對(duì)SMX、SDZ以及CIP去除效果分別為74.24%、64.70%以及51.53%。在運(yùn)行穩(wěn)定的人工濕地表層5~10cm處取基質(zhì),通過富集、馴化、純化以及篩分獲得6株P(guān)PCPs降解菌,命名為J-2~J-7,其中J-2與J-5為SMX降解菌,J-3與J-6為SDZ降解菌,J-4為CIP降解菌,而J-7對(duì)SDZ以及CIP均有良好降解效果。通過6株降解菌的形態(tài)特征以及其中生理生化特征,初步鑒定J-4以及J-7為變形菌屬(Proteus),J-2與J-5為假單胞菌屬(Pseudomonas),J-3與J-6為芽孢桿菌屬(Bacillus)。(2)通過微生物拮抗實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的抗菌環(huán)直徑大小來確定降解同種PPCPs降解組合,發(fā)現(xiàn)當(dāng)以J-2與J-5組合作為降解SMX混合菌、J-3、J-6與J-7組合作為降解SDZ混合菌以及J-4與J-7組合作為降解CIP混合菌時(shí),抗菌環(huán)最小。并將三種混合菌通過不同比例復(fù)配構(gòu)建復(fù)合菌群,在SMX混合菌:SDZ混合菌:CIP混合菌比例為2:1:1時(shí),復(fù)合菌群對(duì)三種PPCPs去除效果最佳,并控制不同p H、溫度以及接種量探究復(fù)合菌群最佳降解條件,發(fā)現(xiàn)在p H=7、溫度為35℃以及接種量為1.5%時(shí),復(fù)合菌群對(duì)三種PPCPs降解效果達(dá)到最大,SMX、SDZ以及CIP降解率分別為67.4%、47.6%以及50.8%。(3)以最佳接種量1.5%,投加復(fù)合菌群進(jìn)入2#人工濕地,經(jīng)過復(fù)合菌群強(qiáng)化后的2#人工濕地在HRT=48h時(shí),對(duì)SMX、SDZ以及CIP去除率分別提升了8.88%、3.88%以及6.68%,通過控制不同人工濕地HRT=12h、24h、36h以及48h,發(fā)現(xiàn)2#人工濕地對(duì)SMX以及SDZ降解效果先增大后減少,在36h時(shí)降解效果達(dá)到最大,對(duì)SMX以及SDZ去除率別為86.34%和76.36%。CIP去除效果隨著人工濕地HRT增大逐漸升高,在48h時(shí)具有最大去除率57.72%,在此HRT下,人工濕地對(duì)SMX以及SDZ去除率分別下降了6.71%以及9.70%,而且還導(dǎo)致人工濕地日污水處理量下降。當(dāng)HRT由48h縮短至36h,雖然使得CIP去除率下降,但僅下降了2.38%,綜合考慮水力停留時(shí)間對(duì)去除率以及日污水處理量的影響,最終確定最佳HRT=36h。(4)經(jīng)過復(fù)合菌群強(qiáng)化后2#人工濕地中細(xì)菌、真菌以及放線菌數(shù)量以及土壤酶活性出現(xiàn)了顯著變化,人工濕地中上層、中層以及下層中細(xì)菌數(shù)量均提升了1~2個(gè)數(shù)量級(jí),放線菌數(shù)量最大提升了1.08、1.06以及1.87倍,真菌數(shù)量逐漸減少,表明人工濕地逐漸由真菌性濕地轉(zhuǎn)化為細(xì)菌型濕地,處理效果得到改善,在上層、中層以及下層中分別減少了36.18%、13.60%以及10.14%。POD、DHA、PPO以及UR活性也得到明顯提升,在上層基質(zhì)中均表現(xiàn)出最為顯著提升效果。在上層基質(zhì)3個(gè)取樣位置中POD活性分別提升了100.0%、75.0%以及64.0%,DHA活性分別提升了100.0%、84.0%以及96.8%,PPO活性分別提升了207.1%、166.7%以及139.4%,UR活性分別提升了38.14%、33.38%以及36.77%。表明復(fù)合菌群投加到人工濕地后,主要提升了上層基質(zhì)中微生物活性。(5)通過相關(guān)關(guān)系分析,發(fā)現(xiàn)細(xì)菌數(shù)量變化均對(duì)SMX、SDZ以及CIP降解有著顯著影響,而真菌數(shù)量以及放線菌數(shù)量變化與SMX和SDZ去除率變化之間沒有顯著聯(lián)系,而真菌數(shù)量變化與CIP有著較弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。SMX去除率變化與POD活性以及UR活性變化呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系,SDZ去除率變化與POD活性變化量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系,而UR以及PPO活性均對(duì)CIP降解有著正相關(guān)關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703;X172
【圖文】：

