本文關(guān)鍵詞：人工濕地耦合微生物燃料電池產(chǎn)電及去除抗生素的效能研究

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【摘要】：我國抗生素濫用現(xiàn)象嚴(yán)重,抗生素進入自然水環(huán)境,不但會造成嚴(yán)重的化學(xué)污染和生態(tài)毒性,而且還會誘導(dǎo)環(huán)境中耐藥菌和抗性基因的產(chǎn)生,從而對人類健康造成潛在的威脅。本文以水環(huán)境中最常見的四環(huán)素和磺胺甲惡唑為代表,利用人工濕地(CW)在結(jié)構(gòu)上具備構(gòu)建微生物燃料電池(MFC)的有利條件和在功能上對難降解有機物具有凈化潛能的特點,在垂直流人工濕地中構(gòu)建微生物燃料電池(CW-MFC),通過多重對比優(yōu)化其構(gòu)型和運行條件,以達到最高的抗生素凈化效能和產(chǎn)電效能。并通過測定系統(tǒng)沿程填料內(nèi)抗生素和抗性基因分布,初步分析抗生素的去除機理。主要結(jié)論如下：1、成功組建3組CW和5組CW-MFC,3組CW根據(jù)進水抗生素濃度由低到高命名為CW(L)、CW(M)和CW(H),對應(yīng)的3組CW-MFC命名為CW-MFC(L)、CW-MFC(M)和CW-MFC(H);另設(shè)置2組CW-MFC命名為CW-MFC(1/2M)和CW-MFC(2M),分別對應(yīng)進水中濃度抗生素條件下,1/2倍碳源與2倍碳源進水。8組系統(tǒng)均能長期穩(wěn)定運行,穩(wěn)定后出水COD去除率都能達到95%以上。CW-MFC(M)、CW-MFC(2M)能夠穩(wěn)定輸出電壓630mV左右,CW-MFC(1/2M)為580mV左右,CW-MFC(L)平均產(chǎn)電電壓能夠達到615mV, CW-MFC(H)輸出電壓波動較大,但平均產(chǎn)電電壓也能達到550mV。2、優(yōu)化CW-MFC構(gòu)型和產(chǎn)電條件,將CW-MFC陽極定在溶解氧含量最低的裝置中部20cm處,陰極定在溶解氧含量最高的頂端。研究浸沒式和抬升式兩種陰極構(gòu)型,結(jié)果表明陰極抬升構(gòu)造產(chǎn)電性能更佳。進水抗生素濃度越低,共基質(zhì)濃度越高,系統(tǒng)的產(chǎn)電電壓越高；但降低進水抗生素濃度和增加共基質(zhì)濃度又會增大系統(tǒng)內(nèi)阻。綜合來看,CW-MFC(M)雖然產(chǎn)電電壓處于中等水平,但內(nèi)阻小,所以在5組裝置中得到了最高的功率密度(0.0572W/m2)。說明進水抗生素濃度和共基質(zhì)濃度都應(yīng)控制在一定范圍內(nèi),才能使系統(tǒng)在產(chǎn)電電壓、功率密度和庫侖效率方面達到優(yōu)化平衡。3、優(yōu)化CW和CW-MFC對抗生素去除的運行條件,比較不同進水抗生素濃度的裝置對抗生素的去除效果,發(fā)現(xiàn)進水抗生素濃度越高,系統(tǒng)填料中抗生素的吸附量越大,且耐藥菌的馴化程度越高,對抗生素的去除能力表現(xiàn)為CW(H) CW(M) CW(L), CW-MFC(H) CW-MFC(M) CW-MFC(L)。另外,共基質(zhì)濃度不同的系統(tǒng)吸附能力表現(xiàn)為CW-MFC(1/2M)CW-MFC(M)CW-MFC(2M),主要是因為過多的有機物和培養(yǎng)出的微生物會與抗生素競爭填料上的吸附位點。與吸附規(guī)律相反,CW-MFC(2M)的降解能力要強于CW-MFC(M),因為共基質(zhì)越多,培養(yǎng)出的耐藥菌也越多。另外,CW-MFC(1/2M)的抗生素去除能力也要強于CW-MFC(M),可能是因為共基質(zhì)偏少,導(dǎo)致抗生素作為次級碳源直接被微生物分解利用以滿足日常代謝需要。4、對比傳統(tǒng)CW和CW-MFC對抗生素的處理效果,發(fā)現(xiàn)CW-MFC效果更佳。首先,陰陽極材料為活性炭并接種活性污泥,比沙土混合物具有更強的吸附性能和微生物降解能力,研究結(jié)果表明,CW-MFC兩極的抗生素吸附量是CW系統(tǒng)的4～5倍,且陰極微生物量要遠大于CW頂部填料中的微生物量,抗性基因豐度也更高。其次,CW-MFC陽極存在電化學(xué)作用,能夠在耐藥菌將抗生素降解為簡單有機物的基礎(chǔ)上,進一步將簡單有機物完全降解。最后,CW-MFC能夠影響內(nèi)部微生物的細胞膜結(jié)構(gòu)和酶的活性而促進其對有機物的降解與利用。5、四環(huán)素和磺胺甲惡唑存在不同的去除機理。四環(huán)素具有較強的極性,進入系統(tǒng)后就能夠馬上被電極材料和填料等穩(wěn)定吸附；但較難被微生物降解,直到系統(tǒng)運行后期,由于系統(tǒng)內(nèi)耐藥菌馴化成熟且運行時間較長,才會發(fā)生一定的微生物降解作用�；前芳讗哼虻挠H水性較強,在裝置運行前期,只有少量能被填料吸附(約為四環(huán)素的1/5-1/6),大部分都會隨水流流動；但與四環(huán)素相比,它的降解半衰期更短,能夠比四環(huán)素更早被耐藥菌降解且降解量更大。
【關(guān)鍵詞】：人工濕地 微生物燃料電池 抗生素 四環(huán)素 磺胺甲惡唑 產(chǎn)電
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703;TM911.45
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 抗生素污染現(xiàn)狀10
• 1.1.2 抗生素主要分類10-11
• 1.1.3 抗生素去除技術(shù)11-12
• 1.2 人工濕地凈化技術(shù)12-13
• 1.3 微生物燃料電池技術(shù)13-15
• 1.3.1 微生物燃料電池的研究進展13-14
• 1.3.2 微生物燃料電池的工作原理14-15
• 1.3.3 微生物燃料電池的主要構(gòu)型15
• 1.4 研究內(nèi)容、技術(shù)路線、目的和意義15-18
• 1.4.1 研究的目的和意義15-16
• 1.4.2 研究內(nèi)容和技術(shù)路線16-17
• 1.4.3 項目來源17-18
• 第二章 人工濕地及人工濕地-微生物燃料電池系統(tǒng)的組建18-30
• 2.1 材料與方法18-27
• 2.1.1 試驗材料與儀器18-19
• 2.1.2 系統(tǒng)組建與運行19-21
• 2.1.3 電化學(xué)監(jiān)測與計算21-23
• 2.1.4 抗生素測定23-25
• 2.1.5 抗性基因檢測25-27
• 2.2 結(jié)果與討論27-29
• 2.2.1 CW-MFC系統(tǒng)的啟動與穩(wěn)定產(chǎn)電27-29
• 2.2.2 CW及CW-MFC系統(tǒng)的運行特性29
• 2.3 小結(jié)29-30
• 第三章 人工濕地—微生物燃料電池系統(tǒng)的產(chǎn)電效能研究30-40
• 3.1 材料與方法30-31
• 3.1.1 試驗儀器30
• 3.1.2 試驗裝置30-31
• 3.1.3 試驗運行與測定31
• 3.2 結(jié)果與討論31-38
• 3.2.1 陽極布設(shè)位置31-32
• 3.2.2 陰極構(gòu)造方式32-35
• 3.2.3 抗生素濃度35-36
• 3.2.4 共基質(zhì)濃度36-38
• 3.3 小結(jié)38-40
• 第四章 人工濕地及人工濕地—微生物燃料電池系統(tǒng)對抗生素的凈化效能研究40-54
• 4.1 材料與方法40-41
• 4.1.1 試驗儀器40
• 4.1.2 試驗材料40-41
• 4.1.3 試驗運行與測定41
• 4.2 結(jié)果與討論41-53
• 4.2.1 CW與CW-MFC整體凈化效果差異41-45
• 4.2.2 CW與CW-MFC沿程凈化效果差異45-53
• 4.3 小結(jié)53-54
• 第五章 結(jié)論與展望54-56
• 5.1 研究結(jié)論54-55
• 5.2 研究展望55-56
• 參考文獻56-64
• 致謝64-65
• 作者簡介65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳蓉;劉樹元;邱川;吳俊;韓張亮;程佳棋;楊沛堯;;人工濕地處理生活污水的凈化機理及影響因素[J];廣東化工;2013年20期

