论文部分内容阅读
四环素（Tetracycline，TC）是使用广泛的抗生素之一，容易在环境中残留、累积，对微生物有抑制作用。长期暴露在低剂量TC的环境中的细菌会在环境选择压力下转变为四环素耐药菌（Tetracycline Resistant Bacteria，TRB），携带的四环素耐药基因（Tetracycline Resistant Genes，TRGs）会通过遗传因子等载体进行基因的转移，给人体健康和生态系统造成潜在的风险。各种含TC、TRB和TRGs的污水通过不同的途径汇集于城市污水处理厂。然而，现有的污水处理工艺不能完全去除TC、TRB和TRGs，它们随着出水排放和污泥土地利用等形式会再次进入环境当中。因此有必要对TC、TRB和TRGs在污水处理系统中的分布和深度处理作进一步的调查研究。近几年发展起来的正渗透（Forward Osmosis，FO）膜分离技术与需要施加外加压力的传统膜法相比，具有低能耗、低膜污染等特点。本研究首次尝试用FO膜法深度处理缺氧－好氧（Anoxic-Oxic，AO）工艺二沉池出水中的痕量TC和耐药性，为痕量TC和耐药性的去除探索新路径。论文以实验室规模的AO为研究对象，研究了不同水力停留时间（HydraulicRetention Time，HRT）（6、8、10、12h）和污泥龄（Sludge Retention Time，SRT）（5、10、15、20d）条件下TC和TRB在AO工艺各池中的变化情况，并在最优工况下，用高通量宏基因组测序分析和荧光定量PCR技术分别测定了各池微生物群落特征和TRGs。结果表明，HRT的延长对TC的去除率影响不大，在90%左右。SRT从5d延长到20d时，TC的去除率从81.8%升高到90.9%。适当的延长HRT和SRT有利于减少TRB的数量。AO各池的优势菌属于变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。缺氧池水相、缺氧池泥相和好氧池水相的主要优势菌为变形菌，其比例分别为53.55%、44.29%和54.42%，而好氧池泥相和二沉池出水的主要优势菌为拟杆菌，其比例分别为46.83%和45.23%。AO活性污泥法能降低部分TRGs浓度，与缺氧池水相的TRGs平均拷贝数相比，二沉池出水中的TRGs下降了1－2个数量级。在此基础上用FO膜深度处理最优工况下AO的二沉池出水中的痕量TC，考察了不同氯化钠浓度、不同流速和不同汲取液溶质对TC截留率的影响；然后在优化FO操作条件下考察FO膜截留AO二沉池出水中的TRB和TRGs的特性。结果表明，FO模式和PRO（Pressure Retarded Osmosis，PRO）模式下，汲取液中氯化钠浓度从0.5M增加到2M时，CTA-ES膜对TC的截留率随着浓度的增加而增加，CTA-NW膜对TC的截留率在低浓度时缓慢地增加，在高浓度时反而下降，TFC-ES膜对TC的截留率也是先增高后下降。当流速从8cm/s增加到32cm/s时，CTA-ES膜对TC的截留率变化并不大，而流速明显地影响着TFC-ES膜对TC的截留。对于CTA-NW膜，在FO模式下，当流速增加时，TC的截留率有小幅度的增加；在PRO模式下，TC的截留率反而有所下降。氯化钠、硫酸镁、葡萄糖和尿素作为汲取液的溶质时，对于三种FO膜，FO模式和PRO模式下，四种不同汲取溶质的截留率大小分别为氯化钠>尿素>硫酸镁>葡萄糖和氯化钠>尿素>硫酸镁>葡萄糖。对于CTA-ES膜，在FO模式和PRO模式下，最佳的TC截留率值为87.19%（2M，16cm/s）和90.03%（2M，16cm/s）。对于CTA-NW膜，在FO模式和PRO模式下，最佳的TC截留率值为78.43%（1.5M，32cm/s）和84.78%（1M，8cm/s）。对于TFC-ES膜，在FO模式和PRO模式下，最佳的TC截留率值为64.58%（1.5M，32cm/s）和79.54%（1.5M，32cm/s）。FO模式和PRO模式下，CTA-ES膜对TRB的截留效果最好。PRO模式TRB的渗透率大于FO模式的。FO模式下，CTA-ES、CTA-NW和TFC-ES膜分别对tet (C)、tet (A)和tet (C)的截留效果最好。PRO模式下，CTA-ES、CTA-NW和TFC-ES膜都对tet (C)的截留效果最好。论文最后将三种FO膜用于实际污水处理厂AO工艺二沉池出水中的TC、TRB和TRGs的截留。与实验室模拟条件下的结果相比，TC的截留率有所下降，TRB和TRGs的渗透率有所提高，说明出水中微污染成分可能影响了FO膜对TC、TRB和TRGs的截留。