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近年来,由于优良的性质和效用,四环素(Tetracycline,TET)和纳米氧化铜(Copper oxide nanoparticles,Cu O NPs)得到了大量的使用,这不可避免地会导致两者向环境中释放,引起了研究人员对它们潜在环境风险的担忧。至今,已有许多文献报道了TET和Cu O NPs对活性污泥的影响。然而,大部分报道主要集中在两者暴露时活性污泥污染物去除性能的响应,而对污泥理化性质的关注较少。另一方面,TET和Cu O NPs的大量消耗,增加了两者共存于污水中的可能性,但之前的研究仅考虑了两者单独暴露的情况。因此,为弥补现有知识的空缺,课题构建了4个结构相同且具备碳、氮和磷去除功能的SBR反应器,考察了1 mg/L TET单独、2 mg/L Cu O NPs单独和1 mg/L TET与2 mg/L Cu O NPs复合暴露60 d对活性污泥理化性质及污染物去除的影响,重点比较了单独和复合暴露对活性污泥影响的差异,并对其影响机制进行了探索。论文的主要研究内容和结论如下:(1)研究了TET和Cu O NPs单独和复合暴露对活性污泥絮凝、沉降和脱水性能的影响。运行期间,TET和Cu O NPs单独和复合暴露都会抑制污泥的絮凝能力、诱导污泥非丝状菌膨胀及破坏污泥的脱水性能,并且复合暴露时这些现象会更严重。相比对照组,TET单独、Cu O NPs单独和TET与Cu O NPs复合暴露在第60 d的污泥絮凝能力分别下降了16.23%、26.09%和48.38%;污泥容积指数分别增加了98.80%、51.08%和373.70%;毛细吸水时间分别增加了36.64%、45.04%和128.24%。(2)揭示了TET和Cu O NPs单独和复合暴露导致污泥絮凝、沉降和脱水性能恶化的原因。实验期间,TET和Cu O NPs单独和复合暴露均促进了污泥EPS的分泌,但由于复合暴露富集了大量的Zoogloea和Flavobacterium菌属,因此复合暴露的EPS分泌量高于单独暴露;进一步研究表明,EPS含量增加主要是由于LB-E PS含量增加,并且复合暴露时LB-EPS含量也是增加最多的。LB-EPS含量的增加削弱了污泥菌胶团的黏结、破坏了絮体的结构,从而导致3个暴露组的污泥絮凝、沉降和脱水性能下降,并且由于复合暴露时LB-EPS含量增加最多,这些性能也下降得最为严重。此外,研究也发现,可以通过架桥作用维持絮体结构稳定性的Alp h-a Proteobacteria和Actinobacteria纲丰度均在复合暴露时取得了最低值。(3)评估了TET和Cu O NPs单独和复合暴露对活性污泥碳、氮和磷去除的影响。长期暴露结束后,TET和Cu O NPs单独暴露均轻微的抑制了COD的去除,COD去除率由98.64%分别下降至95.19%和94.89%,并且两者复合暴露时COD去除率会进一步下降至90.96%;TET和Cu O NPs单独和复合暴露均不影响NH4+-N的去除;TET单独暴露也不影响TN的去除,而Cu O NPs单独暴露会导致TN去除率由99.43%轻微下降至96.46%,并且和TET复合暴露时TN去除率进一步下降至90.56%;至于SOP的去除,TET单独暴露会抑制SOP的去除,并且与Cu O NPs复合暴露时其抑制作用不会改变,而Cu O NPs单独暴露不影响SOP去除。(4)分析了TET和Cu O NPs单独和复合暴露影响活性污泥碳、氮和磷去除的机制。长期暴露后,TET和Cu O NPs单独和复合暴露均不影响硝化微生物活性(SAOR和SNOR)和酶活性(AMO);TET单独暴露也不影响反硝化微生物活性(SNRR和SNIRR)、酶活性(NR和NIR)及ETS活性,而Cu O NPs单独暴露会抑制这些活性,并且复合暴露时抑制作用更明显;对于除磷相关的微生物活性(SPRR和SPUR)及酶活性(PPX和PPK),TET单独和TET与Cu O NPs复合暴露会对它们造成相似程度的抑制作用,而Cu O NPs单独暴露未对其造成影响。氮、磷去除相关微生物和酶活性及ETS活性的变化合理地解释了复合暴露时COD和TN去除效果相比单独暴露恶化更为严重的原因。16S r RNA测序表明,长期暴露后,相比对照组和单独暴露组,TET和Cu O NPs复合暴露导致微生物群落丰富度、多样性和OTU数目明显下降,显著地改变了污泥中的微生物群落结构,并且从污泥中8类主要反硝化菌的总丰度来看(Control:2.21%;TET:1.19%;Cu O NPs:3.15%;TET+Cu O NPs:0.26%),复合暴露还严重地抑制了反硝化菌的生长。另一方面,PICRUSt功能基因预测表明,相比Cu O NPs单独暴露,TET和Cu O NPs复合暴露提高了铜抗性基因的丰度,结合污泥铜含量分析(复合暴露时污泥上累积的Cu O NPs含量高于Cu O NPs单独暴露),研究认为复合暴露可能给微生物带来了更强的铜离子选择压力,从而导致复合暴露的毒性更强。