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微/纳塑料和抗生素已经在污水处理厂中被检测到,它们对废水生物处理工艺的影响受到了广泛的关注。厌氧氨氧化颗粒污泥(Anammox Granular Sludge,An GS)工艺是一种高效的生物脱氮工艺,常被用于处理污泥消化池上清液、垃圾渗滤液和禽畜废水等高氨氮废水。微/纳塑料和抗生素对An GS的脱氮性能和稳定性能易产生负面影响,不利于An GS反应器的长期稳定运行。关于微/纳塑料和抗生素单独以及复合胁迫对An GS反应器脱氮性能和稳定性能的影响研究少有报道,且二者对An GS的影响机理尚不明确,有待深入探究。本文以An GS为研究对象,选取聚苯乙烯纳米塑料(Polystyrene Nanoplastic,PS-NPs)为模型纳米塑料,以环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)为抗生素污染物,研究了PS-NPs和CIP及其复合对An GS的急性影响、对An GS反应器的短期和长期影响。急性试验主要考察了An GS的比厌氧氨氧化活性(Specific Anammox Activity,SAA)、细胞氧化应激水平、细胞膜完整性、胞外聚合物(Extracellular Polymers,EPS)含量和特性等;除此之外,对An GS反应器的胁迫试验还考察了颗粒污泥聚集性能和强度,以评估颗粒稳定性;在长期胁迫试验中进一步探究了颗粒污泥微生物群落及抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的变化,初步阐明了PS-NPs和CIP复合胁迫对An GS的影响机制。论文研究结果可为评估PS-NPs和CIP胁迫对An GS工艺的影响提供理论依据,对维持An GS反应器稳定运行具有重要意义。本论文主要得到以下结论:(1)24 h急性胁迫下,0.001-500 mg/L CIP单独胁迫总体上会导致颗粒污泥SAA下降,SAANH4+-N下降6.4-73.3%,SAANO2--N下降3.7-69.4%。PS-NPs与CIP急性复合胁迫下,PS-NPs可在一定程度减轻CIP对颗粒污泥SAA的抑制。颗粒污泥细胞的氧化应激水平在受到急性胁迫后均会提高,复合胁迫下颗粒污泥细胞氧化应激水平提高主要与PS-NPs有关。高浓度CIP(≥10 mg/L)胁迫会导致颗粒污泥LDH水平显著提高,表明细胞膜完整性受损。EPS含量增多及类腐殖酸含量增加有利于颗粒污泥微生物抵抗CIP急性胁迫。(2)30 d短期胁迫下,1 mg/L的低浓度PS-NPs单独胁迫不会导致反应器脱氮性能、颗粒污泥SAA以及稳定性发生明显变化。0.01 mg/L的低浓度CIP单独及其与1 mg/L PS-NPs复合胁迫对An GS反应器脱氮性能影响不大,但SAA+NH4-N分别降低71.8%和61.0%,SAA-NO2-N分别下降74.6%和60.1%,颗粒污泥强度分别下降了和32.5%和47.7%。细胞氧化应激水平提高以及膜完整性被破坏揭示了SAA下降的原因。CIP胁迫及其与PS-NPs复合胁迫导致颗粒污泥EPS含量上升,且EPS中含有更多酪氨酸蛋白类物质和类腐殖酸,这有助于颗粒污泥抵御胁迫。EPS疏水性能影响了颗粒污泥的稳定性,颗粒污泥EPS中的α螺旋/(β折叠+随机线圈)值升高,表明了EPS疏水性能降低,不利于污泥聚集,长期胁迫下颗粒污泥可能会解体。(3)1 mg/L PS-NPs和0.01-10 mg/L CIP长期复合胁迫下,反应器脱氮性能整体较为稳定,但在阶段IV后期出现波动,而颗粒污泥的SAA变化较大。SAA在阶段I大幅度降低,SAANH4+-N和SAANO2--N分别比对照阶段下降了61.0%和60.1%,这主要是由于受到CIP胁迫。长期胁迫下颗粒污泥的活性恢复至对照阶段水平。随着CIP胁迫浓度的增大,阶段IV颗粒污泥的ROS和LDH水平分别达到152.3%和216.6%,低浓度长期复合胁迫会导致颗粒污泥的氧化应激水平上升且破坏污泥细胞膜完整性。长期复合胁迫导致颗粒污泥破碎,稳定性下降。An GS在阶段IV大量颗粒污泥破裂,反应器中颗粒污泥的平均粒径由对照阶段的2.23 mm降为1.51 mm。PS-NPs引起微生物间的静电斥力增加及EPS疏水性能降低是颗粒污泥稳定性下降的主要因素。颗粒稳定性下降还可能与CIP引起的EPS凝胶性能降低及PS-NPs引起的污泥传质受阻有关。(4)短期胁迫下,CIP单独及其与PS-NPs复合胁迫导致颗粒污泥中ARGs丰度分别增加了5.4%和17.0%,但仍下降的SAA表明短期ARGs丰度提升不足以抵抗CIP的胁迫。PS-NPs和CIP长期复合胁迫下,阶段I至阶段III颗粒污泥ARGs丰度上升,这主要是由于CIP胁迫浓度提高及PS-NPs具有富集CIP的能力。ARGs在阶段III上升了32.8%,有助于颗粒污泥SAA的恢复。阶段IV颗粒污泥ARGs丰度明显下降,可能是因为颗粒污泥中携带ARGs的微生物受到抑制丰度下降所致。颗粒污泥抵抗CIP及其与PS-NPs复合胁迫主要是通过抗生素外排泵途径实现。长期复合胁迫下,外排基因pat A和pat B的相对丰度随胁迫持续而升高,这有利于An GS活性的恢复。