本文關(guān)鍵詞：生活污水中抗生素和耐藥基因的人工濕地去除機(jī)制與系統(tǒng)優(yōu)化　出處：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來(lái),由于人類醫(yī)療和畜禽養(yǎng)殖行業(yè)抗生素濫用,經(jīng)使用后的抗生素以母體或者代謝產(chǎn)物的形式直接或者間接進(jìn)入環(huán)境,對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅�？股丨h(huán)境殘留加速了細(xì)菌耐藥性的發(fā)展與傳播,已成為全球性環(huán)境健康問(wèn)題。目前,常規(guī)污水處理工藝設(shè)計(jì)并不針對(duì)抗生素和耐藥基因的去除,無(wú)法將其有效去除,甚至污水處理廠出水已成為水環(huán)境中抗生素和耐藥基因的重要來(lái)源。因此,為了在污水處理源頭上有效控制抗生素和耐藥基因污染的傳播和擴(kuò)散,急需在現(xiàn)有污水處理技術(shù)基礎(chǔ)上針對(duì)性地優(yōu)化和研發(fā)有效去除抗生素和耐藥基因的去除技術(shù)。我國(guó)農(nóng)村地區(qū)往往是生活污水和養(yǎng)殖廢水混合排放,人工濕地系統(tǒng)作為一種經(jīng)濟(jì)高效的污水處理技術(shù)是農(nóng)村分散型混合污水處理常用技術(shù)。然而,現(xiàn)有人工濕地處理也僅考慮水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)如COD、BOD和氨氮等的去除,混合廢水中高含量的抗生素和耐藥基因?qū)嶋H去除率不高,去除機(jī)制并不清楚。因此,在現(xiàn)有人工濕地系統(tǒng)上進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)工藝,開(kāi)展針對(duì)高效去除抗生素和耐藥基因的去除技術(shù)和去除機(jī)理研究對(duì)于有效控制抗生素源頭污染具有重要現(xiàn)實(shí)意義�；诖�,本文通過(guò)野外調(diào)查和中試試驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)理研究綜合分析了人工濕地系統(tǒng)中抗生素和耐藥基因的去除效率和去除機(jī)制,具體內(nèi)容包括:(1)規(guī)范設(shè)計(jì)了一系列中試人工濕地單元,構(gòu)建了人工濕地中試系統(tǒng);(2)針對(duì)抗生素和耐藥基因去除效率,開(kāi)展了中試人工濕地單元優(yōu)化研究,優(yōu)化參數(shù)包括濕地基質(zhì)、水力負(fù)荷、水流方式和植物種類;(3)研究了串聯(lián)濕地和人工曝氣等強(qiáng)化方式對(duì)人工濕地系統(tǒng)去除抗生素和耐藥基因的影響機(jī)理;(4)基于質(zhì)量平衡核算和微生物種群結(jié)構(gòu)解析,綜合分析了人工濕地系統(tǒng)中抗生素和耐藥基因的去除途徑和去除機(jī)制。研究結(jié)果能夠?yàn)槿斯竦叵到y(tǒng)運(yùn)用于新型有機(jī)污染物去除提供科學(xué)依據(jù)。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)在研究所院內(nèi)中試試驗(yàn)基地上建立了1個(gè)調(diào)節(jié)池(設(shè)計(jì)長(zhǎng)2.0 m,寬1.45 m,高1.5 m)以及12個(gè)中試人工濕地污水處理單元(設(shè)計(jì)長(zhǎng)0.8 m,寬0.6 m,高0.8 m)。每個(gè)濕地單元均設(shè)計(jì)了獨(dú)立且可調(diào)節(jié)的進(jìn)水口,進(jìn)水流量通過(guò)流量計(jì)控制;每個(gè)濕地單元均設(shè)計(jì)3個(gè)出水口以及3根基質(zhì)采樣管,出水口及基質(zhì)采樣管設(shè)計(jì)3個(gè)采樣深度(分別距離濕地單元底部0、0.25和0.50m處)。設(shè)計(jì)的備選濕地基質(zhì)為牡蠣殼、沸石、麥飯石和陶粒,備選濕地植物為風(fēng)車草、鳶尾和再力花,設(shè)計(jì)水力負(fù)荷為10、20和30cm/d,且可以根據(jù)需要在表面流、水平潛流、上行垂直潛流和下行垂直潛流濕地系統(tǒng)之間相互轉(zhuǎn)換。(2)考察了不同基質(zhì)類型和不同水力負(fù)荷條件下,12個(gè)水平潛流人工濕地系統(tǒng)對(duì)生活污水中污染物的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,綜合考慮濕地單元對(duì)污染物的去除率和去除通量,以沸石為基質(zhì),hlr=20cm/d的濕地單元是去除生活污水中污染物包括常規(guī)污染指標(biāo)、抗生素和耐藥基因的最佳選擇。