第 1 章 緒論作為深度處理設(shè)施，但由于濕地基質(zhì)附著面積較小，限制了濕地系，導(dǎo)致需要更大的水面面積用于 PPCPs 降解，而且表面流人工濕地為敏感，夏季和冬季氣候與溫度相差較大，濕地對(duì) PPCPs 降解效果夏季時(shí)溫度最適宜植物與微生物生長，濕地對(duì) PPCPs 降解大部分，而在冬季溫度較低時(shí)，濕地系統(tǒng)保溫性能差，植物和微生物生長PCPs 的去除效果受到影響。濕地系統(tǒng)中的溶解氧也是限制微生物流人工濕地的溶解氧主要來自水面大氣復(fù)氧、藻類光合作用以及氧量十分有限，不足以提供足夠溶解氧用于常見污水污染物負(fù)荷而且在表面流人工濕地運(yùn)行期間，更容易滋長蚊蠅，產(chǎn)生惡臭。

圖 1-2 水平潛流人工濕地結(jié)構(gòu)Fig.1-2 Horizontal subsurface flow constructed wetland structure潛流人工濕地人工濕地中污水通過布水管道均勻的從人工濕地表面或底部垂直濕地以及水平潛流人工濕地，克服供氧不足的缺陷，通過不同基面流人工濕地以及水平潛流人工濕地應(yīng)用于城市污水處理最大的，而垂直潛流人工濕地處理效率高，在有氧條件下運(yùn)行并且需要垂直潛流人工濕地的水力停留時(shí)間（HRT）是幾個(gè)小時(shí)而不是水幾天[39]，因此，垂直潛流人工濕地更適用于處理人口較多區(qū)域所潛流人工濕地對(duì) PPCPs 降解更為有效，Matamoros 等[40]研究 13工濕地中去除效果，發(fā)現(xiàn)布洛芬、雙氯芬酸在垂直人工濕地中去，而在水平潛流人工濕地中對(duì)二者去除率分別為 71%和 15%，這過程對(duì) PPCPs 的降解更占優(yōu)勢(shì)[41]。但是垂直潛流人工濕地運(yùn)行管現(xiàn)象，主要由于不可濾物質(zhì)積累導(dǎo)致，而且在布水口周圍單位基其他位置高[42]。

圖 1-2 水平潛流人工濕地結(jié)構(gòu)Fig.1-2 Horizontal subsurface flow constructed wetland structure直潛流人工濕地流人工濕地中污水通過布水管道均勻的從人工濕地表面或底部垂工濕地以及水平潛流人工濕地，克服供氧不足的缺陷，通過不同表面流人工濕地以及水平潛流人工濕地應(yīng)用于城市污水處理最大積，而垂直潛流人工濕地處理效率高，在有氧條件下運(yùn)行并且需且垂直潛流人工濕地的水力停留時(shí)間（HRT）是幾個(gè)小時(shí)而不是的幾天[39]，因此，垂直潛流人工濕地更適用于處理人口較多區(qū)域直潛流人工濕地對(duì) PPCPs 降解更為有效，Matamoros 等[40]研究 1人工濕地中去除效果，發(fā)現(xiàn)布洛芬、雙氯芬酸在垂直人工濕地中3%，而在水平潛流人工濕地中對(duì)二者去除率分別為 71%和 15%，氧過程對(duì) PPCPs 的降解更占優(yōu)勢(shì)[41]。但是垂直潛流人工濕地運(yùn)行塞現(xiàn)象，主要由于不可濾物質(zhì)積累導(dǎo)致，而且在布水口周圍單位較其他位置高[42]。

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本文編號(hào)：2797970