【摘 要】
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近年来,畜禽集约化养殖导致抗生素磺胺甲恶唑（SMX）和重金属锌（Zn（Ⅱ））复合污染问题日益严重,微生物在复合污染物治理方面具有巨大潜力。基于此本文开展了同步去除水中SMX和Zn（Ⅱ）功能菌株的选育研究,深入探讨了固定化载体生物炭强化功能菌株对SMX和Zn（Ⅱ）的去除行为,系统揭示了生物炭强化功能菌株去除SMX和Zn（Ⅱ）的作用机理。首先从大型养殖场鸭粪中成功选育出一株能够同步转化SMX和吸附Zn
【基金项目】
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十二五国家水体污染控制与治理科技重大专项；
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近年来,畜禽集约化养殖导致抗生素磺胺甲恶唑（SMX）和重金属锌（Zn（Ⅱ））复合污染问题日益严重,微生物在复合污染物治理方面具有巨大潜力。基于此本文开展了同步去除水中SMX和Zn（Ⅱ）功能菌株的选育研究,深入探讨了固定化载体生物炭强化功能菌株对SMX和Zn（Ⅱ）的去除行为,系统揭示了生物炭强化功能菌株去除SMX和Zn（Ⅱ）的作用机理。首先从大型养殖场鸭粪中成功选育出一株能够同步转化SMX和吸附Zn（Ⅱ）的功能菌株Bacillus paramycoides（SDB4）,研究发现,在SMX/Zn（Ⅱ）单一污染体系中,48 h内SDB4对SMX和Zn（Ⅱ）的最大去除率分别可达73.97%和 84.06%;在 SMX（20 mg·L-1）和 Zn（Ⅱ）（100 mg·L-1）复合污染体系中,SDB4对SMX和Zn（Ⅱ）在48 h内的去除率分别达到了 78.45%和52.91%,表明SDB4对SMX和Zn（Ⅱ）具有良好的同步去除性能。机理研究表明,SDB4可将SMX转化为毒性更低的N4-乙酰基-SMX,其表面的-OH、C-O、C=O、-CN/-NH和PO43-官能团在吸附Zn（Ⅱ）的过程中起主要作用。为了进一步提高SDB4的性能,开展了固定化载体研究,发现以猪粪为原料,在700℃条件下可成功制备出具有较大比表面积（128.27 m2·g-1）和孔体积（0.34 cm3·g-1）的生物炭（PMB700）,研究表明SDB4可以通过静电作用和化学吸附作用有效固定在PMB700上。在水体pH为7时,固定化SDB4（ISDB4）在48h内可以完全去除20 mg·L-1 SMX和100 mg·L-1 Zn（Ⅱ）,与游离SDB4相比去除率分别提高了 33.17%和89.07%。同时生物炭载体的存在促使ISDB4对SMX的生物转化贡献率提高了 96.42%,对Zn（Ⅱ）的离子交换和络合作用贡献率分别提升了 9.53%和6.72%。此外,ISDB4还表现出了更好的环境适应性。生物反应器去除复合污染物的长期运行试验表明,在HRT为10h、pH为7、SMX浓度10 mg·L-1、Zn（Ⅱ）浓度50 mg·L-1的条件下,固定化功能菌生物反应器（IR）运行40 d后对模拟废水中SMX和Zn（Ⅱ）的去除率分别为97.42%和96.14%,比游离功能菌生物反应器（FR）分别提高了 20.39%和30.15%。高通量测序结果表明,生物炭不仅可将功能菌属Bacillus的相对丰度由FR中的32.12%提升至IR中的38.73%,还将复合污染物去除相关代谢通路的相对丰度提高了 1.82%-11.04%。此外,IR对实际废水中SMX、Zn（Ⅱ）的去除率分别可达72.73%和68.94%。本研究成果可为固定化功能菌同步去除水体中抗生素和重金属提供理论参考和指导意义。
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