2 楊芳;陶然;楊揚;喬永民;張敏;麥曉蓓;;人工濕地中抗生素抗性大腸桿菌和抗性基因的去除與分布[J];環(huán)境工程學(xué)報;2013年06期

3 佟娟;魏源送;;污水處理廠削減耐藥菌與抗性基因的研究進展[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2012年11期

4 何金華;丘錦榮;賀德春;吳根義;郭正元;許振成;;磺胺類藥物的環(huán)境行為及其控制技術(shù)研究進展[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年07期

5 李艷霞;李帷;張雪蓮;楊明;;固相萃取-高效液相色譜法同時檢測畜禽糞便中14種獸藥抗生素[J];分析化學(xué);2012年02期

6 陸孫琴;李軼;黃晶晶;魏斌;胡洪營;;污水處理廠二級出水中總異養(yǎng)菌群對6種抗生素的耐受性研究[J];環(huán)境科學(xué);2011年11期

7 ;Studies on treatment of chlorophenol-containing wastewater by microbial fuel cell[J];Chinese Science Bulletin;2007年24期

8 梁鵬;范明志;曹效鑫;黃霞;王誠;;微生物燃料電池表觀內(nèi)阻的構(gòu)成和測量[J];環(huán)境科學(xué);2007年08期

9 湯顯強;李金中;李學(xué)菊;劉學(xué)功;黃歲j;;人工濕地不同填料去污性能比較[J];水處理技術(shù);2007年05期

10 王冉;劉鐵錚;耿志明;陳明;王恬;;獸藥磺胺二甲嘧啶在土壤中的生態(tài)行為[J];土壤學(xué)報;2007年02期

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本文編號：792744