【摘 要】
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近年来,由于四环素（TC）的滥用以及生物对抗生素的不完全代谢,在污水处理厂的进出水中会频繁检出TC这种新兴污染物。废水中TC的处理目前主要依靠生物法进行,其中的脱硫反硝化工艺可同步去除废水中包括TC在内的硫、氮、碳等多种污染物,并且不产生温室气体,具有广阔的应用前景。因此,研究脱硫反硝化系统在TC环境下对硫、氮等污染物的降解机理,对于抗生素污染的防治具有重要意义。本文分析了脱硫反硝化污泥提取出的胞
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近年来,由于四环素（TC）的滥用以及生物对抗生素的不完全代谢,在污水处理厂的进出水中会频繁检出TC这种新兴污染物。废水中TC的处理目前主要依靠生物法进行,其中的脱硫反硝化工艺可同步去除废水中包括TC在内的硫、氮、碳等多种污染物,并且不产生温室气体,具有广阔的应用前景。因此,研究脱硫反硝化系统在TC环境下对硫、氮等污染物的降解机理,对于抗生素污染的防治具有重要意义。本文分析了脱硫反硝化污泥提取出的胞外聚合物（EPS）的荧光性质及官能团,并研究了EPS在不同温度、p H条件下对TC的吸附机理;基于完全混合式反应系统,探讨了TC浓度对脱硫反硝化系统运行性能的影响;采用宏基因组测序技术,分析了系统在不同TC浓度条件下的微生物群落结构、硫及氮化合物的转化途径、抗性基因分布规律以及微生物代谢通路。主要研究成果如下:（1）脱硫反硝化污泥中的EPS主要由蛋白质（PN）与多糖（PS）组成,PN由色氨酸与酪氨酸型蛋白组成。TC促进了PN含量的增加,但未改变PN的组成。色氨酸与酪氨酸型蛋白通过与TC形成复合物的方式吸附TC,色氨酸型蛋白对TC具有更强的结合强度与结合位点,但高温不利于两种蛋白对TC的吸附。EPS对TC的吸附是由物理吸附与化学吸附主导的自发、放热的线性吸附过程。EPS对TC的吸附能力与溶液p H值相关。当p H=3.30-7.68时,EPS中-COO-、-OH等官能团通过静电吸引、形成π-π电子供-受体体系以及氢键等机制增强了EPS对TC的平衡吸附容量（qe）。随着p H值升高,四环素以TC-/TC2-形式存在,且EPS的Zeta电位降低,使四环素与EPS间的静电斥力增强,同时EPS中-COO-官能团去质子化形成-C-O-基团,导致EPS与TC结合的位点数降低,减弱了EPS吸附TC的qe。（2）NO2-与TC去除率以及硫转化产物在不同TC浓度条件下出现差异。TC=0μg/L时,S~0与SO42-是基于S2-的自养反硝化反应的主要硫代谢产物。TC=25/50μg/L时,脱硫反硝化菌（DSNB）活性未受到抑制,TC通过生物降解与吸附作用被去除。TC=300/600μg/L时,TC促进了EPS等有机物的产生,增强了硫酸盐还原菌（SRB）氧化有机物以还原SO42-的能力。由于存在生物降解缓慢及吸附平衡等现象,TC去除率降低至83.6%-86.4%。TC=2000/5000μg/L时,高浓度TC抑制了微生物对S2-、NO2-及TC的代谢能力,导致S2-、NO2-及TC去除率分别降低至71.9%、79.6%及61.8%。（3）TC进水浓度越高,微生物群落之间的差异性越大。Sulfurovum等自养型DSNB易在TC=25-600μg/L的环境下生存,而600-5000μg/L的TC增强了Thauera等混养型DSNB的丰度,使得sqr等硫氧化基因丰度增加。但是,混养型DSNB在高浓度TC作用下会氧化EPS等有机物以进行反硝化,进而抑制硫氧化基因的表达。NO2-主要通过反硝化途径被去除,但由于TC对自养型DSNB、混养型DSNB及异养反硝化菌（HDB）的影响不同,各反硝化基因的丰度存在明显差异。此外,混养型DSNB与SRB、HDB及产酸菌（APB）在利用有机碳方面具有竞争关系,导致SRB、HDB与APB的丰度在TC=600-5000μg/L的环境下逐渐降低。反应系统内存在较高丰度的外排泵抗性基因及酶降解抗性基因,是微生物抵抗TC环境毒性的基础。在微生物代谢通路中,TC未对糖降解/糖合成代谢产生影响,但却抑制了产生能量的柠檬酸循环代谢,导致用于NO2-还原的电子数减少,降低了反应器的反硝化性能。TC抑制了微生物体内磷脂酸与磷脂酰乙醇胺的合成,破坏了细胞膜的完整性。L-胱硫醚与L-半胱氨酸在微生物体内积累,可促进谷胱甘肽的合成,利于微生物对抗TC毒性。
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