另外,通過(guò)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)基質(zhì)吸附試驗(yàn)和微生物降解實(shí)驗(yàn),以及日抗生素去除通量核算,微生物量與污染物去除量相關(guān)性分析(r=0.61~0.66,p0.05)結(jié)果表明,基質(zhì)吸附和微生物降解是構(gòu)建的人工濕地單元去除抗生素和耐藥基因的2個(gè)重要途徑,且微生物降解是主要去除途徑。(3)比較了不同水流方式和不同植物種類的6個(gè)中試人工濕地單元對(duì)生活污水中污染物的去除效果差異。研究結(jié)果表明,水平潛流和垂直潛流對(duì)污染物的去除效果要優(yōu)于表面流,種植植物后有利于濕地單元對(duì)污染物的去除。通過(guò)對(duì)濕地單元內(nèi)污染物質(zhì)量平衡核算發(fā)現(xiàn),基質(zhì)吸附(1.99%~4.29%)、植物吸收(1.86×10-5%~1.65×10-5%)和微生物降解(73.7%~95.2%)是去除抗生素的重要去除途徑;微生物降解是最主要的去除途徑。(4)通過(guò)開(kāi)展高濃度抗生素(5000ng/l)添加實(shí)驗(yàn),考察了2種強(qiáng)化方式(串聯(lián)濕地系統(tǒng)和人工曝氣)對(duì)生活污水中污染物去除效果和微生物機(jī)制。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),以垂直潛流-水平潛流串聯(lián)能有效去除污水中的各類污染物,且垂直潛流曝氣,水平潛流不曝氣的人工曝氣方式是最佳選擇。通過(guò)對(duì)抗生素的質(zhì)量平衡核算發(fā)現(xiàn),微生物降解(91.0~94.7%)是去除抗生素最主要的途徑,基質(zhì)吸附(5.24~8.60%)和植物吸收(8.96×10-4%~1.17×10-3%)為輔助作用�；�16srrna高通量測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn),人工濕地系統(tǒng)內(nèi)的主要微生物種群為變形菌門(proteobacteria),擬桿菌門(bacteroidetes),放線菌門(actinobacteria)以及厚壁菌門(firmicutes),占比達(dá)80%以上。且污水中抗生素的濃度,cod濃度、氮素污染物的濃度以及污水ph值均能顯著影響濕地系統(tǒng)內(nèi)微生物的多樣性。(5)野外調(diào)查了一個(gè)大型復(fù)合人工濕地系統(tǒng)對(duì)農(nóng)村污水中污染物的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,大型復(fù)合人工濕地系統(tǒng)對(duì)抗生素(94.3%)和耐藥基因(97.9%)具有很好的去除效果�；|(zhì)中抗生素和耐藥基因的檢出,在一定程度上反映出基質(zhì)吸附是大型人工濕地系統(tǒng)去除抗生素和耐藥基因的一個(gè)重要途徑。通過(guò)質(zhì)量平衡的核算發(fā)現(xiàn),生物降解是大型濕地系統(tǒng)去除污染物的最主要途徑;該人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水中總抗生素通量為3479μg/day,經(jīng)處理后出水中只有199μg/day,說(shuō)明復(fù)合人工濕地系統(tǒng)可以作為農(nóng)村污水中有效去除抗生素和耐藥基因的污水處理工藝。本研究通過(guò)中試人工濕地單元的優(yōu)化和強(qiáng)化實(shí)驗(yàn),以及對(duì)大型復(fù)合人工濕地系統(tǒng)的調(diào)查分析,重點(diǎn)考察了人工濕地對(duì)抗生素以及耐藥基因的去除,明確了微生物降解、基質(zhì)吸附和植物吸收在污染物去除上扮演的角色,為濕地系統(tǒng)運(yùn)用于抗生素和耐藥基因的處理上提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X799.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 ;Effect of carbon source on the denitrification in constructed wetlands[J];Journal of Environmental Sciences;2009年08期

2 閆健;崔理華;謝小妍;陳凱;;不同濕地組合工藝處理小規(guī)模生活污水效果比較[J];中國(guó)給水排水;2006年12期

3 華濤,周啟星,賈宏宇;人工濕地污水處理工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵及生態(tài)學(xué)問(wèn)題[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào);2004年07期

4 王薇,俞燕,王世和;人工濕地污水處理工藝與設(shè)計(jì)[J];城市環(huán)境與城市生態(tài);2001年01期

5 王久賢;白泥坑人工濕地水力學(xué)計(jì)算研究[J];廣東水利水電;1997年06期

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